Измерение сопротивления, ёмкости, индуктивности

Измерение сопротивления, ёмкости или индуктивности производятся методом сравнения, т.е. относительно нагрузочного резистора с известным сопротивлением.

Измерение сопротивления

Подключение измерительного и нагрузочного резсторов к модулям АЦП-ЦАП осущестрвляется по схеме, приведенной на рисунке 1. Каждый резистор подключается к двум входам АЦП, образующий дифференциальный вход — измерительный канал. Входные каналы АЦП включаются в программе «Настройка параметров АЦП и ЦАП». Необходимо включить каналы, к которым подключены сопротивления и установить для них тип канала — дифференциальный (рисунок 2).

Схема измерения сопротивления Рисунок 1 Настройка параметров АЦПРисунок 2

Входные каналы должны быть настроены относительно измерения напряжения (настраивается в программе «Редактирование параметров измерительных каналов»). На рисунке 3 представлен фрагмент программы «Редактирование параметров измерительных каналов», настроенной в соответствии со схемой подключения резисторов на рисунке 1. Названия каналов вводятся по усмотрению пользователя. В данном случае канал, к которому подключен резистор, сопротивление которого необходимо измерить, называется «Измерительный», канал, к которому подключен нагрузочный резистор, называется «Опорный», т.к. относительно него и будут производиться измерения.

Настройка измерительных каналовРисунок 3

Для запитывания сопротивлений может использоваться встроенный генератор модуля (выход ЦАП). Для этого необходимо запустить программу «Генератор сигналов» (рисунок 4), задать параметры генерируемого сигнала и нажать кнопки «Добавить» и «Включить». Частота сигнала может быть произвольной, но не должна быть кратной 50 Гц и 60 Гц (промышленные частоты в Европе и Америке соответственно). Уровень сигнала должен обеспечивать запитывание сопротивлений таким образом, чтобы значение тока не превышало 10 мА.

Генератор сигналовРисунок 4

Для обработки результатов измерений по выходный каналам, используется программа «ZETFormula». Поскольку нагрузочный и измерительный резисторы подключены последовательно, токи, протекающие через них, равны:

Iн=Iизм=I (1)

Следовательно:

Uн=I·Rн, Uизм=I·Rизм (2)

А значит:

Rизм=(Uизм/Uн)·Rн (3)

В программе «ZETFormula» <Измерительный> — название канала, к которому подключен Rизм, <Опорный> — название канала, к которому подключен Rн, 100 — сопротивление нагрузочного резистора. Программа «ZETFormula» порождает виртуальный канал (с единицами измерения «Ом»), содержащий результаты вычисления. Этот канал доступен для обработки всем программам из состава ZETLab (вольтметры, осциллографы и т.д.).

Обработка результатов измеренийРисунок 5

Для отображения результатов можут использоваться вольтметр постоянного тока, настроенный на измерение уровня сигнала виртуального канала, порожденного программой «ZETFormula» (рисунок 6).

Вольтметр постоянного токаРисунок 6

На рисунке 7 представлен результат работы программы «Многоканальный осциллограф». Выбрано 3 канала для отображения: физические каналы, к которым подключены нагрузочный и измерительный сопротивления, и виртуальный канал, порожденный программой «ZETFormula». По верхним двум осциллограммам видно, что напряжение сигнала по измерительному каналу в 2 раза меньше напряжения сигнала по опорному каналу. Значит, сопротивление измерительного резистора в 2 раза меньше сопротивления нагрузочного. Поскольку Rн=100 Ом, Rизм=50 Ом (согласно формуле 3). Этот же результат продемонстрирован на третьей осциллограме — результата вычисления программы «ZETFormula».

Многоканальный осциллографРисунок 7

Измерение ёмкости и индуктивности

Подключение ёмкости и индуктивности производится аналогично подключению сопротивления. Схемы подключения приведены на рисунках 8 и 9 соответвественно. Настройки программ «Настройка параметров АЦП и ЦАП», «Редактирование файлов параметров», «Генератор сигналов» — аналогичны настройкам при измерении сопротивления. Изменяются лишь формулы вычисления емкости и индуктивности и единицы измерения виртуального канала программы «ZETFormula».

Схема измерения емкостиРисунок 8 Схема измерения индуктивностиРисунок 9

Реактивное сопротивление выражается через ёмкость и индуктивность следующим образом:

Rизм=1/(ω·C)=1/(2ΠC), Rизм=ω·L=2ΠL     (4)

где f — частота сигнала генератора. Из (4) следует:

C=Rизм/(2Πf), L=Rизм·2Πf     (5)

Если в (5) вместо Rизм подставить выражение (3), получаем:

C=[(Uизм/Uн)·Rн]/(2Πf), L=[(Uизм/Uн)·Rн]·2Πf     (6)

На рисунке 10 представлено окно программы, настроенной на вычисление ёмкости и индуктивности: 100 — сопротивление нагрузочного резистора, 160 — частота сигнала запитывания.

Расчет емкости и индуктивностиРисунок 10

Примечание: при измерении сопротивления/ёмкости/индуктивности по нескольким каналам может использоваться один нагрузочный резистор для схемы последовательного подключения сопротивления/ёмкости/индуктивности. При параллельном подключении к каждому резистору/емкости/индуктивности последовательно подключается нагрузочный резистор, относительно которого и будут проводиться измерения.

См. также:

SCADA-проект «Измерение сопротивления»