Bezkontaktný merač prúdu TrueRMS. Urobme jeden zo súčasných výpočtov. Pripojenie snímačov k viacfázovým obvodom striedavých sietí

Meranie jednosmerné prúdy najčastejšie vyrábajú magnetoelektrické galvanometre, mikroampérmetre, miliametre a ampérmetre, ktorých hlavnou súčasťou je magnetoelektrický merací mechanizmus (meter). Zariadenie jedného z bežných prevedení ručičkového merača je znázornené na obr. 1. Merač obsahuje magnet 1 v tvare podkovy. Vo vzduchovej medzere medzi jeho pólovými nástavcami 2 a pevným valcovým jadrom 5 z magneticky mäkkého materiálu vzniká rovnomerné magnetické pole, ktorého indukčné čiary sú kolmé. na povrch jadra. V tejto medzere je umiestnený rám 4, navinutý tenkým medeným izolovaným drôtom (priemer 0,02 ... 0,2 mm) na ľahký papierový alebo hliníkový rám obdĺžnikového tvaru. Rám je možné otáčať spolu s osou 6 a šípkou 10, ktorej koniec sa pohybuje nad mierkou. Ploché špirálové pružiny 5 slúžia na vytvorenie momentu, ktorý pôsobí proti otáčaniu rámu, ako aj na prívod prúdu do rámu. Jedna pružina je upevnená medzi osou a skriňou. Druhá pružina je jedným koncom pripevnená k osi a druhým koncom korektorová páka 7, ktorej vidlica prekrýva excentrickú tyč skrutky 8. Otáčaním tejto skrutky sa ukazovateľ nastaví na nulové delenie stupnica. Protizávažia 9 slúžia na vyváženie pohyblivej časti meradla, aby sa stabilizovala poloha šípky pri zmene polohy zariadenia.

Ryža. 1. Magnetoelektrické zariadenie meracieho mechanizmu.

Meraný prúd prechádzajúci cievkami rámu interaguje s magnetickým poľom permanentného magnetu. Krútiaci moment vytvorený v tomto prípade, ktorého smer je určený známym pravidlom ľavej ruky, spôsobuje, že sa rám otáča pod takým uhlom, v ktorom je vyvážený protipôsobiacim momentom, ktorý nastáva, keď pružiny 5 sú skrútené.V dôsledku rovnomernosti konštanty magnetické pole vo vzduchovej medzere sa ukáže krútiaci moment a následne uhol vychýlenia ihly úmerné prúdu pretekajúcej rámom. Preto majú magnetoelektrické zariadenia jednotné stupnice. Ostatné veličiny, ktoré ovplyvňujú hodnotu krútiaceho momentu - magnetická indukcia vo vzduchovej medzere, počet závitov a plocha rámu - zostávajú konštantné a spolu s elastickou silou pružín určujú citlivosť pružín. meter.

Pri otáčaní rámu sa v jeho hliníkovom ráme indukujú prúdy, ktorých interakciou s poľom permanentného magnetu vzniká brzdný moment, ktorý rýchlo upokojí pohyblivú časť merača (doba ustálenia nepresahuje 3 s).

Merače sa vyznačujú tromi elektrickými parametrami: a) celkovým vychyľovacím prúdom Ii, ktorý spôsobuje vychýlenie ručičky ku koncu stupnice; b) celkové odchýlkové napätie Ui, t.j. napätie na ráme elektromeru, ktoré vo svojom obvode vytvára prúd Ii; c) vnútorný odpor Ri, čo je odpor rámu. Tieto parametre sú vzájomne prepojené Ohmovým zákonom:

používané v rádiových meracích prístrojoch. odlišné typy magnetoelektrické merače, ktorých celkový prúd odchýlky zvyčajne leží v rozmedzí 10 ... 1000 μA. Merače, ktorých celkový prúd odchýlky nepresahuje 50-100 μA, sa považujú za vysoko citlivé.

Niektoré merače sú vybavené magnetickým bočníkom vo forme oceľového plechu, ktorý je možné priblížiť ku koncovým plochám pólových nástavcov a magnetu alebo od nich. V tomto prípade sa prúd celkovej odchýlky I zníži alebo zvýši v malom rozsahu v dôsledku zmeny magnetického toku pôsobiaceho na rám v dôsledku vetvenia časti celkového magnetického toku cez bočník.

Celkové vychyľovacie napätie Ui pre väčšinu meračov je v rozsahu 30-300 mV. Odpor rámu R a závisí od obvodu rámu, počtu závitov a priemeru drôtu. Čím je elektromer citlivejší, tým viac závitov tenšieho drôtu má jeho rám a tým väčší odpor. Zvýšenie citlivosti meračov sa dosahuje aj použitím výkonnejších magnetov, bezrámových rámov, pružín s malým protichodným momentom a zavesením pohyblivej časti na strie (dve tenké nitky).

V citlivých meračoch s bezrámovým rámom šípka, ktorá sa odchyľuje pôsobením prúdu prechádzajúceho rámom, robí sériu kmitov pred zastavením v rovnovážnej polohe. Aby sa skrátila doba usadzovania šípky, rám je posunutý odporom s odporom rádovo tisícok alebo stoviek ohmov. Úlohu toho druhého niekedy zohráva schému zapojenia zariadenie pripojené paralelne k rámu.

Merače s pohyblivými rámami umožňujú získať uhol úplného vychýlenia šípu až do 90-100 °. Malé merače sa niekedy vyrábajú s pevným rámom a pohyblivým magnetom namontovaným na rovnakej osi ako ukazovateľ. V tomto prípade je možné zväčšiť uhol úplného vychýlenia šípky na 240°.

Obzvlášť citlivé merače používané na meranie veľmi malých prúdov (menej ako 0,01 μA) a napätí (menej ako 1 μV) sa nazývajú galvanometre. Často sa používajú ako nulové indikátory (indikátory neprítomnosti prúdu alebo napätia v obvode) pri meraní porovnávacími metódami. Podľa spôsobu čítania sa rozlišujú ukazovacie a zrkadlové galvanometre; v druhom prípade sa referenčné riziko na stupnici vytvára pomocou svetelného lúča a zrkadla namontovaného na pohyblivej časti zariadenia.

Magnetoelektrické merače sú vhodné na meranie len na jednosmerný prúd. Zmena smeru prúdu v ráme vedie k zmene smeru krútiaceho momentu a odchýlke šípky v opačná strana. Keď je merač pripojený k obvodu striedavého prúdu s frekvenciou do 5-7 Hz, šípka bude s touto frekvenciou neustále oscilovať okolo nuly stupnice. Pri vyššej frekvencii prúdu nestihne pohyblivý systém v dôsledku svojej zotrvačnosti sledovať zmeny prúdu a ručička zostáva v nulovej polohe. Ak meračom preteká pulzujúci prúd, potom je odchýlka šípky určená konštantnou zložkou tohto prúdu. Aby sa eliminovalo chvenie šípky, je merací prístroj posunutý pomocou kondenzátora veľká kapacita.

Merače určené na prevádzku v okruhu priamy prúd, ktorých smer je nezmenený, majú jednostrannú stupnicu, ktorej jedným z koncov je nulové delenie. Pre získanie správneho vychýlenia šípky je potrebné, aby prúd tiekol rámom v smere od svorky označenej „+“ ku svorke označenej „-“. Merače určené na prevádzku v jednosmerných obvodoch, ktorých smer sa môže meniť, sú vybavené obojstrannou stupnicou, ktorej nulový dielik je zvyčajne umiestnený v strede; keď prúd tečie v zariadení zo svorky „+“ na svorku „-“, šípka sa odchyľuje doprava.

