Numerologi 

Skjematiske diagrammer av berøringsfri strømmåling av en rund ledning. Strømomformere er den rette løsningen. DC strømmåling

For å måle store strømmer brukes som regel en ikke-kontaktmetode - spesielle strømklemmer. Strømklemme er en måleenhet som har en glidering som dekker en elektrisk ledning og mengden strøm som flyter vises på enhetsindikatoren.

Overlegenheten til denne metoden er ubestridelig - for å måle strømstyrken er det ikke nødvendig å bryte ledningen, noe som er spesielt viktig ved måling av store strømmer. Denne artikkelen beskriver DC strømklemme, som er ganske mulig å gjøre med egne hender.

Beskrivelse av utformingen av hjemmelagde strømklemmer

For å sette sammen enheten trenger du en følsom Hall-sensor, for eksempel UGN3503. Figur 1 viser enheten til en hjemmelaget tang. Du trenger, som allerede nevnt, en Hall-sensor, samt en ferrittring med en diameter på 20 til 25 mm og en stor "krokodille", for eksempel, lik den på ledningene for å starte (tenne) en bil.

Ferrittringen må sages nøyaktig og nøyaktig eller brytes i to halvdeler. For å gjøre dette må ferrittringen først arkiveres med en diamantfil eller en ampulfil. Slip deretter bruddflatene med fint sandpapir.

På den ene siden limer du en pakning fra tegnepapir til den første halvdelen av ferrittringen. På den andre siden fester du en Hall-sensor på den andre halvdelen av ringen. Det er best å lime det med epoksylim, du trenger bare å sørge for at Hall-sensoren er i god kontakt med bruddsonen til ringen.

Det neste trinnet er å koble begge halvdelene av ringen og vikle den rundt den med en krokodille og lim den. Nå, når du trykker på krokodillehåndtakene, vil ferrittringen divergere.

Elektronisk krets av strømklemmer

Fundamental elektrisk diagram Festet til multimeteret er vist i figur 2. Når det går strøm gjennom en elektrisk ledning, vises et magnetfelt rundt den, og Hall-sensoren oppdager kraftledningene som går gjennom den og genererer en viss konstant spenning ved utgangen.

Denne spenningen forsterkes (ved kraft) av op amp A1 og går til multimeterterminalene. Forholdet mellom utgangsspenningen og den flytende strømmen: 1 Ampere = 1 mVolt. Trimmermotstandene R3 og R6 er flersvingninger. For å konfigurere trenger du laboratorieblokk strømforsyning med minimum utgangsstrøm på ca 3A, og innebygd amperemeter.

Først kobler du dette vedlegget til multimeteret og setter det til null ved å endre motstanden R3 og midtposisjonen til R2. Deretter, før enhver måling, vil det være nødvendig å sette null med potensiometer R2. Sett strømforsyningen til den laveste spenningen og koble til den tung last, for eksempel en elektrisk lampe som brukes i billykter. Hekt deretter "tangen" på en av ledningene som er koblet til denne lampen (Figur 1).

Øk spenningen til strømforsyningens amperemeter viser 2 ampere. Stram motstand R6 slik at spenningsverdien til multimeteret (i millivolt) samsvarer med dataene på strømforsyningens amperemeter i ampere. Kontroller avlesningene noen ganger til, endre gjeldende styrke. Ved å bruke dette vedlegget er det mulig å måle strøm opp til 500A.

En av de mest enkle måterå måle strøm i en elektrisk krets er å måle spenningsfallet over en motstand koblet i serie med lasten. Men når strømmen går gjennom denne motstanden, frigjøres ubrukelig kraft i form av varme, så den velges til minimum mulig verdi, som igjen medfører en påfølgende forsterkning av signalet. Det skal bemerkes at kretsene gitt nedenfor gjør det mulig å kontrollere ikke bare direkte, men også pulserende strøm, men med tilsvarende forvrengninger bestemt av båndbredden til forsterkerelementene.

Måling av strøm i lastens negative pol.

Kretsen for måling av laststrøm i minuspolen er vist i figur 1.

