Нумерология 

Принципни диаграми на безконтактно измерване на ток на кръгъл проводник. Преобразувателите на ток са правилното решение. Измерване на постоянен ток

За измерване на големи токове по правило се използва безконтактен метод - със специални токови клещи. Токови клещи - измервателно устройство, което има плъзгащ се пръстен, който покрива електрическия проводник, а индикаторът на устройството показва стойността на протичащия ток.

Превъзходството на този метод е неоспоримо - за да се измери силата на тока, не е необходимо да се прекъсва проводникът, което е особено важно при измерване на големи токове. Тази статия описва Клещи за постоянен ток, което е напълно възможно да направите със собствените си ръце.

Описание на дизайна на домашни токови клещи

За да сглобите устройството, ще ви е необходим чувствителен сензор на Хол, например UGN3503. Фигура 1 показва домашно устройство за щипки. Както вече споменахме, необходим е сензор на Хол, както и феритен пръстен с диаметър от 20 до 25 mm и голям "крокодил" например, подобен на проводниците за запалване (светене) на автомобил.

Феритният пръстен трябва да бъде точно и точно нарязан или счупен на 2 половини. За да направите това, феритният пръстен трябва първо да се изпили с диамантена пила или ампулна пила. След това шлайфайте счупените повърхности с фина шкурка.

От една страна, върху първата половина на феритния пръстен, залепете уплътнение от чертожната хартия. От друга страна, залепете сензора на Хол върху другата половина на пръстена. Най-добре е да лепите с епоксидно лепило, просто трябва да се уверите, че сензорът на Хол пасва добре на зоната на счупване на пръстена.

Следващата стъпка е да свържете двете половини на пръстена и да го увиете с „крокодил“ и да го залепите. Сега, когато натиснете крокодилските дръжки, феритният пръстен ще се размине.

Електроника на скоба

Електрическата схема на приставката към мултиметъра е показана на Фигура 2. Когато токът тече през проводника, около него се появява магнитно поле и сензорът на Хол улавя силовите линии, преминаващи през него, и генерира известно постоянно напрежение на изхода.

Това напрежение се усилва (като мощност) от OU A1 и отива към клемите на мултиметъра. Съотношението на изходното напрежение от протичащия ток: 1 ампер = 1 mV. Тримерните резистори R3 и R6 са многооборотни. За конфигуриране се нуждаете от лабораторно захранване с минимален изходен ток около 3А и вграден амперметър.

Първо свържете този префикс към мултиметъра и го настройте на нула, като промените съпротивлението R3 и средната позиция R2. Освен това, преди всяко измерване, ще е необходимо да се настрои нула с потенциометъра R2. Настройте захранването на най-ниското напрежение и свържете към него голям товар, например електрическа лампа, използвана в автомобилните фарове. След това на един от проводниците, свързани към тази лампа, закачете „клещите“ (Фигура 1).

Увеличете напрежението, докато амперметърът на захранването покаже 2 ампера. Затегнете съпротивлението R6, така че стойността на напрежението на мултиметъра (в миливолта) да съответства на данните на амперметъра на захранването в ампери. Проверете показанията още няколко пъти, като промените силата на тока. С тази приставка е възможно измерване на ток до 500А.

Един от най-лесните начини за измерване на ток в електрическа верига е да се измери спадът на напрежението върху резистор, последователно с товара. Но когато токът преминава през този резистор, върху него се отделя безполезна мощност под формата на топлина, така че се избира възможно най-ниско, което от своя страна води до последващо усилване на сигнала. Трябва да се отбележи, че схемите по-долу позволяват да се контролира не само постоянен, но и импулсен ток, но със съответните изкривявания, определени от широчината на честотната лента на усилващите елементи.

Измерване на ток в отрицателния полюс на товара.

Схемата за измерване на тока на натоварване в отрицателния полюс е показана на фигура 1.

Тази диаграма и част от информацията са взети от списанието "Компоненти и технологии" № 10, 2006 г Михаил Пушкарев [имейл защитен]
Предимства:
ниско входно напрежение в общ режим;
входният и изходният сигнал имат обща "маса";
Лесно изпълнение с едно захранване.
недостатъци:
товарът няма пряка връзка със "земята";
няма възможност за превключване на товара с ключ в отрицателния полюс;
възможността за повреда на измервателната верига в случай на късо съединение в товара.