Magnetoelektromery odolávajú krátkodobému preťaženiu až do 10-násobku prúdu Iu a 3-násobku dlhodobého preťaženia. Nie sú citlivé na vonkajšie magnetické polia (kvôli prítomnosti silného vnútorného magnetického poľa), pri meraní spotrebúvajú málo energie a možno ich vykonávať vo všetkých triedach presnosti.

Pre merania zapnuté striedavý prúd magnetoelektrické merače sa používajú v spojení s polovodičovými, elektronickými, fotoelektrickými alebo tepelnými meničmi; Spolu tvoria usmerňovače, elektronické, fotovoltaické alebo termoelektrické zariadenia.

Meracie prístroje niekedy používajú elektromagnetické, elektrodynamické a ferodynamické merače, ktoré sú vhodné na priame meranie jednosmerných prúdov aj efektívnych striedavých prúdov s frekvenciou do 2,5 kHz. Tieto typy meračov sú však výrazne horšie ako magnetoelektrické merače, pokiaľ ide o citlivosť, presnosť a spotrebu energie počas meraní. Okrem toho majú nerovnomernú stupnicu, stlačenú v počiatočnej časti a sú citlivé na účinky vonkajších magnetických polí, na oslabenie ktorých treba použiť magnetické štíty a skomplikovať konštrukciu zariadení.

Stanovenie elektrických parametrov magnetoelektrických meračov

Pri použití meracieho mechanizmu ako magnetoelektrického prístroja neznámy typ parametre posledne menovaného - celkový vychyľovací prúd Ii a vnútorný odpor Ri - sa musia určiť empiricky.

Ryža. 2. Schémy merania elektrické parametre magnetoelektrické merače

Odpor rámu R a možno približne zmerať ohmmetrom s požadovaným limitom merania. Pri kontrole vysoko citlivých meračov je potrebné dávať pozor, pretože vysoký prúd ohmmetra ich môže poškodiť. Ak sa používa viaclimitný ohmmeter batérie, potom by sa malo meranie začať od najvyššej hranice odporu, pri ktorej je prúd v napájacom obvode ohmmetra najmenší. Prechod na iné limity je povolený len vtedy, ak to nespôsobí, že ručička meracieho prístroja vypadne z mierky.

Dostatočne presne možno parametre meradla určiť podľa schémy na obr. 2, a. Obvod je napájaný zo zdroja konštantné napätie B cez odpor R1, ktorý slúži na obmedzenie prúdu v obvode. Reostat R2 dosiahne odchýlku ručičky meradla A v plnom rozsahu. Zároveň sa počíta hodnota prúdu Ii podľa vzorového (referenčného) mikroampérmetra (miliampérmetra) μA volacej základne). Potom sa paralelne k meraču pripojí referenčná odporová skriňa Ro, ktorej zmenou odporu sa prúd cez merač zníži presne dvojnásobne v porovnaní s prúdom v spoločný okruh. To sa uskutoční pri odpore Ro = R a. Namiesto skladu odporu môžete použiť akýkoľvek premenlivý odpor s následným meraním jeho odporu Ro = R a pomocou ohmmetra alebo jednosmerného mostíka. Paralelne s meračom je tiež možné pripojiť neregulovaný odpor so známym odporom R, najlepšie blízkym očakávanému odporu R a; potom hodnota posledného je určená vzorcom

R a \u003d (I / I1 - 1) * R,

kde I a I1 sú prúdy namerané zariadeniami μA a I.

Ak má merač AND jednotnú stupnicu obsahujúcu dieliky αp, potom môžete použiť obvod znázornený na obr. 2b. Požadované parametre merača sa vypočítajú podľa vzorcov:

Ii \u003d U / (R1 + R2) * αp / α1; Ri = (α2 * R2)/(al-α2) - R1,

kde U je napájacie napätie namerané voltmetrom V, α1 a α2 sú hodnoty na stupnici merača, keď je prepínač B nastavený do polohy 1 a 2, a R1 a R2 sú známe odpory rezistorov, ktoré sú prijaté približne rovnakých nominálnych hodnôt. Chyba merania je tým menšia, čím bližšie je údaj α1 ku koncu stupnice, čo sa dosiahne vhodnou voľbou odporu

Magnetoelektrické miliampérmetre a ampérmetre

Magnetoelektrické merače, ak sú priamo pripojené k elektrickým obvodom, môžu byť použité len ako jednosmerné mikroampérmetre s limitom merania rovným celkovému vychyľovaciemu prúdu Ii. Na rozšírenie limitu merania je merač And pripojený k prúdovému obvodu paralelne s bočníkom - nízkoodporovým odporom Rsh (obr. 3); v tomto prípade potečie meračom len časť meraného prúdu a čím menší, tým menší odpor Rsh v porovnaní s odporom merača Ri. Pri elektronických meraniach maximálny požadovaný limit na meranie jednosmerných prúdov zriedka prekračuje 1000 mA (1 A).

Pri zvolenej hraničnej hodnote meraného prúdu Ip musí meračom pretekať celkový odchýlkový prúd Ii; toto sa uskutoční pri skratovom odpore

Rsh \u003d R a: (Ip / Ii - 1). (jeden)

Napríklad, ak je potrebné rozšíriť hranicu merania mikroampérmetra typu M260, ktorý má parametre Ip = 0,2 mA a Ri = 900 Ohm, na hodnotu Ip = 20 mA, je potrebné použiť bočník s odporom Rsh = 900 / (100-1) = 9,09 Ohm.

Ryža. 3. Schéma kalibrácie magnetoelektrického miliampérmetra (ampérmetra)

Bočníky pre miliampérmetre sú vyrobené z manganínového alebo konštantanového drôtu. Vzhľadom na vysoký odpor materiálu sú rozmery bočníkov malé, čo umožňuje ich pripojenie priamo medzi svorky zariadenia vo vnútri alebo mimo jeho krytu. Ak je známa hodnota prúdu Ip (v ampéroch), potom sa priemer bočného vodiča d (v milimetroch) vyberie z podmienky

d >= 0,92 I p 0,5, (2)

počas ktorého prúdová hustota v bočníku nepresiahne 1,5 A/mm 2 . Napríklad miliampérmetrový bočník s limitom merania Ip = 20 mA by mal byť vyrobený z drôtu s priemerom 0,13 mm.

Po vybratí drôtu vhodného priemeru d (v milimetroch) sa jeho dĺžka (v metroch), potrebná na výrobu bočníka s odporom Rsh (v ohmoch), približne nájde podľa vzorca

L = (1,5...1,9)d 2 * Rsh (3)

a je presne nastavený, keď je zariadenie zapnuté podľa schémy na obr. 3 v sérii s referenčným miliampérmetrom mA.

Bočníky pre vysoké prúdy (do ampérmetrov) sa zvyčajne vyrábajú z plechového manganínu. Aby sa eliminoval vplyv prechodových odporov a odporov spojovacích vodičov, takéto bočníky majú štyri svorky (obr. 4, a). Vonkajšie masívne kliešte sa nazývajú prúdové a slúžia na zaradenie bočníka do obvodu meraného prúdu. Vnútorné svorky sa nazývajú potenciálne a sú určené na pripojenie merača. Táto konštrukcia tiež eliminuje možnosť poškodenia merača vysokým prúdom pri náhodné vypnutie skrat.