Dette diagrammet og noe av informasjonen er lånt fra bladet "Komponenter og teknologier" nr. 10 for 2006. Mikhail Pushkarev [e-postbeskyttet]
Fordeler:
lav input felles modus spenning;
inngangs- og utgangssignalene har en felles jord;
Enkel å implementere med én strømforsyning.
Feil:
lasten har ikke en direkte forbindelse med "bakken";
det er ingen mulighet for å bytte lasten med en nøkkel i den negative polen;
mulighet for svikt i målekretsen på grunn av kortslutning i lasten.

Å måle strømmen i lastens negative pol er ikke vanskelig. Mange op-ampere designet for å operere med en enkelt forsyning er egnet for dette formålet. Kretsen for å måle strøm ved hjelp av en operasjonsforsterker er vist i fig. 1. Valget av en spesifikk type forsterker bestemmes av den nødvendige nøyaktigheten, som hovedsakelig påvirkes av forsterkerens nullforskyvning, dens temperaturdrift og forsterkningsinnstillingsfeil og nødvendig kretshastighet. I begynnelsen av skalaen er en betydelig konverteringsfeil uunngåelig, forårsaket av en verdi som ikke er null på forsterkerens minimum utgangsspenning, som for de fleste praktiske applikasjoner uvesentlig. For å eliminere denne ulempen kreves en bipolar forsterkerstrømforsyning.

Måling av strøm i lastens positive pol


Fordeler:
lasten er jordet;
En kortslutning i lasten oppdages.
Feil:
høy inngangsspenning i fellesmodus (ofte svært høy);
behovet for å skifte utgangssignalet til et nivå som er akseptabelt for påfølgende behandling i systemet (referanse til jord).
La oss vurdere kretser for måling av strøm i den positive polen til lasten ved hjelp av operasjonsforsterkere.

I diagrammet i fig. 2, kan du bruke hvilken som helst av operasjonsforsterkerne som er egnet for den tillatte forsyningsspenningen, designet for å fungere med en enkelt forsyningsforsyning og en maksimal inngangs-common-mode-spenning som når forsyningsspenningen, for eksempel AD8603. Den maksimale forsyningsspenningen til kretsen kan ikke overstige den maksimalt tillatte forsyningsspenningen til forsterkeren.

Men det er op-ampere som er i stand til å operere ved en inngangs-common-mode-spenning som er betydelig høyere enn forsyningsspenningen. I kretsen som bruker LT1637 op-amp vist i fig. 3 kan belastningsforsyningsspenningen nå 44 V med en op-amp forsyningsspenning på 3 V. Instrumentasjonsforsterkere som LTC2053, LTC6800 fra Linear Technology, INA337 fra Linear Technology egner seg for å måle strøm i den positive polen til lasten med en veldig liten feil. Texas Instruments. Det finnes også spesialiserte mikrokretser for måling av strøm i den positive polen, for eksempel INA138 og INA168.

INA138 og INA168

— høyspente, unipolare strømmonitorer. Et bredt spekter av inngangsspenninger, lavt strømforbruk og små dimensjoner - SOT23, gjør at denne brikken kan brukes i mange kretser. Strømforsyningsspenningen er fra 2,7 V til 36 V for INA138 og fra 2,7 V til 60 V for INA168. Inngangsstrømmen er ikke mer enn 25 µA, noe som lar deg måle spenningsfallet over shunten med minimal feil. Mikrokretser er strømspenningsomformere med en konverteringskoeffisient fra 1 til 100 eller mer. INA138 og INA168 i SOT23-5-pakker har et driftstemperaturområde på -40°C til +125°C.
Et typisk koblingsskjema er hentet fra dokumentasjonen for disse mikrokretsene og er vist i figur 4.

OPA454

- en ny lavpris høyspent operasjonsforsterker fra Texas Instruments med en utgangsstrøm på mer enn 50 mA og en båndbredde på 2,5 MHz. En av fordelene er den høye stabiliteten til OPA454 ved enhetsforsterkning.