Измерването на тока в отрицателния полюс на товара не е трудно. За тази цел са подходящи много операционни усилватели, предназначени да работят с еднополярно захранване. Схемата за измерване на ток с помощта на операционен усилвател е показана на фиг. 1. Изборът на конкретен тип усилвател се определя от необходимата точност, която се влияе главно от нулевото отместване на усилвателя, неговия температурен дрейф и грешка в настройката на усилването и необходимата скорост на веригата. В началото на скалата е неизбежна значителна грешка при преобразуване, причинена от ненулева стойност на минималното изходно напрежение на усилвателя, което е незначително за повечето практически приложения. За да се премахне този недостатък, е необходимо двуполюсно захранване на усилвателя.

Измерване на тока в положителния полюс на товара


Предимства:
товарът е заземен;
е открито късо съединение в товара.
недостатъци:
високо синфазно входно напрежение (често много високо);
необходимостта от изместване на изходния сигнал до ниво, приемливо за по-нататъшна обработка в системата (свързване към "земята").
Помислете за схеми за измерване на ток в положителния полюс на товара с помощта на операционни усилватели.

В диаграмата на фиг. 2, можете да използвате всеки от операционните усилватели, подходящи за допустимото захранващо напрежение, проектирани да работят с еднополярно захранване и максимално входно напрежение в общ режим, което достига захранващото напрежение, например AD8603. Максималното захранващо напрежение на веригата не може да надвишава максимално допустимото захранващо напрежение на усилвателя.

Но има операционни усилватели, които могат да работят при входно напрежение в общ режим, което е значително по-високо от захранващото напрежение. Във веригата, използваща операционния усилвател LT1637, показана на фиг. 3, захранващото напрежение на товара може да достигне 44 V със захранващо напрежение на операционния усилвател от 3 V. Инструментални усилватели като LTC2053, LTC6800 от Linear Technology, INA337 от Texas Instruments са подходящи за измерване на тока в положителния полюс на товара с много малка грешка. За измерване на тока в положителния полюс има специализирани микросхеми, например INA138 и INA168.

INA138 и INA168

— монитори за високо напрежение, еднополюсен ток. Широка гама от входни напрежения, ниска консумация на ток и малки размери - SOT23, позволяват този чип да се използва в много вериги. Захранващо напрежение 2.7V до 36V за INA138 и 2.7V до 60V за INA168. Входният ток е не повече от 25 μA, което позволява измерване на спада на напрежението през шунта с минимална грешка. Микросхемите са преобразуватели на ток-напрежение с коефициент на преобразуване от 1 до 100 или повече. INA138 и INA168 в пакети SOT23-5 имат работен температурен диапазон от -40°C до +125°C.
Типична превключваща схема е взета от документацията за тези микросхеми и е показана на фигура 4.

OPA454

— нов евтин операционен усилвател за високо напрежение от Texas Instruments с изходен ток над 50 mA и честотна лента 2,5 MHz. Едно предимство е високата стабилност на OPA454 при единично усилване.

Вътре в ОС има защита срещу прегряване и свръхток. Работните характеристики на IC се поддържат в широк диапазон от захранващи напрежения от ±5 до ±50 V или, в случай на едно захранване, от 10 до 100 V (максимум 120 V). OPA454 има допълнителен изход "Status Flag" - изход за състояние на оп-усилвател с отворен дрейн - който ви позволява да работите с логика от всяко ниво. Този операционен усилвател с високо напрежение има висока точност, широк обхват на изходното напрежение и няма проблеми с инверсия на фазата, които често се срещат при прости усилватели.
Технически характеристики на OPA454:
Широк обхват на захранващото напрежение от ±5 V (10 V) до ±50 V (100 V)
(максимум до 120 V)
Голям максимален изходен ток > ±50 mA
Широк диапазон на работна температура от -40 до 85°C (максимум от -55 до 125°C)
Пакетирани SOIC или HSOP (PowerPADTM)
Данните за микросхемата са дадени в "Новини на електрониката" № 7 за 2008 г. Сергей Пичугин

Токов шунтов усилвател на сигнала на главната захранваща шина.