Na zníženie chyby merania teploty spôsobenej rozdielnou teplotnou závislosťou odporu rámu elektromera a bočníka je do série s elektromerom zapojený manganínový odpor Rk (obr. 4, b); chyba sa zníži toľkokrát, koľkokrát sa zvýši odpor obvodu merača. Viac najlepšie skóre sa dosiahnu zapnutím termistora Rk so záporným teplotným koeficientom odporu. Pri výpočte zariadenia s teplotnou kompenzáciou by sa odpor R a vo výpočtových vzorcoch mal chápať ako celkový odpor meter a rezistor Rk.

Ryža. Obr. 4. Schémy zapínania bočníka pre vysoké prúdy (a) a teplotného kompenzačného prvku (b) Obr.

Berúc do úvahy vplyv bočníka, vnútorný odpor miliampérmetra (ampérmetra)

Rma \u003d R a Rsh / (R a + Rsh). (štyri)

Dosť na zabezpečenie vysoká presnosť v širokom rozsahu meraných prúdov musí mať zariadenie niekoľko limitov merania; to je dosiahnuté použitím série prepínateľných bočníkov navrhnutých na rôzne významy obmedzujúci prúd Ip.

Prechodový faktor stupnice N je pomer horných limitných hodnôt dvoch susedných limitov merania. Pri N = 10, ako napríklad v štvormedznom miliampérmetri s limitmi 1, 10, 100 a 1000 mA, možno ľahko použiť stupnicu prístroja, vyrobenú pre jednu z limitov (1 mA), zmerajte prúdy na zvyšných hraniciach vynásobením čítania príslušným multiplikátorom je 10, 100 alebo 1000. V tomto prípade rozsah merania dosiahne 90% rozsahu čítania, čo povedie k výraznému zvýšeniu chyby merania tých aktuálne hodnoty, ktoré zodpovedajú údajom na úvodných častiach váh.

Ryža. 5. Stupnice viacmedzných magnetoelektrických miliampérmetrov

Aby sa zlepšila presnosť meraní v niektorých zariadeniach, medzné hodnoty meraných prúdov sa vyberajú z niekoľkých čísel 1, 5, 20, 100, 500 atď., pomocou spoločnej stupnice s niekoľkými riadkami. číselných značiek na čítanie (obr. 5, a). Niekedy sa limitné hodnoty vyberajú z množstva čísel 1, 3, 10, 30, 100 atď., čo umožňuje vylúčiť čítanie v prvej tretine stupnice; stupnica by však mala mať dva rady značiek odstupňované po násobkoch 3 a 10 (obr. 5, b).

Prepínanie bočníkov, potrebné na prechod z jednej meracej hranice na druhú, je možné vykonať pomocou spínača pri použití na všetkých hraniciach spoločných vstupných svoriek (obr. 6) alebo pomocou systému delených zásuviek, polovíc z ktorých sú vzájomne prepojené kovovou zástrčkou meracej šnúry (obr. 7). Charakteristickým znakom schém na obr. 6, b a 7, b je, že bočník každého limitu merania zahŕňa bočníkové odpory iných, menej citlivých limitov.

Ryža. 6. Schémy viacmedzných miliampérmetrov s prepínačmi pre medze merania.

Pri prepínaní pod prúdom meracieho limitu zariadenia je možné poškodenie meradla, ak sa ukáže, že je krátko zaradený bez skratu do obvodu meraného prúdu. Aby sa tomu zabránilo, konštrukcia spínačov (obr. 6) musí zabezpečiť prechod z jedného kontaktu na druhý bez prerušenia obvodu. Konštrukcia delených zásuviek (obr. 7) by teda mala umožňovať, aby sa zástrčka meracej šnúry, keď je zapnutá, najskôr uzavrela bočníkom a potom obvodom merača.

Ryža. 7. Schémy multilimitných miliampérmetrov so zásuvkovým prepínaním hraníc merania.

Na ochranu meradla pred nebezpečným preťažením je niekedy paralelne s ním umiestnené tlačidlo Kn s NC kontaktom (obr. 7, b); merač je zaradený do okruhu až po stlačení tlačidla. Efektívny spôsob ochrana citlivých meračov je ich posunovaním (v smere dopredu) so špeciálne vybranými polovodičové diódy; v tomto prípade je však možné porušenie jednotnosti stupnice.

V porovnaní s prístrojmi s prepínateľnými bočníkmi sú viacrozsahové prístroje s univerzálnymi bočníkmi prevádzkovo spoľahlivejšie. Univerzálny bočník je skupina sériovo zapojených odporov, ktoré spolu s meračom tvoria uzavretý okruh(obr. 8). Na pripojenie k skúmanému obvodu sa používa spoločná záporná svorka a svorka pripojená k jednému z odbočovacích odbočiek. Vzniknú tak dve paralelné vetvy. Napríklad, keď je prepínač B nastavený do polohy 2 (obr. 8, a), jedna vetva obsahuje odpory aktívnej časti bočníka, ktorý má odpor Rsh.d = Rsh.d = Rsh.d = Rsh. 2 + Rsh. Odpor Rsh.d musí byť taký, aby na hranici meraného prúdu Ip pretekal meradlom celkový vychyľovací prúd Ii. Všeobecne

Rsh.d \u003d (Rsh + Ri) (Ii / Ip). (5)

kde Rsh = Rsh1 + Rsh2 + Rsh3 + ... je impedancia bočníka.

Univerzálny bočník ako celok plní funkciu prevádzkového bočníka na hranici 1, ktorá zodpovedá najmenšej limitnej hodnote meraného prúdu Iп1; jeho odpor možno vypočítať podľa vzorca (1). Ak sú zvolené limity merania Ip2 = = N12*Ip1; Ip3 \u003d N23 * Ip2; Ip4 \u003d N34 * Ip3 atď., Potom je odpor jednotlivých sekcií bočníka určený výrazmi:

Rsh2 + Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh / N12;

Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh/(N12*N23);

Rsh4 + ... = Rsh / (N12 * N23 * N34) atď Rozdiel odporu od dvoch susedných rovníc umožňuje určiť odpor jednotlivých komponentov bočníka Rsh1, Rsh2, Rsh3 atď.

Ryža. 8. Schémy viacrozsahových miliampérmetrov s univerzálnymi bočníkmi

Z vyššie uvedených vyjadrení je zrejmé, že prechodové faktory N12, N23, N34 atď. sú úplne určené pomerom odporov jednotlivých sekcií bočníka a sú úplne nezávislé od údajov elektromera. Preto ten istý univerzálny bočník, zapojený paralelne k rôznym elektromerom, zmení svoje limity rovnakým počtom krát; v tomto prípade je počiatočný limit merania určený vzorcom

Ip1 \u003d Ii * (Ri / Rsh + 1). (6)

Z diagramov na obr. 8 je znázornené, že v zariadeniach s univerzálnymi bočníkmi je možné voliť medzné hodnoty ako pomocou spínačov, tak aj pomocou zásuviek bežného typu. Prerušenie kontaktu v týchto obvodoch je pre merač bezpečné. Ak nie je známa približná hodnota prúdu, ktorý sa má merať, pred pripojením viacrozsahového zariadenia k skúmanému obvodu by sa mala nastaviť najvyššia horná hranica meraní,

Odstupňovanie magnetoelektrických miliampérmetrov a ampérmetrov

Kalibrácia meracieho prístroja spočíva v určení jeho kalibračnej charakteristiky, t.j. vzťahu medzi hodnotami meranej veličiny a údajmi čítacieho zariadenia, vyjadrenými vo forme tabuľky, grafu alebo vzorca. V praxi je odstupňovanie ukazovacieho prístroja ukončené nakreslením dielikov na jeho stupnici, ktoré zodpovedajú určitým číselným hodnotám nameranej hodnoty.