Beskyttelse mot overtemperatur og overstrøm er organisert inne i op-ampen. IC opererer over et bredt spekter av forsyningsspenninger fra ±5 til ±50 V eller, i tilfelle av en enkelt forsyning, fra 10 til 100 V (maksimalt 120 V). OPA454 har en ekstra "Status Flag" pin - en åpen-drain op-amp statusutgang - som lar deg jobbe med logikk på alle nivåer. Denne høyspent operasjonsforsterkeren har høy presisjon, et bredt spekter av utgangsspenninger, forårsaker ikke problemer med faseinversjon, som ofte oppstår når du arbeider med enkle forsterkere.
Tekniske egenskaper ved OPA454:
Bredt forsyningsspenningsområde fra ±5 V (10 V) til ±50 V (100 V)
(maksimalt opptil 120 V)
Stor maksimal utgangsstrøm > ±50 mA
Bredt spekter av driftstemperaturer fra -40 til 85 °C (maksimalt fra -55 til 125 °C)
SOIC- eller HSOP-pakkedesign (PowerPADTM)
Data om mikrokretsen er gitt i "Electronics News" nr. 7 for 2008. Sergey Pichugin

Strømshuntsignalforsterker på hovedstrømbussen.

I amatørradiopraksis, for kretser hvis parametere ikke er så strenge, er billige doble op-forsterkere LM358 egnet, som tillater drift med inngangsspenninger opptil 32V. Figur 5 viser en av mange typiske kretser for tilkobling av LM358-brikken som en laststrømmonitor. Forresten, ikke alle "dataark" har diagrammer for å slå det på. Etter all sannsynlighet var denne kretsen prototypen til kretsen presentert i Radio-magasinet av I. Nechaev og som jeg nevnte i artikkelen " Indikator for strømgrense».
Kretsene ovenfor er veldig praktiske å bruke i hjemmelagde strømforsyninger for overvåking, telemetri og belastningsstrømmåling, og for å konstruere. Strømsensoren i disse kretsene kan ha en veldig liten motstand og det er ikke nødvendig å justere denne motstanden, slik det gjøres i tilfellet med et konvensjonelt amperemeter. For eksempel er spenningen over motstanden R3 i kretsen i figur 5 lik: Vo = R3∙R1∙IL / R2 dvs. Vo = 1000∙0,1∙1A / 100 = 1V. En ampere strøm som flyter gjennom sensoren tilsvarer en volt spenningsfall over motstand R3. Verdien av dette forholdet avhenger av verdien av alle motstander som er inkludert i omformerkretsen. Det følger at ved å gjøre motstand R2 til en trimmer, kan du enkelt bruke den til å kompensere for spredningen i motstanden til motstand R1. Dette gjelder også kretsene vist i figur 2 og 3. I kretsen vist i fig. 4, kan motstanden til lastmotstanden RL endres. For å redusere dypet i utgangsspenningen til strømforsyningen, er det generelt bedre å ta motstanden til strømsensoren - motstand R1 i kretsen i fig. 5 lik 0,01 Ohm, mens verdien til motstand R2 endres til 10 Ohm eller øke verdien av motstanden R3 til 10 kOhm.

Måle strømmen til en høyspent strømforsyning? Eller strømmen som forbrukes av bilens starter? Eller strøm fra en vindgenerator? Alt dette kan gjøres kontaktløst ved hjelp av en enkelt brikke.

Melexis tar neste skritt i å skape grønne løsninger ved å åpne opp nye muligheter for berøringsfri strømføling innen fornybar energi, hybridelektriske kjøretøy (HEV) og elektriske kjøretøy (EV). MLX91206 er en programmerbar monolitisk sensor basert på Triaxis™ Hall-teknologi. MLX91206 lar brukeren bygge små, kostnadseffektive berøringsløsninger med raske responstider. Brikken styrer direkte strømmen som flyter i en ekstern leder, for eksempel en buss eller sporing på et kretskort.

MLX91206 berøringsfri strømsensor består av en integrert CMOS Hall-krets med et tynt lag av ferromagnetisk struktur på overflaten. Det integrerte ferromagnetiske laget (IMC) brukes som en magnetisk flukskonsentrator, og gir høy forsterkning og mer høy holdning signal-til-støy sensor. Sensoren er spesielt egnet for måling av konstant og/eller vekselstrøm opptil 90 kHz med ohmsk isolasjon, preget av svært lavt innsettingstap, rask responstid, liten pakkestørrelse og enkel montering.

