Ümmarguse juhtme kontaktivaba voolu mõõtmise skemaatilised diagrammid. Voolumuundurid on õige lahendus. Alalisvoolu mõõtmine
Suurte voolude mõõtmiseks kasutatakse reeglina mittekontaktset meetodit - spetsiaalseid vooluklambreid. Vooluklamber on mõõteseade, millel on liugrõngas, mis katab elektrijuhtme ja mille vooluhulk kuvatakse seadme indikaatoril.
Selle meetodi paremus on vaieldamatu - voolutugevuse mõõtmiseks pole vaja traati katkestada, mis on eriti oluline suurte voolude mõõtmisel. See artikkel kirjeldab Alalisvoolu klamber, mida on täiesti võimalik oma kätega teha.
Omatehtud vooluklambrite disaini kirjeldus
Seadme kokkupanemiseks vajate tundlikku Halli andurit, näiteks UGN3503. Joonisel 1 on kujutatud omatehtud tangide seade. Vaja läheb, nagu juba mainitud, Halli andurit, aga ka 20–25 mm läbimõõduga ferriitrõngast ja suurt “krokodilli”, mis on näiteks auto käivitamiseks (valgustamiseks) juhtmetel.
Ferriitrõngas peab olema täpselt ja täpselt saagitud või kaheks pooleks murtud. Selleks tuleb ferriitrõngas esmalt viilida teemantviili või ampullviiliga. Järgmisena lihvige murdepinnad peene liivapaberiga.
Ühele küljele liimige joonistuspaberist ferriitrõnga esimese poole külge tihend. Teisele küljele kleepige rõnga teisele poolele Halli andur. Kõige parem on see liimida epoksüliimiga, tuleb vaid jälgida, et Halli andur oleks rõnga murdumispiirkonnaga heas kontaktis.
Järgmine samm on ühendada mõlemad sõrmuse pooled ja keerata see krokodilliga ümber ja liimida. Nüüd, kui vajutate krokodilli käepidemeid, läheb ferriitrõngas lahku.
Vooluklambrite elektrooniline ahel
Fundamentaalne elektriskeem Kinnitus multimeetrile on näidatud joonisel 2. Kui vool liigub läbi elektrijuhtme, tekib selle ümber magnetväli ning Halli andur tuvastab seda läbivad elektriliinid ja tekitab väljundis mingi konstantse pinge.
Seda pinget võimendab (võimsusega) operatsioonivõimendi A1 ja see läheb multimeetri klemmidele. Väljundpinge ja voolava voolu suhe: 1 Amper = 1 mVolt. Trimmeri takistused R3 ja R6 on mitme pöördega. Seadistamiseks vajate laboriplokk toiteallikas minimaalse väljundvooluga umbes 3A ja sisseehitatud ampermeeter.
Esiteks ühendage see kinnitus multimeetriga ja seadke see nulli, muutes takistust R3 ja R2 keskmist asendit. Järgmisena tuleb enne mõõtmist potentsiomeetriga R2 nullida. Seadke toiteallikas madalaimale pingele ja ühendage see sellega raske koorem, näiteks autode esituledes kasutatav elektrilamp. Seejärel kinnitage tangid ühe selle lambiga ühendatud juhtme külge (joonis 1).
Suurendage pinget, kuni toiteallika ampermeeter näitab 2 amprit. Pingutage takistust R6 nii, et multimeetri pinge väärtus (millivoltides) ühtiks toiteallika ampermeetri andmetega amprites. Kontrollige näitu veel paar korda, muutes voolutugevust. Selle kinnitusega on võimalik mõõta voolu kuni 500A.
Üks kõige enam lihtsaid viise voolu mõõtmine elektriahelas on pingelanguse mõõtmine koormusega järjestikku ühendatud takistis. Kuid kui vool läbib seda takistit, vabaneb soojuse kujul kasutu võimsus, nii et see valitakse minimaalse võimaliku väärtuseni, mis omakorda tähendab signaali hilisemat võimendamist. Tuleb märkida, et allpool toodud ahelad võimaldavad juhtida mitte ainult alalis-, vaid ka impulssvoolu, kuid vastavate moonutustega, mis on määratud võimenduselementide ribalaiusega.
Voolu mõõtmine koormuse negatiivses pooluses.