В аматьорската радиопрактика за схеми, чиито параметри не са толкова твърди, са подходящи евтини двойни операционни усилватели LM358, които позволяват работа с входно напрежение до 32V. Фигура 5 показва една от многото типични схеми за използване на чипа LM358 като монитор на тока на натоварване. Между другото, не всички "datasheets" имат схеми за включването му. По всяка вероятност тази схема е прототипът на схемата, дадена в списание Радио от И. Нечаев и която споменах в статията „ индикатор за ограничение на тока».
Горните схеми са много удобни за използване в самостоятелно направени захранващи устройства за наблюдение, телеметрия и измерване на тока на натоварване, за изграждане на вериги за защита от късо съединение. Сензорът за ток в тези вериги може да има много малко съпротивление и няма нужда да регулирате този резистор, както се прави в случая на конвенционален амперметър. Например напрежението на резистора R3 във веригата на фигура 5 е: Vo = R3∙R1∙IL / R2, т.е. Vo = 1000∙0.1∙1A / 100 = 1V. Един ампер ток, протичащ през сензора, съответства на един волт спад на напрежението върху резистор R3. Стойността на това съотношение зависи от стойността на всички резистори, включени в преобразувателната верига. От това следва, че като направите тример на резистора R2, можете безопасно да компенсирате разпространението на съпротивлението на резистора R1. Това се отнася и за схемите, показани на фигури 2 и 3. Във веригата, показана на фиг. 4, можете да промените съпротивлението на товарния резистор RL. За да се намали спадът в изходното напрежение на захранването, съпротивлението на датчика за ток - резисторът R1 във веригата на фиг. 5 обикновено е по-добре да се вземе равно на 0,01 Ohm, докато се променя стойността на резистора R2 на 10 Ohm или увеличаване на стойността на резистора R3 до 10 kOhm.

Измерете тока на захранване с високо напрежение? Или тока, черпен от стартера на колата? Или ток от вятърен генератор? Всичко това става безконтактно с един чип.

Melexis предприема следващата стъпка в устойчивите решения, като отваря нови възможности за безконтактно измерване на ток във възобновяема енергия, хибридни електрически превозни средства (HEV) и електрически превозни средства (EV). MLX91206 е програмируем монолитен сензор, базиран на технологията Triaxis™ Hall. MLX91206 позволява на потребителя да създава малки рентабилни сензорни решения с бързо време за реакция. Чипът директно управлява тока, протичащ във външен проводник, като шина или платка.

Безконтактният сензор за ток MLX91206 се състои от CMOS Hall IC с тънък слой феромагнитна структура на повърхността му. Интегриран феромагнитен слой (IMC) се използва като концентратор на магнитен поток, осигуряващ високо усилване на потока и по-високо съотношение сигнал/шум на сензора. Сензорът е особено подходящ за измерване на постоянен и/или променлив ток до 90 kHz с омична изолация, характеризираща се с много ниски загуби на вмъкване, бързо време за реакция, малък размер на опаковката и лесно сглобяване.

MLX91206 задоволява търсенето за широко разпространено използване на електроника в автомобилната индустрия, преобразуване на възобновяема енергия (слънчева и вятърна), захранвания, управление на мотори и защита от претоварване.

Области на използване:

  • измерване на консумирания ток в акумулаторното захранване;
  • Преобразуватели на слънчева енергия;
  • автомобилни инвертори в хибридни превозни средства и др.

MLX91206 има защита от пренапрежение и защита от обратно напрежение и може да се използва като самостоятелен сензор за ток, свързан директно към кабела.

MLX91206 измерва тока, като преобразува магнитното поле, създадено от токове, протичащи през проводник, в напрежение, което е пропорционално на полето. MLX91206 няма горна граница на измереното ниво на тока, тъй като изходното ниво зависи от размера на проводника и разстоянието от сензора.

Отличителни черти:

  • програмируем сензор за високоскоростен ток;
  • концентратор на магнитно поле, осигуряващ високо съотношение сигнал/шум;
  • защита срещу пренапрежение и обръщане на поляритета;
  • безоловни компоненти за безоловно запояване, MSL3;
  • бърз аналогов изход (DAC резолюция 12 бита);
  • програмируем превключвател;
  • изход за термометър;
  • ШИМ изход (ADC резолюция 12 бита);
  • 17-битов ID номер;
  • диагностика на неизправен коловоз;
  • бързо време за реакция;
  • огромна DC честотна лента - 90 kHz.

Как работи сензорът:

MLX91206е монолитен сензор, базиран на технологията Зала Triais®. Традиционната планарна технология на Хол е чувствителна към плътността на потока, приложена перпендикулярно на повърхността на IC. Сензорът за ток IMC-Hall ® е чувствителен към плътността на потока, приложена успоредно на повърхността на IC. Това се постига чрез интегриран магнитен концентратор (IMC-Hall®), който се прилага към CMOS чипа. Сензорът за ток IMC-Hall ® може да се използва в автомобилната индустрия. Това е сензор с ефект на Хол, който осигурява изходен сигнал, пропорционален на хоризонталната плътност на потока и следователно е подходящ за измерване на ток. Той е идеален като сензор за ток в отворена верига за монтаж на печатни платки. Трансферната характеристика на MLX91206 е програмируема (офсет, печалба, нива на затягане, диагностични функции...). Изходът може да се избира между аналогов и ШИМ. Линейният аналогов изход се използва за приложения, изискващи бърза реакция (<10 мкс.), в то время как выход ШИМ используется для применения там, где требуется низкая скорость при высокой надежности выходного сигнала.