MLX91206 møter etterspørselen etter utbredte elektronikkapplikasjoner i bilindustrien, fornybar energikonvertering (sol og vind), strømforsyninger, motorkontroll og overbelastningsbeskyttelse.

Bruksområder:

  • måling av strømforbruk i batteristrømforsyning;
  • solenergi omformere;
  • bilomformere i hybridbiler, etc.

MLX91206 har overspenningsbeskyttelse og omvendt spenningsbeskyttelse og kan brukes som en frittstående strømsensor koblet direkte til kabelen.

MLX91206 måler strøm ved å konvertere magnetfelt, skapt av strømmer som flyter gjennom en leder, til en spenning som er proporsjonal med feltet. MLX91206 har ingen øvre grense for strømnivået den kan måle fordi utgangsnivået avhenger av lederstørrelsen og avstanden fra sensoren.

Karakteristiske trekk:

  • programmerbar høyhastighets strømsensor;
  • magnetisk feltkonsentrator som gir et høyt signal-til-støyforhold;
  • beskyttelse mot overspenning og omvendt polaritet;
  • blyfrie komponenter for blyfri lodding, MSL3;
  • rask analog utgang (DAC-oppløsning 12 bit);
  • programmerbar bryter;
  • termometer utgang;
  • PWM-utgang (ADC-oppløsning 12 bits);
  • 17-biters ID-nummer;
  • feil spordiagnostikk;
  • rask responstid;
  • enorm DC-båndbredde - 90 kHz.

Hvordan sensoren fungerer:

MLX91206 er en monolittisk sensor laget på grunnlag av teknologi Triais® Hall. Tradisjonell plan Hall-teknologi er følsom for flukstettheten som påføres vinkelrett på IC-overflaten. IMC-Hall ® strømsensoren er følsom for flukstettheten som påføres parallelt med overflaten til IC. Dette oppnås gjennom en integrert magnetisk konsentrator (IMC-Hall®), som påføres CMOS-krystallen. IMC-Hall ® strømsensor kan brukes i bilindustrien. Det er en Hall-effektsensor som gir et utgangssignal proporsjonalt med flukstettheten påført horisontalt og er derfor egnet for strømmåling. Den er ideell som en åpen strømsensor for montering på trykt kretskort. Overføringskarakteristikken til MLX91206 er programmerbar (bias, forsterkning, klemnivåer, diagnostiske funksjoner...). Utgangen kan velges mellom analog og PWM. Lineær analog utgang brukes for applikasjoner som krever rask respons (<10 мкс.), в то время как выход ШИМ используется для применения там, где требуется низкая скорость при высокой надежности выходного сигнала.

Måler små strømmer opp til ±2 A

Små strømmer kan måles med MLX91206 ved å øke magnetfeltet gjennom en spole rundt sensoren. Følsomheten (utgangsspenningen sammenlignet med spolestrømmen) av målingen vil avhenge av størrelsen på spolen og antall omdreininger. Ytterligere følsomhet og redusert følsomhet for eksterne felt kan oppnås ved å legge til et skjold rundt spolen. Spolen gir svært høy dielektrisk isolasjon, noe som gjør MLX91206 til en passende løsning for høyspente strømforsyninger med relativt lave strømmer. Utgangen må utvides for å oppnå maksimal spenning for høye strømmer for å oppnå maksimal nøyaktighet og oppløsning i målinger.

Figur 1. Lavstrømsløsning.

Gjennomsnittlig strøm opp til ±30 A

Strømmer i området opptil 30 A kan måles ved å bruke en enkelt trace på et PCB. Sporene på kretskortet må være tykke nok og brede nok til å kontinuerlig håndtere gjennomsnittsstrømmen. Differensialutgangsspenningen for denne konfigurasjonen kan tilnærmes ved følgende ligning:

Vout = 35 mV/ * I

For en strøm på 30 A vil utgangen være omtrent 1050 mV.

Fig.2. Løsning for gjennomsnittlige strømverdier.