Pre magnetoelektrické zariadenia s jednotnými stupnicami je hlavnou úlohou kalibrácie zistiť, či konečné rozdelenie stupnice zodpovedá hraničnej hodnote nameranej hodnoty, čo je možné vykonať pomocou obvodu podobného tomu, ktorý je znázornený na obr. 3. Kalibrovaný prístroj sa pripojí na svorky 1 a 2. Reostatom R v obvode napájanom jednosmerným zdrojom nastavíme na referenčnom prístroji hraničnú hodnotu prúdu Ip mA a označíme bod na stupnici, do ktorého ručička merača sa odchyľuje A. Ak má kalibrované zariadenie jednu hranicu, potom akýkoľvek bod v blízkosti dorazu, ktorý obmedzuje pohyb ukazovateľa, možno považovať za koncový bod stupnice. V multilimitných prístrojoch s viacerými stupnicami môže byť takáto ľubovoľná voľba konca stupnice vykonaná iba pri jednej limite, ktorá sa považuje za počiatočnú.

Ak šípka pri aktuálnom Ip nie je na konečnom dieliku stupnice, treba prístroj nastaviť. V prístrojoch s jedným limitom alebo na počiatočnom limite prístroja s viacerými limitmi sa toto nastavenie môže vykonať pomocou magnetického bočníka. Ak nie je k dispozícii, nastavenie sa vykonáva nastavením odporov bočníkov. Ak pri prúde Ip šípka nedosiahne konečné rozdelenie, potom by sa mal zvýšiť odpor bočníka Rsh; keď šípka zmizne zo stupnice, odpor bočníka sa zníži.

Pri kalibrácii viacrozsahových prístrojov pracujúcich podľa schém znázornených na obr. 6, b, 7, b a 8 by mali byť bočníky nastavené v určitom poradí, počnúc odporom bočníka Rsh, ktorý zodpovedá najvyššiemu obmedzujúcemu prúdu Ip3; potom sa postupne upravia odpory bočníkov Rsh2 a Rsh1. Pri prepínaní limitov môže byť potrebné vymeniť referenčné zariadenie, ktorého horná hranica merania sa musí vo všetkých prípadoch rovnať alebo mierne presahovať limitnú hodnotu stupnice.

Keď poznáme pozície počiatočných a konečných divízií jednotnej stupnice, je ľahké určiť pozície všetkých medziľahlých divízií. Treba však vziať do úvahy, že u niektorých magnetoelektrických zariadení v dôsledku konštrukčné chyby alebo vlastnosti meracieho obvodu, nemusí existovať presná úmernosť medzi uhlovým pohybom šípky a meraným prúdom. Preto je žiaduce skontrolovať odstupňovanie stupnice vo viacerých medziľahlé body, zmenou prúdu reostatom R. Rezistor Ro slúži na obmedzenie prúdu v obvode.

Kalibrácia sa musí vykonať s úplne zmontovaným prístrojom a za normálnych prevádzkových podmienok. Prijaté kotviace body sa nanášajú na povrch stupnice naostrenou ceruzkou (s vybratým sklom z puzdra meradla) alebo sa fixujú podľa značiek existujúcej stupnice prístroja. Ak je stará stupnica meradla nepoužiteľná, tak sa z hrubého hladkého papiera vyrobí nová stupnica, ktorá sa na miesto starej stupnice prilepí lepidlom odolným voči vlhkosti. Poloha novej stupnice musí presne zodpovedať polohe starej stupnice pri kalibrácii prístroja. Pekné výsledky sa dosiahnu nakreslením mierky čiernym atramentom vo zväčšenej mierke, po ktorej nasleduje vyhotovenie fotokópie požadovanej veľkosti.

Diskutované vyššie všeobecné zásady stupnice sa vzťahuje na šípku meracie prístroje na rôzne účely.

Vlastnosti merania jednosmerného prúdu

Na meranie prúdu je zariadenie (napríklad miliampérmeter) zapojené do série so skúmaným obvodom; to vedie k zvýšeniu celkového odporu obvodu a zníženiu prúdu, ktorý v ňom preteká. Miera tohto poklesu sa odhaduje (v percentách) koeficientom vplyvu miliampérmetra

Vma \u003d 100 * Rma / (Rma + Rc),

kde je Rц celkový odpor obvodov medzi pripojovacími bodmi zariadenia (napríklad svorky 1 a 2 v schéme na obr. 3).

Vynásobením čitateľa a menovateľa pravej strany vzorca hodnotou prúdu v obvode I a za predpokladu, že I * Rma je úbytok napätia na miliampérmetri Uma a I (Rma + Rc) sa rovná emf. E, pôsobiace v skúmanej schéme, získame

Vma \u003d 100 * Uma / E.

V zložitom (rozvetvenom) reťazci pod napr. d.s. E musíte pochopiť napätie naprázdno medzi bodmi prerušenia, ku ktorým by malo byť zariadenie pripojené.

Hraničná hodnota napätia Uma je pokles napätia na zariadení Up, čo spôsobí, že sa jeho šípka odchýli ku koncovej značke stupnice. Preto maximálna možná hodnota koeficientu vplyvu pri použití tohto zariadenia

Bp = 100 Up/E. (7)

Z vyššie uvedených vzorcov vyplýva, že menšie e. d.s. E, tým viac prístroj ovplyvňuje meraný prúd. Napríklad, ak Up / E \u003d 0,1, potom Vp \u003d 10%, t.j. zapnutie zariadenia môže spôsobiť pokles prúdu v obvode o 10%; pri Up/E = 0,01 pokles prúdu nepresiahne 1 %. Preto pri meraní prúdu vlákna rádiových trubíc alebo prúdu emitora tranzistorov by sa malo očakávať výrazne viac zmien prúd v obvode ako pri meraní anódových, tieniacich alebo kolektorových prúdov. Je tiež zrejmé, že pri rovnakých meracích limitoch zariadenie charakterizované tým nižšia hodnota napätie Up. Vo viaclimitných miliampérmetroch s prepínateľnými bočníkmi (obr. 6 a 7) je pri všetkých meracích limitoch maximálny pokles napätia na zariadení rovnaký a rovný celkovej odchýlke napätia merača, t.j. Up \u003d Ui \u003d Ii / Ri a výkon spotrebovaný zariadením je obmedzený hodnotou

Pp = IiUi = Ip * Ii * Ri. V miliampérmetroch s univerzálnymi bočníkmi (obr. 8) je úbytok napätia na zariadení Ii * Ii iba na počiatočnej hranici 1. Pri ostatných hraniciach sa zvyšuje na hodnotu Up ≈ Ii * (Rp + Rsh) (s zvýšenie výkonu spotrebovaného zariadením v (Ri + Rsh) / R a časoch), pretože je to súčet úbytkov napätia na merači a časti bočníka, ktorá je s ním zapojená do série. Preto zariadenie s univerzálnym bočníkom, ceteris paribus, má silnejší vplyv na režim skúmaných obvodov ako zariadenie so spínanými bočníkmi.