Измерване на малки токове до ±2 A

Малките токове могат да бъдат измерени с MLX91206 чрез увеличаване на магнитното поле през бобината около сензора. Чувствителността (изходно напрежение спрямо ток на бобина) на измерването ще зависи от размера на бобината и броя на навивките. Допълнителна чувствителност и десенсибилизация към външни полета може да се получи чрез добавяне на екран около намотката. Калерчето осигурява много висока диелектрична изолация, което прави MLX91206 подходящо решение за захранващи устройства с високо напрежение с относително ниски токове. Изходът трябва да бъде разширен, за да се получи максимално напрежение за високи токове, за да се получи максимална точност и разделителна способност на измерване.

Фиг. 1. Решение за слаб ток.

Средни токове до ±30 A

Токове до 30 A могат да бъдат измерени с един проводник, разположен върху печатната платка.При проследяване на печатната платка трябва да се вземат предвид допустимият ток и общата мощност на разсейване на пистата. Пътеките на печатната платка трябва да са достатъчно дебели и широки, за да се справят непрекъснато със средния ток. Диференциалното изходно напрежение за тази конфигурация може да бъде приблизително изчислено чрез следното уравнение:

Vout = 35mV/ * I

За ток от 30 A изходът ще бъде приблизително 1050 mV.

Фиг.2. Решение за средни стойности на тока.

Измерване на големи токове до ±600 A

Друг метод за измерване на високи токове на печатни платки е използването на дебели медни проводници, способни да пренасят ток от противоположната страна на печатната платка. MLX91206 трябва да се постави близо до центъра на проводника, но тъй като проводникът е много широк, изходът е по-малко чувствителен към местоположението на платката. Тази конфигурация също има по-малка чувствителност в зависимост от разстоянието и ширината на проводника.

Фиг.3. Решение за големи токове.

Относно мелексиса

Създадена повече от десетилетие, Melexis проектира и произвежда продукти за автомобилната индустрия, предлагайки разнообразие от интегрирани сензори, ASSP и VLSI. Решенията на Melexis са изключително надеждни и отговарят на високите стандарти за качество, изисквани в автомобилните приложения.

За да контролирате консумацията на ток, коригирайте блокирането на двигателите или аварийното изключване на системата.

Работата с високо напрежение е опасна за здравето!

Докосването на винтовете на клемния блок и техните клеми може да доведе до токов удар. Не докосвайте таблото, ако е свързано към битова мрежа. За готовото устройство използвайте изолиран корпус.

Ако не знаете как да свържете сензора към електрически уред, захранван от обща мрежа 220 V или ако имате съмнения, спрете: можете да предизвикате пожар или да се самоубиете.

Трябва ясно да разберете принципа на работа на устройството и опасностите от работа с високо напрежение.

Видео преглед

Свързване и настройка

Сензорът комуникира с управляващата електроника чрез три проводника. Изходът на сензора е аналогов сигнал. Когато е свързан към Arduino или Iskra JS, е удобно да използвате Troyka Shield, а за тези, които искат да се отърват от кабелите, е подходящ Troyka Slot Shield. Например, нека свържем кабел от модула към групата контакти на Troyka Shield, свързани с аналоговия щифт A0. Можете да използвате всякакви аналогови щифтове във вашия проект.

Примери за работа

За да улесним работата със сензора, ние написахме библиотеката TroykaCurrent, която преобразува аналоговите изходни стойности на сензора в милиампери. Изтеглете и го инсталирайте, за да повторите описаните по-долу експерименти.

Измерване на постоянен ток

За да измерите постоянен ток, свържете сензора към отворената верига между LED лентата и захранването. Нека изведем текущата стойност на постоянния ток в милиампери към серийния порт.

CurrentDC.ino #include Serial.print("Текущият е " ); Serial.print (sensorCurrent.readCurrentDC () ) ; Serial.println("mA"); забавяне (100); )

Измерване на променлив ток

За да измерим променлив ток, свързваме сензора към отворената верига между източника на променливо напрежение и товара. Нека изведем текущата стойност на променливия ток в милиампери към серийния порт.