Koormusvoolu mõõtmise skeem negatiivses pooluses on näidatud joonisel 1.
See diagramm ja osa teabest on laenatud ajakirjast “Komponendid ja tehnoloogiad” nr 10 2006. a. Mihhail Puškarev [e-postiga kaitstud]
Eelised:
madal sisend ühisrežiimi pinge;
sisend- ja väljundsignaalidel on ühine maandus;
Lihtne rakendada ühe toiteallikaga.
Puudused:
koormusel puudub otsene seos "maapinnaga";
puudub võimalus koormuse ümberlülitamiseks miinuspooluse võtmega;
mõõteahela rikke võimalus koormuse lühise tõttu.
Voolu mõõtmine koormuse negatiivses pooluses pole keeruline. Selleks sobivad paljud ühe toiteallikaga töötamiseks mõeldud op-võimendid. Voolu mõõtmise ahel operatiivvõimendi abil on näidatud joonisel fig. 1. Konkreetse võimenditüübi valiku määrab nõutav täpsus, mida mõjutavad peamiselt võimendi nullnihe, selle temperatuuri triiv ja võimenduse seadistusviga ning ahela nõutav kiirus. Skaala alguses on vältimatu oluline teisendusviga, mille põhjustab võimendi minimaalse väljundpinge nullist erinev väärtus, mis enamiku praktilisi rakendusi ebaoluline. Selle puuduse kõrvaldamiseks on vaja bipolaarse võimendi toiteallikat.
Voolu mõõtmine koormuse positiivses pooluses
Eelised:
koormus on maandatud;
Koormuses tuvastatakse lühis.
Puudused:
kõrge ühisrežiimi sisendpinge (sageli väga kõrge);
vajadus nihutada väljundsignaal tasemele, mis on vastuvõetav järgnevaks süsteemis töötlemiseks (viide maapinnale).
Vaatleme vooluahelaid koormuse positiivse pooluse voolu mõõtmiseks operatiivvõimendite abil.
Joonisel fig. 2, saate kasutada mis tahes lubatud toitepingele sobivat operatiivvõimendit, mis on ette nähtud töötama ühe toiteallikaga ja maksimaalse sisendi ühisrežiimi pingega, mis ulatub toitepingeni, näiteks AD8603. Ahela maksimaalne toitepinge ei tohi ületada võimendi maksimaalset lubatud toitepinget.
Kuid on op-võimendeid, mis on võimelised töötama toitepingest oluliselt kõrgemal ühisrežiimi sisendpingel. Skeemis, mis kasutab LT1637 operatsioonivõimendit, mis on näidatud joonisel fig. 3, võib koormuse toitepinge ulatuda 44 V-ni, kui op-amp toitepinge on 3 V. Sellised mõõteriistade võimendid nagu LTC2053, LTC6800 firmalt Linear Technology, INA337 firmalt Linear Technology sobivad voolu mõõtmiseks koormuse positiivses pooluses. väga väike viga. Texas Instruments. Positiivse pooluse voolu mõõtmiseks on olemas ka spetsiaalsed mikroskeemid, näiteks INA138 ja INA168.
INA138 ja INA168
— kõrgepinge, unipolaarsed voolumonitorid. Lai valik sisendpingeid, madal voolutarve ja väikesed mõõtmed - SOT23, võimaldavad seda kiipi kasutada paljudes vooluringides. Toitepinge on INA138 puhul 2,7 V kuni 36 V ja INA168 puhul 2,7 V kuni 60 V. Sisendvool ei ületa 25 µA, mis võimaldab minimaalse veaga mõõta šundi pingelangust. Mikroskeemid on voolu-pinge muundurid, mille teisendustegur on 1 kuni 100 või rohkem. INA138 ja INA168 SOT23-5 pakendites on töötemperatuuri vahemik -40°C kuni +125°C.
Tüüpiline ühendusskeem on võetud nende mikroskeemide dokumentatsioonist ja on näidatud joonisel 4.
OPA454
- Texas Instrumentsi uus odav kõrgepinge operatsioonivõimendi väljundvooluga üle 50 mA ja ribalaiusega 2,5 MHz. Üks eeliseid on OPA454 kõrge stabiilsus ühtse võimenduse korral. 