Ak vezmeme celkový odpor univerzálneho bočníka Rsh >> Ri, potom bude spodná hranica miliampérmetra blízka Ii, avšak pri iných hraniciach môže byť úbytok napätia na zariadení príliš veľký. Ak vezmeme odpor Rsh malý, potom sa zvýši najmenší obmedzujúci prúd Ip1 zariadenia. Preto v každom konkrétny prípad je potrebné vyriešiť otázku prípustnej hodnoty bočníkového odporu Rsh.

Pri pripojení magnetoelektrického zariadenia na pulzujúci resp impulzný prúd na meranie konštantnej zložky tohto prúdu je potrebné paralelne so zariadením pripojiť veľký kondenzátor, ktorý má oveľa menší odpor pre premennú zložku prúdu vnútorný odpor zariadenie Rma. Aby sa eliminoval vplyv kapacity zariadenia vzhľadom na teleso skúmanej inštalácie, miesto zaradenia zariadenia do vysokofrekvenčných obvodov je zvolené tak, že jeden z jeho svoriek je pripojený priamo alebo cez vysokokapacitný kondenzátor do tela.

V niektorých prípadoch sú permanentné skraty zahrnuté v rôznych obvodoch skúmaného rádioelektronického zariadenia, čo umožňuje pomocou toho istého magnetoelektrického merača striedavo riadiť prúdy v týchto obvodoch bez ich prerušenia.

Úloha 1. Vypočítajte obvod miliampérmetra s univerzálnym bočníkom (obr. 8) pre tri medze merania: 0,2; 2 a 20 mA s koeficientom prechodu N = 10. Merací prístroj prístroja - mikroampérmeter typu M94 - má tieto údaje: Ii = 150 μA = 0,15 mA, Ri = 850 Ohm, Ui = Ii / Ri = 0,128 V. Pre každý limit nájdite pokles napätia na zariadení pri limitnom prúde, ako aj maximálny možný vplyv zariadenia na meraný prúd, ak napr. d.s. E = 20 V.

1. Pri hranici 1 (Ip1 = 0,2 mA) je bočník k elektromeru univerzálny bočník ako celok. Celkový odpor druhého, určený podľa vzorca (1), Rsh = 2550 Ohm.

Úbytok napätia na zariadení pri medznom prúde Up1 = Ui = 0,128 V. Maximálny možný koeficient vplyvu miliampérmetra Vp1 = (Up1 / E) * 100 = 0,64 %.

2. Pre limit 2 (Ip2 = 2 mA) je odpor bočnej časti univerzálneho bočníka Rsh2+ Rsh3 = Rsh/N = 255 Ohm. Preto je odpor Rsh1 = Rsh - (Rsh2 + Rsh3) = 2295 Ohm.

Limitný pokles napätia na zariadení Up2 = Ii / (Ri + Rsh1) = 0,727 V. Limitný koeficient vplyvu Vp2 = 100 * Up2 / E = 3,63%.

3. Pre limit 3 (Ip3 = 20 mA) Rsh3 = Rsh / N2 = 25,5 Ohm; Rsh2 = 255-25,5 = 229,5 Ohm; Up3 \u003d Ip * (Ri + Rsh1 + Rsh2) \u003d 0,761 V; Vp3 \u003d 100 * n3 / E \u003d 3,80 %.

Úloha 2. Vypočítajte obvod miliampérmetra s univerzálnym bočníkom pre tri medze merania: 5, 50 a 500 mA. Merač prístroja - mikroampérmeter typu M260M - má tieto údaje: Ii = 500 μA, Ri = 150 Ohm. Určte vplyv prístroja na meraný prúd, ak sa merania v rozsahu 5 a 50 mA vykonávajú v obvodoch, v ktorých je napr. d.s. nie menej ako 200 V a na hranici 500 mA - vo vláknovom obvode rádiovej trubice napájanej batériou s emf. 6 V.

Odpoveď: Rsh \u003d 16,67 Ohm; Rsh1 = 15 Ohm; Rsh2 = 1,5 Ohm; Rsh3 = 0,17 Ohm; Up1 = 75 mV; Vpl = 0,037 %; Up2 = 82,5 mV; Vp2 = 0,041 %; Up3 = 83 mV; Vp3 = 1,4 %.

Odpoveď: 1) Rsh1 = 16,67 Ohm; Rsh2 = 1,52 0m; Rsh3 = 0,15 Ohm; 2) Rsh1 = 15,15 Ohm; Rsh2 = 1,37 Ohm; Rsh3 = 0,15 Ohm.

Jednosmerné tranzistorové mikroampérmetre

Ak je potrebné merať veľmi malé prúdy, oveľa nižšie ako celkový vychyľovací prúd I a existujúci magnetoelektrický merač, použije sa tento v spojení s jednosmerným zosilňovačom. Najjednoduchšie a najhospodárnejšie sú zosilňovače založené na bipolárne tranzistory. Prúdové zosilnenie je možné dosiahnuť zapínaním tranzistorov podľa obvodov s spoločný žiarič a spoločný zberateľ Výhodnejší je však prvý obvod, pretože poskytuje nižšiu vstupnú impedanciu zosilňovača.

Ryža. 9. Schémy jednotranzistorových jednosmerných mikroampérmetrov

Najjednoduchší obvod jednotranzistorového mikroampérmetra napájaného zdrojom s emf. E \u003d 1,5 ... 4,5 V, znázornené na obr. 9a, plné čiary. Základný prúd Ib je nameraný prúd, ktorého pri určitej menovitej hodnote In tečie v kolektorovom obvode prúd Ik, rovná prúdu celková odchýlka Ii elektromera I. Koeficient prenosu statického prúdu Vst \u003d Ik / Ib \u003d Ii / In, odkiaľ je menovitý nameraný prúd Iн \u003d Ii / Vst. Napríklad pri použití tranzistora typu GT115A s Vst = 60 a merača typu M261 s prúdom Ii = 500 μA je menovitý prúd In = 500/60 ≈ 8,3 μA. Keďže vzťah medzi prúdmi Ik a Ib je blízky lineárnemu, stupnica merača, kalibrovaná v hodnotách meraného prúdu, bude takmer rovnomerná (s výnimkou malého počiatočného úseku stupnice do 10% jeho dĺžky). Zapojením špeciálne zvoleného bočníka medzi vstupné svorky je možné zvýšiť obmedzujúci meraný prúd na hodnotu vhodnú pre výpočty (napríklad až 10 μA).

AT skutočné obvody tranzistorové mikroampérmetre prijímajú opatrenia zamerané na stabilizáciu prevádzkového režimu a korekciu jeho prípadných odchýlok. V prvom rade je neprípustné (najmä pri zvýšenom napájacom napätí) otváranie obvodu bázy tranzistora, čo môže nastať pri meraniach. Preto je základňa pripojená k emitoru cez malý odporový odpor, alebo, ako je znázornené prerušovanou čiarou na obr. 9, a, so záporným pólom zdroja cez odpor Rb s odporom rádovo stoviek kiloohmov. V druhom prípade sa na základňu aplikuje predpätie, ktoré nastavuje prevádzkový režim zosilňovača. Potom, aby sa upravilo požadované menovitý prúd(predpokladajme 10 μA pre vyššie uvedený príklad) paralelne s meračom (alebo v sérii s ním) zahŕňajú ladiaci odpor Rsh = (2 ... 5) R a.