Høy strømmåling opp til ±600 A

En annen metode for å måle store strømmer på PCB er å bruke tykke kobberspor som kan føre strøm på motsatt side av PCB. MLX91206 bør plasseres nær midten av lederen, men siden lederen er veldig bred, er utgangen mindre følsom for plassering på brettet. Denne konfigurasjonen har også mindre følsomhet avhengig av avstand og lederbredde.

Fig.3. Løsning for store strømverdier.

Om melexis

Melexis, som er etablert i over ti år, designer og produserer produkter for bilindustrien, og tilbyr en rekke integrerte sensorer, ASSP-er og VLSI-produkter. Melexis-løsninger er ekstremt pålitelige og oppfyller de høye kvalitetsstandardene som kreves i bilapplikasjoner.

For å kontrollere strømforbruk, registrere motorblokkering eller nødfrakobling av systemet.

Arbeid med høyspenning er helsefarlig!

Berøring av koblingsblokkskruene og -klemmene kan føre til elektrisk støt. Ikke berør brettet hvis det er koblet til et husholdningsnettverk. For den ferdige enheten, bruk et isolert hus.

Hvis du ikke vet hvordan du kobler sensoren til et elektrisk apparat som opererer fra et vanlig 220 V-nettverk, eller du er i tvil, stopp: du kan starte en brann eller drepe deg selv.

Du må tydelig forstå driftsprinsippet til enheten og farene ved å arbeide med høy spenning.

Videoanmeldelse

Tilkobling og oppsett

Sensoren kommuniserer med styreelektronikken via tre ledninger. Utgangen fra sensoren er et analogt signal. Ved tilkobling til Arduino eller Iskra JS er det praktisk å bruke Troyka Shield, og for de som ønsker å kvitte seg med ledninger passer Troyka Slot Shield. La oss for eksempel koble en kabel fra modulen til en gruppe Troyka Shield-kontakter relatert til analog pinne A0. Du kan bruke alle analoge pinner i prosjektet ditt.

Eksempler på arbeid

For å gjøre arbeidet med sensoren enklere, skrev vi TroykaCurrent-biblioteket, som konverterer verdiene til den analoge utgangen til sensoren til milliampere. Last ned og installer den for å gjenta eksperimentene beskrevet nedenfor.

DC strømmåling

For å måle likestrøm kobler vi sensoren til den åpne kretsen mellom LED-stripen og strømforsyningen. La oss sende ut gjeldende verdi av likestrøm i milliampere til serieporten.

CurrentDC.ino #include Serial.print("Gjeldende er "); Serial.print(sensorCurrent.readCurrentDC()); Serial.println("mA"); forsinkelse(100); )

AC strømmåling

For å måle vekselstrøm kobler vi sensoren til den åpne kretsen mellom vekselspenningskilden og lasten. La oss sende ut gjeldende verdi av vekselstrøm i milliampere til serieporten.

CurrentAC.ino // bibliotek for arbeid med en strømsensor (Troyka-modul)#inkludere // lag et objekt for å jobbe med gjeldende sensor // og gi den pin-nummeret til utgangssignalet ACS712 sensorstrøm(A0) ; void oppsett() ( // åpne serieporten Serial.begin(9600); ) void loop() ( // utgangssensorindikatorer for likestrøm Serial.print("Gjeldende er "); Serial.print(sensorCurrent.readCurrentAC()); Serial.println("mA"); forsinkelse(100); )

Tavleelementer

Sensor ACS712ELCTR-05B

ACS712ELCTR-05B-strømsensoren er basert på Hall-effekten, hvis essens er som følger: hvis en leder med strøm plasseres i et magnetfelt, vises en EMF ved kantene, rettet vinkelrett på strømmens retning og retning av magnetfeltet.
Mikrokretsen er strukturelt sammensatt av en Hall-sensor og en kobberleder. Strømmen som strømmer gjennom kobberlederen skaper et magnetfelt, som oppfattes av Hall-elementet. Magnetfeltet avhenger lineært av strømstyrken.