Kaitse ülekuumenemise ja ülevoolu eest on organiseeritud operatsioonivõimendi sees. IC töötab laias toitepinge vahemikus ±5 kuni ±50 V või ühe toiteallika korral 10 kuni 100 V (maksimaalselt 120 V). OPA454-l on täiendav olekulipp – avatud äravooluga op-amp olekuväljund –, mis võimaldab töötada loogikaga igal tasemel. Sellel kõrgepingeoperatsioonivõimendil on kõrge täpsus, lai valik väljundpingeid, ei tekita probleeme faasiinversiooniga, mida tuleb sageli ette lihtsate võimenditega töötamisel.
OPA454 tehnilised omadused:
Lai toitepinge vahemik ±5 V (10 V) kuni ±50 V (100 V)
(maksimaalselt kuni 120 V)
Suur maksimaalne väljundvool > ±50 mA
Lai töötemperatuuride vahemik -40 kuni 85°C (maksimaalselt -55 kuni 125°C)
SOIC- või HSOP-paketi disain (PowerPADTM)
Andmed mikroskeemi kohta on toodud “Elektroonikauudistes” nr 7 2008. aasta kohta. Sergei Pichugin
Voolu šuntsignaali võimendi põhitoite siinil.
Amatöörraadiopraktikas sobivad ahelate jaoks, mille parameetrid ei ole nii ranged, odavad topeltoperatsioonivõimendid LM358, mis võimaldavad töötada sisendpinged kuni 32V. Joonisel 5 on kujutatud üks paljudest tüüpilistest vooluringidest LM358 kiibi ühendamiseks koormusvoolu monitorina. Muide, kõigil "andmelehtedel" pole selle sisselülitamise diagramme. Suure tõenäosusega oli see vooluring I. Netšajevi ajakirjas Raadio esitatud vooluringi prototüüp, mida mainisin artiklis " Voolu piiri indikaator».
Ülaltoodud ahelaid on väga mugav kasutada omatehtud toiteallikates monitooringuks, telemeetria- ja koormusvoolu mõõtmiseks ning lühisekaitseahelate ehitamiseks. Nende ahelate vooluandur võib olla väga väikese takistusega ja seda takistit pole vaja reguleerida, nagu seda tehakse tavalise ampermeetri puhul. Näiteks pinge takisti R3 ahelas joonisel 5 on võrdne: Vo = R3∙R1∙IL / R2 st. Vo = 1000∙0,1∙1A / 100 = 1V. Andurit läbiv üks amper voolu vastab ühele voltile takisti R3 pingelangust. Selle suhte väärtus sõltub kõigi konverteri ahelasse kuuluvate takistite väärtusest. Sellest järeldub, et muutes takisti R2 trimmeriks, saate seda hõlpsalt kasutada takisti R1 takistuse leviku kompenseerimiseks. See kehtib ka joonistel 2 ja 3 näidatud ahelate kohta. Joonisel fig. 4, saab koormustakisti RL takistust muuta. Toiteallika väljundpinge languse vähendamiseks on üldiselt parem võtta vooluanduri takistus - takisti R1 vooluahelas joonisel 5 võrdne 0,01 oomiga, muutes samal ajal takisti R2 väärtuseks 10 oomi. või takisti R3 väärtuse suurendamine 10 kOhmini.
Mõõda kõrgepinge toiteallika voolu? Või auto starteri tarbitav vool? Või tuulegeneraatori vool? Seda kõike saab teha kontaktivabalt ühe kiibi abil.
Melexis astub järgmise sammu roheliste lahenduste loomisel, avades uusi võimalusi kontaktivaba voolu tuvastamiseks taastuvenergia, hübriidelektrisõiduki (HEV) ja elektrisõiduki (EV) rakendustes. MLX91206 on programmeeritav monoliitsensor, mis põhineb Triaxis™ Halli tehnoloogial. MLX91206 võimaldab kasutajal luua väikeseid, kulutõhusaid puutelahendusi kiire reageerimisajaga. Kiip juhib otseselt voolu, mis voolab välisjuhis, näiteks siinis või trükkplaadil.