CurrentAC.ino // библиотека за работа с токов сензор (Troyka-module)#включи // създаване на обект за работа с текущия сензор // и му предайте пин номера на изходния сигнал ACS712 сензорен ток (A0); void setup()( // отворен сериен порт Serial.begin(9600) ; ) void loop() ( // показване на показанията на сензора за постоянен ток Serial.print("Текущият е " ); Serial.print (sensorCurrent.readCurrentAC () ) ; Serial.println("mA"); забавяне (100); )

Бордови елементи

Сензор ACS712ELCTR-05B

Сензорът за ток ACS712ELCTR-05B се основава на ефекта на Хол, чиято същност е следната: ако проводник с ток се постави в магнитно поле, по краищата му се появява ЕМП, насочен перпендикулярно на посоката на тока и посоката на магнитното поле.
Микросхемата структурно се състои от сензор на Хол и меден проводник. Токът, протичащ през медния проводник, създава магнитно поле, което се възприема от елемента на Хол. Магнитното поле зависи линейно от силата на тока.

Нивото на изходното напрежение на сензора е пропорционално на измерения ток. Диапазон на измерване от −5 A до 5 A. Чувствителност - 185 mV/A. При липса на ток изходното напрежение ще бъде равно на половината от захранващото напрежение.

Сензорът за ток е свързан към товара в отворена верига през подложките под винта. За да измерите постоянен ток, свържете сензора, като вземете предвид посоките на тока, в противен случай ще получите стойности с обратен знак. За променлив ток полярността няма значение.

Контакти за свързване на трижилен контур

Модулът е свързан с управляващата електроника чрез три проводника. Целта на контактите на трижилния контур:

    Захранване (V) - червен проводник. Въз основа на документацията, сензорът се захранва от 5 волта. В резултат на теста модулът работи и от 3,3 волта.

    Земя (G) - черен проводник. Трябва да се свърже към масата на микроконтролера;

    Сигнал (S) - жълт проводник. Свързан към аналоговия вход на микроконтролера. Чрез него контролната платка отчита сигнала от датчика.

Необходимо е да се проследи наличието на ток, протичащ във веригата в две състояния: има или не. Пример: зареждате батерия с вграден контролер за зареждане, свързан към източник на захранване, но как да контролирате процеса? Можете, разбира се, да включите амперметър във веригата, казвате вие ​​и ще бъдете прав. Но няма да го правите през цялото време. По-лесно е веднъж да вградите индикатор за потока на заряда в захранването, който ще покаже дали ток тече в батерията или не.
Друг пример. Да кажем, че в колата има някаква лампа с нажежаема жичка, която не виждате и не знаете дали свети или е изгоряла. Във веригата към тази лампа можете също да включите индикатора за ток и да контролирате потока. Ако лампата изгори, веднага ще се види.
Или има датчик с нажежаема жичка. Tapa сензор за газ или кислород. И трябва да знаете със сигурност, че нишката не е счупена и всичко работи правилно. Тук на помощ ще дойде индикаторът, чиято схема ще дам по-долу.
Приложенията може да са много, разбира се основната идея е същата - контрол на наличието на ток.

Токова индикаторна верига

Схемата е много проста. Резисторът със звездичка се избира в зависимост от контролирания ток, може да бъде от 0,4 до 10 ома. За да заредя литиево-йонна батерия, взех 4,7 ома. През този резистор протича ток (ако тече), по закона на Ом върху него се отделя напрежение, което отваря транзистора. В резултат на това светодиодът светва, което показва, че зареждането е в ход. Веднага след като батерията се зареди, вътрешният контролер ще изключи батерията, токът във веригата ще изчезне. Транзисторът ще се затвори и светодиодът ще изгасне, което показва, че зареждането е приключило.
Диодът VD1 ограничава напрежението до 0,6 V. Можете да вземете всеки, за ток от 1 A. Отново всичко зависи от вашето натоварване. Но не можете да вземете диод на Шотки, тъй като има твърде малък спад - транзисторът просто може да не се отвори от 0,4 V. Чрез такава верига можете дори да зареждате автомобилни батерии, основното е да изберете диод с ток, по-висок от желания ток на зареждане.


В този пример светодиодът светва по време на преминаване на ток, но ако искате да покажете, когато няма ток? В случая има схема с обратна логика на работа.


Всичко е същото, само на един транзистор от същата марка е добавен инвертиращ ключ. Между другото, транзистор от всяка една и съща структура. Подходящи са местни аналози - KT315, KT3102.
Паралелно с резистора със светодиода можете да включите зумера и когато няма ток при управление, да речем, на крушка, ще има звуков сигнал. Това, което ще бъде много удобно и не се прикрепя към изхода на светодиода, не е контролният панел.
Като цяло може да има много идеи къде да използвате този индикатор.