Treba poznamenať, že pri absencii meraného prúdu bude cez merací prístroj pretekať počiatočný kolektorový prúd Ik.n, ktorý dosiahne 5-20 μA a v dôsledku prítomnosti nekontrolovaného spätný prúd kolektor Ik.o a prúd v obvode základného odporu Rb. Pôsobenie prúdu Ik.n možno kompenzovať nastavením ručičky merača na nulu mechanickým korektorom prístroja. Je však racionálnejšie pred začatím meraní vykonať elektrická inštalácia nula, napríklad pomocou pomocnej batérie E0 a reostatu R0 = (5 ... 10) Rand, čím sa v obvode merača vytvorí kompenzačný prúd I0, ktorý sa rovná hodnote, ale v opačnom smere, prúdu Ik.n. Namiesto dvoch zdrojov energie možno použiť jeden (obr. 9, b), paralelným zapojením deliča napätia dvoch rezistorov R1 a R2 s odpormi rádovo stoviek ohmov. V tomto prípade sa vytvorí jednosmerný mostíkový obvod (pozri Mostová metóda merania elektrického odporu), ktorý je vyvážený zmenou odporu jedného z ramien (R0).

Potreba komplexnosti pôvodná schéma jednotranzistorový zosilňovač vedie k tomu, že prúdový zisk

Ki = Ui/In (8)

sa ukáže byť menší ako aktuálny koeficient prenosu Vst použitého tranzistora. ďalej spoľahlivý výkon tranzistorový mikroampérmeter môže byť poskytnutý len vtedy, ak Ki<< Вст.

Ako viete, parametre tranzistora výrazne závisia od teploty okolia. Zmena tohto vedie k spontánnym osciláciám (driftu) kolektorového spätného prúdu Ik.o, ktorý sa v germániových tranzistoroch zvyšuje takmer 2 krát na každých 10 K zvýšenia teploty. To spôsobí citeľnú zmenu prúdového zosilnenia Ki a vstupnej impedancie zosilňovača, čo môže viesť k úplnému narušeniu kalibračných charakteristík zariadenia. Malo by sa tiež brať do úvahy nezvratná zmena parametrov („starnutie“) tranzistorov pozorovaná v priebehu času, čo vytvára potrebu pravidelného overovania a korekcie kalibračných charakteristík tranzistorového zariadenia.

Ak možno zmenu prúdu Ik.o do určitej miery kompenzovať nastavením nuly pred začatím meraní, potom je potrebné vykonať špeciálne opatrenia na stabilizáciu zosilnenia Ki. Predpätie k základni (obr. 9, b) sa teda dodáva cez delič napätia z rezistorov Rb1 a Rb2 a termistor so záporným teplotným koeficientom odporu sa niekedy používa ako druhý. Termistor môže byť nahradený diódou D zapojenou paralelne s rezistorom Rb1. So zvyšujúcou sa teplotou spätný odpor diódy klesá, čo vedie k takému prerozdeleniu napätí medzi elektródami tranzistora, ktoré pôsobí proti nárastu kolektorového prúdu. Záporná spätná väzba medzi kolektorom a základňou tiež pôsobí v rovnakom smere, čo sa objavuje v dôsledku pripojenia ku kolektoru (a nie k mínusu napájacieho zdroja) výstupu rezistora Rb2. Najúčinnejší účinok poskytuje negatívna spätná väzba, ku ktorej dochádza, keď je v obvode emitora zahrnutý odpor Re.

Zlepšenie stability zosilňovača použitím dostatočne hlbokej negatívnej spätnej väzby vedie k malému pomeru koeficientov Ki/Bst. Preto na získanie zosilnenia Ki rovného niekoľkým desiatkam je potrebné pre mikroampérmeter zvoliť germániový tranzistor s vysokým koeficientom prenosu prúdu: Vst = 120...200.

V mikroampérmetroch je možné použiť kremíkové tranzistory, ktoré v porovnaní s germániovými tranzistormi majú parametre stabilnejšie v čase aj vo vzťahu k teplotným vplyvom. Koeficient Bst pre kremíkové tranzistory je však zvyčajne malý. Môže sa zvýšiť použitím zloženého tranzistorového obvodu (obr. 9, c); ten má koeficient prenosu prúdu Vst približne rovný súčinu zodpovedajúcich koeficientov jeho základných tranzistorov, t.j. Vst ≈ Vst1*Vst2. Avšak spätný kolektorový prúd kompozitného tranzistora:

Ik.o ≈ Ik.o2 + Bst2*Ik.o1

výrazne prevyšuje zodpovedajúce prúdy svojich komponentov a podlieha výrazným teplotným výkyvom, čo vedie k potrebe stabilizovať režim zosilňovača.

Je ľahšie dosiahnuť vysokú stabilitu činnosti tranzistorového mikroampérmetra, keď je jeho zosilňovač vyrobený podľa symetrického obvodu s dvoma obyčajnými alebo kompozitnými tranzistormi, špeciálne vybranými podľa identity ich parametrov (v prvom rade podľa približného rovnosť koeficientov Vst a prúdov Ik.o). Typická schéma takéhoto zariadenia so stabilizačnými a korekčnými prvkami je na obr. 10. Keďže počiatočné kolektorové prúdy tranzistorov sú približne rovnako závislé od teploty a napájacieho napätia a pretekajú meračom v opačných smeroch, vzájomne sa kompenzujú, zvyšuje sa stabilita nulovej polohy ručičky merača a rovnomernosť jej stupnice. . Hlboká negatívna spätná väzba, ktorú poskytujú rezistory Re a Rb.k, zvyšuje stabilitu prúdového zosilnenia. Vyvážený obvod tiež zvyšuje citlivosť mikroampérmetra, pretože meraný prúd vytvára na vstupných elektródach oboch tranzistorov potenciály rôznych znamienok; v dôsledku toho sa vnútorný odpor jedného tranzistora zvyšuje a druhý - znižuje, čo zvyšuje nerovnováhu DC miesta, v uhlopriečke ktorého je pripojený I meter.

Pri nastavovaní vyváženého mikroampérmetra trimovacím potenciometrom Rk dochádza k vyrovnávaniu potenciálov kolektorov, čo je riadené absenciou odčítania meračov pri skratovaní vstupných svoriek. Nulovanie počas prevádzky sa vykonáva potenciometrom Rb vyrovnávaním základných prúdov pri otvorených vstupných svorkách. Treba mať na pamäti, že tieto dve úpravy sú na sebe závislé a pri ladení zariadenia sa musia opakovať niekoľkokrát za sebou.

Ryža. 10. Vyvážený obvod tranzistorového mikroampérmetra

Vstupný odpor mikroampérmetra Rmka je určený hlavne celkovým odporom R = Rb1 + Rb2 + R6, pôsobiacim medzi bázami tranzistorov, a je približne (0,8 ... 0,9) * R; jeho presné určenie, ako aj menovitý medzný prúd In, je potrebné vykonať empiricky. Požadovanú hodnotu menovitého prúdu je vhodné upraviť pomocou bočného odporového reťazca, ktorého odpor je potrebné zohľadniť pri určovaní vstupného odporu Rmka.