Kontaktivaba vooluandur MLX91206 koosneb CMOS Halli integraallülitusest, mille pinnal on õhuke kiht ferromagnetilist struktuuri. Integreeritud ferromagnetilist kihti (IMC) kasutatakse magnetvoo kontsentraatorina, mis tagab suure võimenduse ja palju muud kõrge suhtumine signaal-müra andur. Andur sobib eriti hästi konstantse ja/või vahelduvvoolu kuni 90 kHz oomilise isolatsiooniga, mida iseloomustab väga väike sisestuskadu, kiire reaktsiooniaeg, väike pakendi suurus ja lihtne kokkupanek.
MLX91206 vastab nõudlusele laialt levinud elektroonikarakenduste järele autotööstuses, taastuvenergia muundamise (päikese- ja tuuleenergia), toiteallikate, mootori juhtimise ja ülekoormuskaitse järele.
Kasutusvaldkonnad:
- voolutarbimise mõõtmine akutoiteallikas;
- päikeseenergia muundurid;
- autoinverterid hübriidsõidukites jne.
MLX91206-l on ülepingekaitse ja pöördpingekaitse ning seda saab kasutada eraldiseisva vooluandurina, mis on ühendatud otse kaabliga.
MLX91206 mõõdab voolu teisendamise teel magnetväli, mille tekitavad juhi kaudu voolavad voolud pingeks, mis on proportsionaalne väljaga. Mudelil MLX91206 ei ole voolutaseme ülempiiri, mida see saab mõõta, kuna väljundtase sõltub juhi suurusest ja kaugusest andurist.
Iseloomulikud omadused:
- programmeeritav kiire vooluandur;
- magnetvälja kontsentraator, mis tagab kõrge signaali-müra suhte;
- kaitse ülepinge ja vastupidise polaarsuse eest;
- pliivabad komponendid pliivaba jootmiseks, MSL3;
- kiire analoogväljund (DAC eraldusvõime 12 bitti);
- programmeeritav lüliti;
- termomeetri väljund;
- PWM väljund (ADC eraldusvõime 12 bitti);
- 17-bitine ID-number;
- vigase raja diagnostika;
- kiire reageerimisaeg;
- tohutu alalisvoolu ribalaius - 90 kHz.
Kuidas andur töötab:
MLX91206 on tehnoloogia baasil valmistatud monoliitsensor Triais® saal. Traditsiooniline tasapinnaline Halli tehnoloogia on tundlik IC-pinnaga risti rakendatava voo tiheduse suhtes. IMC-Hall ® vooluandur on tundlik IC pinnaga paralleelselt rakendatava voo tiheduse suhtes. See saavutatakse integreeritud magnetilise kontsentraatori (IMC-Hall®) abil, mis rakendatakse CMOS-kristallidele. IMC-Hall ® vooluandurit saab kasutada autotööstuses. See on Halli efekti andur, mis annab väljundsignaali, mis on proportsionaalne horisontaalselt rakendatud voo tihedusega ja sobib seetõttu voolu mõõtmiseks. See sobib ideaalselt avatud ahelaga vooluanduriks paigaldamiseks trükkplaat. MLX91206 ülekandekarakteristikud on programmeeritavad (eelpinge, võimendus, kinnitustasemed, diagnostikafunktsioonid...). Väljundit saab valida analoog- ja PWM-i vahel. Lineaarset analoogväljundit kasutatakse rakenduste jaoks, mis nõuavad kiiret reageerimist (<10 мкс.), в то время как выход ШИМ используется для применения там, где требуется низкая скорость при высокой надежности выходного сигнала.
Mõõdab väikeseid voolusid kuni ±2 A
Väikeseid voolusid saab mõõta MLX91206-ga, suurendades magnetvälja läbi anduri ümber oleva mähise. Mõõtmise tundlikkus (väljundpinge võrreldes poolivooluga) sõltub mähise suurusest ja pöörete arvust. Täiendavat tundlikkust ja vähendatud tundlikkust väliste väljade suhtes saab saavutada, kui lisada mähise ümber varje. Pool tagab väga kõrge dielektrilise isolatsiooni, muutes MLX91206 sobivaks lahenduseks suhteliselt madala vooluga kõrgepinge toiteallikate jaoks. Väljundit tuleb laiendada, et saada kõrgete voolude jaoks maksimaalne pinge, et saavutada mõõtmiste maksimaalne täpsus ja eraldusvõime.
Joonis 1. Nõrkvoolu lahendus.