Utgangsspenningsnivået til sensoren er proporsjonal med den målte strømmen. Måleområde fra −5 A til 5 A. Følsomhet - 185 mV/A. I fravær av strøm vil utgangsspenningen være lik halvparten av forsyningsspenningen.

Strømføleren kobles til lasten i den åpne kretsen gjennom skrueblokker. For å måle likestrøm, koble til sensoren, ta hensyn til strømmens retninger, ellers vil du få verdier med motsatt fortegn. For vekselstrøm spiller polariteten ingen rolle.

Kontakter for tilkobling av en tre-leder sløyfe

Modulen kobles til styreelektronikken via tre ledninger. Formål med tre-leder sløyfekontakter:

    Strøm (V) - rød ledning. Basert på dokumentasjonen er sensorens strømforsyning 5 volt. Som et resultat av testen opererer modulen på 3,3 volt.

    Jord (G) - svart ledning. Må være koblet til mikrokontrollerjord;

    Signal (S) - gul ledning. Kobles til den analoge inngangen til mikrokontrolleren. Gjennom den leser kontrollkortet signalet fra sensoren.

Det kan være behov for å overvåke tilstedeværelsen av strøm som flyter i en krets i to tilstander: enten tilstede eller ikke. Eksempel: du lader et batteri med en innebygd ladekontroller, koblet til en strømkilde, men hvordan kontrollere prosessen? Du kan selvfølgelig inkludere et amperemeter i kretsen, sier du, og du vil ha rett. Men du vil ikke gjøre dette hele tiden. Det er lettere å en gang bygge en ladestrømindikator inn i strømforsyningen, som vil vise om det strømmer inn i batteriet eller ikke.
Et annet eksempel. La oss si at det er en slags glødelampe i en bil som du ikke ser og ikke vet om den er på eller har brent ut. Du kan også inkludere en strømindikator i kretsen til denne lampen og overvåke flyten. Hvis lampen brenner ut, vil den umiddelbart være synlig.
Eller det er en slags sensor med en filament. Tapa gass- eller oksygensensor. Og du må være sikker på at filamentet ikke er ødelagt og at alt fungerer som det skal. Det er her indikatoren kommer til unnsetning, diagrammet som jeg vil gi nedenfor.
Det kan være mange applikasjoner, selvfølgelig er hovedideen den samme - å overvåke tilstedeværelsen av strøm.

Strømindikatorkrets

Ordningen er veldig enkel. Stjernemotstanden velges avhengig av den kontrollerte strømmen; den kan være fra 0,4 til 10 ohm. For å lade et litiumionbatteri brukte jeg 4,7 ohm. Strøm flyter gjennom denne motstanden (hvis den flyter), i henhold til Ohms lov frigjøres en spenning over den, som åpner transistoren. Som et resultat lyser LED-en, og indikerer at lading pågår. Så snart batteriet er ladet, vil den interne kontrolleren slå av batteriet og strømmen i kretsen forsvinner. Transistoren lukkes og LED-en slukker, noe som indikerer at ladingen er fullført.
Diode VD1 begrenser spenningen til 0,6 V. Du kan ta hvilken som helst, for en strøm på 1 A. Igjen, alt avhenger av belastningen din. Men du kan ikke bruke en Schottky-diode, siden fallet er for lite - transistoren kan rett og slett ikke åpne fra 0,4 V. Du kan til og med lade bilbatterier gjennom en slik krets, det viktigste er å velge en diode med høyere strømstyrke enn ønsket ladestrøm.


I dette eksemplet slås LED-en på mens strømmen flyter, men hva om du trenger å vise den når det ikke er strøm? For dette tilfellet er det en krets med omvendt logikk.


Alt er det samme, bare en inverterende bryter er lagt til på en transistor av samme merke. Forresten, en transistor av samme struktur. Innenlandske analoger er egnet - KT315, KT3102.
Parallelt med motstanden med LED-en kan du slå på en summer, og når du overvåker for eksempel en lyspære, er det ingen strøm, høres et lydsignal. Noe som vil være veldig praktisk, og du trenger ikke å vise LED-en på kontrollpanelet.
Generelt kan det være mange ideer for hvor du kan bruke denne indikatoren.