Stabilita vstupného odporu umožňuje rozšírenie limitu merania v smere znižovania citlivosti pomocou bočníkov. Bočný odpor potrebný na získanie maximálneho nameraného prúdu Iп,

Rsh.p \u003d Rmka * In / (Ip - In) \u003d Rmka * Ii / (Ki * Ip - Ii) (9)

Pri číselných údajoch uvedených na diagrame a použití tranzistorov s Vst ≈ 150 má symetrický mikroampérmeter zosilnenie Ki ≈ 34 a je možné ho nastaviť na menovitý prúd In = 10 μA pomocou ladiaceho odporu Rm. Ak je potrebné získať menovitý prúd približne 1 μA, zosilňovač je doplnený o druhý stupeň, ktorý sa často vykonáva podľa obvodu emitorového sledovača, čo uľahčuje prispôsobenie výstupnej impedancie zosilňovača nízkemu odporu. merača AND.

Základnou jednotkou merania elektrického napätia je volt. V závislosti od veľkosti je možné merať napätie v voltov(AT), kilovoltov(1 kV = 1 000 V), milivoltov(1 mV = 0,001 V), mikrovoltov(1 uV = 0,001 mV = 0,000001 V). V praxi sa najčastejšie musíme vysporiadať s voltami a milivoltmi.

Existujú dva hlavné typy napätia - trvalé a premenlivý. Batérie sú zdrojom konštantného napätia. Zdrojom striedavého napätia môže byť napríklad napätie v elektrickej sieti bytu alebo domu.

Používa sa na meranie napätia voltmeter. Voltmetre sú výhybky(analógové) a digitálny.

K dnešnému dňu sú ukazovatele voltmetre nižšie ako digitálne, pretože ich použitie je pohodlnejšie. Ak sa pri meraní pomocou ukazovacieho voltmetra musia hodnoty napätia vypočítať na stupnici, potom sa pri digitálnom meraní okamžite zobrazí výsledok merania na indikátore. A čo sa týka rozmerov, ukazovacie zariadenie na to digitálne stráca.

To však neznamená, že ukazovacie zariadenia sa vôbec nepoužívajú. Sú niektoré procesy, ktoré sa digitálnym zariadením nedajú vidieť, preto sa výhybky viac využívajú v priemyselných podnikoch, laboratóriách, opravovniach atď.

Na schémach elektrického obvodu je voltmeter označený kruhom s veľkým latinským písmenom " V"vnútri. Vedľa symbolu voltmetra sa nachádza jeho písmeno " PU“ a sériové číslo v schéme. Napríklad. Ak sú v obvode dva voltmetre, potom blízko prvého píšu " PU 1"a o druhom" PU 2».

Pri meraní jednosmerného napätia je na diagrame vyznačená polarita pripojenia voltmetra, ale ak sa meria striedavé napätie, polarita pripojenia nie je uvedená.

Napätie sa meria medzi dva body obvody: v elektronických obvodoch medzi pozitívne a negatívne póly, v elektrických obvodoch medzi fáza a nula. Voltmeter pripojený paralelne so zdrojom napätia alebo rovnobežne s reťazou- rezistor, lampa alebo iná záťaž, na ktorej je potrebné merať napätie:

Zvážte pripojenie voltmetra: v hornom okruhu sa napätie meria na lampe HL1 a zároveň na napájacom zdroji GB1. V nižšie uvedenom diagrame je napätie merané cez lampu. HL1 a odpor R1.

Pred meraním napätia ho určite vyhliadka a približné hodnotu. Faktom je, že pri voltmetroch je meracia časť určená len pre jeden typ napätia a z toho vyplývajú rôzne výsledky merania. Voltmeter na meranie jednosmerného napätia nevidí striedavé napätie a voltmeter na striedavé napätie naopak dokáže merať jednosmerné napätie, ale jeho údaje nebudú presné.

Je tiež potrebné poznať približnú hodnotu nameraného napätia, pretože voltmetre pracujú v presne definovanom rozsahu napätia a ak sa pomýlite s výberom rozsahu alebo hodnoty, môže dôjsť k poškodeniu zariadenia. Napríklad. Rozsah merania voltmetra je 0 ... 100 voltov, čo znamená, že napätie je možné merať iba v rámci týchto limitov, pretože pri meraní napätia nad 100 voltov zariadenie zlyhá.

Okrem zariadení, ktoré merajú len jeden parameter (napätie, prúd, odpor, kapacita, frekvencia), existujú multifunkčné zariadenia, ktoré merajú všetky tieto parametre v jednom zariadení. Takéto zariadenie je tzv tester(väčšinou ručičkové meradlá) príp digitálny multimeter.

Nebudeme sa zaoberať testerom, toto je téma iného článku, ale okamžite prejdeme k digitálnemu multimetru. Z väčšej časti môžu multimetre merať dva typy napätia v rozsahu 0 ... 1000 voltov. Pre uľahčenie merania sú obe napätia rozdelené do dvoch sektorov a v sektoroch do podrozsahov: konštantné napätie má päť podrozsahov, striedavé napätie má dva.

Každý podrozsah má svoj vlastný maximálny limit merania, ktorý je označený číselnou hodnotou: 200 m, 2V, 20V, 200 V, 600 V. Napríklad. Pri hranici "200 V" sa napätie meria v rozsahu 0 ... 200 voltov.

Teraz proces merania.

1. Meranie jednosmerného napätia.

Najprv definujeme vyhliadka namerané napätie (DC alebo AC) a posuňte prepínač do požadovaného sektora. Zoberme si napríklad prstovú batériu, ktorej konštantné napätie je 1,5 V. Vyberáme sektor konštantného napätia a v ňom je limit merania „2V“, ktorého rozsah merania je 0 ... 2 voltov.

Testovacie káble musia byť zasunuté do zásuviek, ako je znázornené na obrázku nižšie:

červená volá sa sonda pozitívne, a zasunie sa do zásuvky oproti ktorej sú zobrazené ikony meraných parametrov: "VΩmA";
čierna mierka sa nazýva negatívne alebo všeobecný a vloží sa do zásuvky, oproti ktorej je ikona "COM". Všetky merania sa vykonávajú vzhľadom na túto sondu.

Kladnou sondou sa dotýkame kladného pólu batérie a záporným záporným pólom. Výsledok merania 1,59 V je okamžite viditeľný na indikátore multimetra. Ako vidíte, všetko je veľmi jednoduché.

Teraz ďalšia nuansa. Ak sú sondy na batérii zamenené, potom sa pred jednotkou objaví znamienko mínus, čo znamená, že polarita pripojenia multimetra je obrátená. Znamienko mínus môže byť veľmi výhodné v procese nastavovania elektronických obvodov, keď potrebujete určiť kladné alebo záporné pneumatiky na doske.

Teraz zvážte možnosť, keď nie je známa veľkosť napätia. Ako zdroj napätia nechajme prstovú batériu.

Predpokladajme, že nepoznáme napätie batérie a aby nedošlo k spáleniu zariadenia, začneme meranie od maximálneho limitu „600 V“, čo zodpovedá rozsahu merania 0 ... 600 voltov. So sondami multimetra sa dotkneme pólov batérie a na indikátore vidíme výsledok merania rovný " 001 ". Tieto čísla naznačujú, že nie je k dispozícii žiadne napätie alebo je jeho hodnota príliš malá, prípadne je rozsah merania príliš veľký.

Ideme dole. Prepínač prepneme do polohy „200V“, čo zodpovedá rozsahu 0 ... 200 voltov a sondami sa dotkneme pólov batérie. Indikátor ukazoval hodnoty rovné " 01,5 ". V zásade tieto hodnoty už stačia na to, aby sa dalo povedať, že napätie batérie AA je 1,5 voltu.