Keskmised voolud kuni ±30 A
Voolusid vahemikus kuni 30 A saab mõõta ühe jälje abil trükkplaadil. PCB suunamisel tuleb arvestada vooluvaru ja jälje summaarse võimsuse hajumist. PCB-l olevad jäljed peavad olema piisavalt paksud ja piisavalt laiad, et keskmist voolu pidevalt käsitleda. Selle konfiguratsiooni diferentsiaalset väljundpinget saab ligikaudselt arvutada järgmise võrrandiga:
Vout = 35 mV/ * I
Voolutugevusega 30 A on väljund ligikaudu 1050 mV.
Joonis 2. Keskmiste vooluväärtuste lahendus.
Kõrge voolu mõõtmine kuni ±600 A
Teine meetod suurte voolude mõõtmiseks PCB-del on paksu vasejälgede kasutamine, mis võivad kanda voolu PCB vastasküljel. MLX91206 peaks asuma juhtme keskkoha lähedal, kuid kuna juht on väga lai, on väljund plaadile paigutamise suhtes vähem tundlik. Sellel konfiguratsioonil on ka väiksem tundlikkus sõltuvalt kaugusest ja juhtme laiusest.
Joonis 3. Lahendus suurte vooluväärtuste jaoks.
Meleksist
Üle kümne aasta asutatud Melexis projekteerib ja toodab tooteid autotööstusele, pakkudes erinevaid integreeritud andureid, ASSP-sid ja VLSI-tooteid. Melexise lahendused on äärmiselt töökindlad ja vastavad autotööstuses nõutavatele kõrgetele kvaliteedistandarditele.
Voolutarbimise kontrollimiseks registreerige mootori blokeerimine või süsteemi hädaolukorras väljalülitamine.
Kõrgepingega töötamine on tervisele ohtlik!
Klemmiploki kruvide ja klemmide puudutamine võib põhjustada elektrilöögi. Ärge puudutage tahvlit, kui see on ühendatud majapidamisvõrku. Valmis seadme jaoks kasutage isoleeritud korpust.
Kui te ei tea, kuidas andurit ühendada tavalisest 220 V võrgust töötava elektriseadmega või kahtlete, lõpetage: võite põhjustada tulekahju või tappa ennast.
Peate selgelt aru saama seadme tööpõhimõttest ja kõrgepingega töötamise ohtudest.
Video ülevaade
Ühendus ja seadistamine
Andur suhtleb juhtelektroonikaga kolme juhtme kaudu. Anduri väljund on analoogsignaal. Arduino või Iskra JS-iga ühendamisel on mugav kasutada Troyka Shieldi ja neile, kes tahavad juhtmetest lahti saada, sobib Troyka Slot Shield. Näiteks ühendame mooduli kaabli analoogpistikuga A0 seotud Troyka Shieldi kontaktide rühmaga. Saate oma projektis kasutada mis tahes analoogtihvte. 
Näited töödest
Anduriga töötamise hõlbustamiseks kirjutasime teegi TroykaCurrent, mis teisendab anduri analoogväljundi väärtused milliampriteks. Laadige alla ja installige see, et korrata allpool kirjeldatud katseid.
Alalisvoolu mõõtmine
Alalisvoolu mõõtmiseks ühendame anduri LED-riba ja toiteallika vahelise avatud ahelaga. Väljastame jadaporti alalisvoolu vooluväärtuse milliamprites. 
Vahelduvvoolu mõõtmine
Vahelduvvoolu mõõtmiseks ühendame anduri vahelduvpingeallika ja koormuse vahelise avatud ahelaga. Väljastame jadaporti vahelduvvoolu vooluväärtuse milliamprites. 
Tahvli elemendid
Andur ACS712ELCTR-05B
Vooluandur ACS712ELCTR-05B põhineb Halli efektil, mille olemus on järgmine: kui vooluga juht asetada magnetvälja, tekib selle servadesse EMF, mis on suunatud risti voolu suuna ja voolu suunaga. magnetvälja suund. 
Mikroskeem koosneb struktuurilt Halli andurist ja vaskjuhist. Vaskjuhi läbiv vool tekitab magnetvälja, mida tajub Halli element. Magnetväli sõltub lineaarselt voolutugevusest.
Anduri väljundpinge tase on võrdeline mõõdetud vooluga. Mõõtevahemik -5 A kuni 5 A. Tundlikkus - 185 mV/A. Voolu puudumisel võrdub väljundpinge poolega toitepingest. 
Vooluandur on avatud vooluringis oleva koormusega ühendatud kruviplokkide kaudu. Alalisvoolu mõõtmiseks ühendage andur, võttes arvesse voolu suundi, vastasel juhul saate vastupidise märgiga väärtused. Vahelduvvoolu puhul pole polaarsus oluline.
Kontaktid kolmejuhtmelise ahela ühendamiseks
Moodul on kolme juhtme kaudu ühendatud juhtelektroonikaga. Kolmejuhtmeliste silmuskontaktide eesmärk:
Võimsus (V) - punane juhe. Dokumentatsiooni põhjal on anduri toiteallikaks 5 volti. Testi tulemusena töötab moodul 3,3 volti pealt.
Maandus (G) - must juhe. Peab olema ühendatud mikrokontrolleri maandusega;
Signaal (S) - kollane juhe. Ühendab mikrokontrolleri analoogsisendiga. Selle kaudu loeb juhtplaat anduri signaali.
Võib tekkida vajadus jälgida voolu olemasolu vooluringis kahes olekus: kas olemas või mitte. Näide: laadite akut sisseehitatud laadimiskontrolleriga, mis on ühendatud toiteallikaga, kuid kuidas protsessi juhtida? Muidugi võite vooluringi lisada ampermeetri, ütlete ja teil on õigus. Kuid te ei tee seda kogu aeg. Lihtsam on üks kord toiteallikasse ehitada laadimisvoolu indikaator, mis näitab, kas vool voolab akusse või mitte.
Veel üks näide. Oletame, et autos on mingi hõõglamp, mida te ei näe ja ei tea, kas see põleb või on läbi põlenud. Selle lambi vooluringi saate lisada ka vooluindikaatori ja jälgida voolu. Kui lamp läbi põleb, on see kohe näha.
Või on mingi hõõgniidiga andur. Tapa gaasi- või hapnikuandur. Ja peate kindlasti teadma, et hõõgniit pole purunenud ja kõik töötab korralikult. Siin tuleb appi indikaator, mille diagrammi annan allpool.
Rakendusi võib olla palju, põhiidee on muidugi sama – voolu olemasolu jälgimine.
Voolu indikaatori vooluring
Skeem on väga lihtne. Tähttakisti valitakse sõltuvalt juhitavast voolust, see võib olla vahemikus 0,4 kuni 10 oomi. Liitiumioonaku laadimiseks kasutasin 4,7 oomi. Vool liigub läbi selle takisti (kui see voolab), Ohmi seaduse järgi eraldub üle selle pinge, mis avab transistori. Selle tulemusena süttib LED-tuli, mis näitab, et laadimine on pooleli. Niipea kui aku on laetud, lülitab sisekontroller aku välja ja vooluring vooluringist kaob. Transistor sulgub ja LED kustub, mis näitab, et laadimine on lõppenud.Diood VD1 piirab pinget 0,6 V-ni. Võite võtta mis tahes, voolutugevuseks 1 A. Jällegi, kõik sõltub teie koormusest. Kuid te ei saa kasutada Schottky dioodi, kuna selle langus on liiga väike - 0,4 V juures ei pruugi transistor lihtsalt avaneda. Sellise vooluringi kaudu saate isegi auto akusid laadida, peaasi, et valida diood, mille vool on suurem kui soovitud laadimisvool.
Selles näites lülitub LED sisse voolu voolamise ajal, aga mis siis, kui teil on vaja seda näidata, kui voolu pole? Sel juhul on olemas pöördloogikaga vooluahel.
Kõik on sama, ühele sama marki transistorile on lisatud ainult inverteeriv lüliti. Muide, mis tahes sama struktuuriga transistor. Kodumaised analoogid sobivad - KT315, KT3102.
Paralleelselt LED-iga takistiga saate sisse lülitada helisignaali ja kui näiteks lambipirni jälgimisel voolu pole, kostab helisignaal. See on väga mugav ja te ei pea juhtpaneelil LED-i kuvama.
Üldiselt võib olla palju ideid, kus seda indikaatorit kasutada.