Nula vpredu však naznačuje pokles ešte nižšie a presnejšie meranie napätia. Znižujeme na hranicu "20V", čo zodpovedá rozsahu 0 ... 20 Voltov a opäť meriame. Na displeji sa zobrazí " 1,58 ". Teraz môžeme s presnosťou povedať, že napätie prstovej batérie je 1,58 voltu.

Týmto spôsobom, nevediac o veľkosti napätia, ho nájdu a postupne klesajú z vysokého limitu merania na nízky.

Existujú aj situácie, keď sa pri meraní jednotka „ 1 ". Jednotka signalizuje, že namerané napätie alebo prúd je nad zvoleným limitom merania. Napríklad. Ak nameriate napätie 3 volty na hranici „2 V“, na indikátore sa zobrazí jednotka, pretože rozsah merania tohto limitu je iba 0 ... 2 volty.

Existuje ešte jeden limit "200 m" s rozsahom merania 0 ... 200 mV. Tento limit je určený na meranie veľmi malých napätí (milivoltov), ​​s ktorými sa niekedy stretávame pri nastavovaní nejakého amatérskeho rádiového dizajnu.

2. Meranie striedavého napätia.

Proces merania striedavého napätia sa nelíši od merania jednosmerného napätia. Jediný rozdiel je v tom, že pre striedavé napätie nie je potrebná polarita sond.

Sektor striedavého napätia je rozdelený do dvoch podrozsahov 200 V a 600 V.
Na hranici "200V" môžete merať napríklad výstupné napätie sekundárnych vinutí znižovacích transformátorov alebo akékoľvek iné napätie v rozsahu 0 ... 200 Voltov. Na hranici „600 V“ môžete merať napätia 220 V, 380 V, 440 V alebo akékoľvek iné napätie v rozsahu 0 ... 600 voltov.

Ako príklad zmerajte napätie domácej siete 220 voltov.
Prepínač presunieme do polohy "600V" a zasunieme sondy multimetra do zásuvky. Indikátor okamžite ukázal výsledok merania 229 voltov. Ako vidíte, všetko je veľmi jednoduché.

A jeden moment.
Pred meraním vysokého napätia sa VŽDY ešte raz presvedčte, že izolácia sond a vodičov voltmetra alebo multimetra je v dobrom stave, a dodatočne skontrolujte zvolený limit merania. A až po všetkých týchto operáciách vykonajte merania. Týmto spôsobom ušetríte seba aj zariadenie pred nečakanými prekvapeniami.

A ak niečo zostane nejasné, pozrite si video, ktoré ukazuje meranie napätia a prúdu pomocou multimetra.

Merania napätia v praxi sa musia vykonávať pomerne často. Napätie sa meria v rádiotechnike, elektrických zariadeniach a obvodoch atď. Typ striedavého prúdu môže byť pulzný alebo sínusový. Zdrojom napätia sú buď generátory prúdu.

Napätie impulzného prúdu má parametre amplitúdy a priemerného napätia. Zdrojom takéhoto napätia môžu byť generátory impulzov. Napätie sa meria vo voltoch a označuje sa „V“ alebo „V“. Ak je napätie premenlivé, potom symbol „ ~ “, pre konštantné napätie je uvedený symbol „-“. Striedavé napätie v domácej domácej sieti je označené ~ 220 V.

Sú to zariadenia určené na meranie a riadenie charakteristík elektrických signálov. Osciloskopy pracujú na princípe vychyľovania elektrónového lúča, ktorý vytvára obraz hodnôt premenných na displeji.

meranie striedavého napätia

Podľa regulačných dokumentov by sa napätie v domácej sieti malo rovnať 220 voltom s presnosťou odchýlky 10%, to znamená, že napätie sa môže meniť v rozmedzí 198-242 voltov. Ak je osvetlenie vo vašom dome slabšie, lampy začali často zlyhávať alebo domáce zariadenia začali pracovať nestabilne, potom, aby ste zistili a vyriešili tieto problémy, musíte najprv zmerať napätie v sieti.

Pred meraním by ste mali pripraviť svoje existujúce meracie zariadenie na prácu:

• Skontrolujte integritu izolácie ovládacích vodičov pomocou sond a hrotov.
• Nastavte prepínač na striedavé napätie s horným limitom 250 voltov alebo vyšším.
• Hroty ovládacích vodičov zasuňte do zásuviek meracieho prístroja, napr. Aby ste sa nemýlili, je lepšie pozrieť sa na označenia zásuviek na tele.
• Zapnite zariadenie.

Z obrázku je zrejmé, že na testeri je zvolený limit merania 300 voltov a na multimetri 700 voltov. Niektoré zariadenia vyžadujú nastavenie niekoľkých rôznych prepínačov do požadovanej polohy na meranie napätia: typ prúdu, typ merania a tiež vloženie drôtových očiek do určitých zásuviek. Koniec čierneho hrotu v multimetri sa zasunie do konektora COM (spoločný konektor), červený hrot sa zasunie do konektora označeného „V“. Táto zásuvka je spoločná na meranie akéhokoľvek druhu napätia. Zásuvka s označením "ma" slúži na meranie malých prúdov. Zásuvka označená "10 A" sa používa na meranie značného množstva prúdu, ktorý môže dosiahnuť 10 ampérov.

Ak zmeriate napätie s vodičom zasunutým do zásuvky „10 A“, zariadenie zlyhá alebo vyhorí poistka. Preto pri vykonávaní meracích prác by ste mali byť opatrní. Najčastejšie sa chyby vyskytujú v prípadoch, keď bol najprv zmeraný odpor, a potom, keď zabudnete prepnúť do iného režimu, začne meranie napätia. Súčasne vo vnútri zariadenia horí odpor zodpovedný za meranie odporu.

Po príprave zariadenia môžete začať merať. Ak sa po zapnutí multimetra na indikátore nič nezobrazí, znamená to, že batéria umiestnená vo vnútri zariadenia vypršala a je potrebné ju vymeniť. Najčastejšie v multimetroch existuje "Krona", ktorá produkuje napätie 9 voltov. Jeho životnosť je približne rok v závislosti od výrobcu. Ak sa multimeter dlho nepoužíval, korunka môže byť stále chybná. Ak je batéria dobrá, multimeter by ju mal ukázať.

Drôtové sondy musia byť zasunuté do zásuvky alebo sa dotknúť holými drôtmi.

Na displeji multimetra sa okamžite zobrazí hodnota sieťového napätia v digitálnej podobe. Na ukazovacom zariadení sa šípka odchýli o určitý uhol. Ukazovateľ má niekoľko stupňovitých stupníc. Ak ich dôkladne zvážite, všetko bude jasné. Každá váha je určená pre špecifické merania: prúdu, napätia alebo odporu.

Limit merania na prístroji bol nastavený na 300 voltov, preto treba počítať s druhou stupnicou, ktorá má limit 3, pričom hodnoty prístroja je potrebné vynásobiť 100. Stupnica má hodnotu delenia 0,1 voltu , takže dostaneme výsledok znázornený na obrázku, asi 235 voltov. Tento výsledok je v prijateľných medziach. Ak sa meranie počas merania neustále mení, môže dochádzať k slabému kontaktu elektrických káblov, čo môže viesť k iskreniu a poruchám v sieti.

Meranie jednosmerného napätia

Zdroje konštantného napätia sú batérie, nízkonapäťové alebo batérie, ktorých napätie nie je väčšie ako 24 voltov. Dotýkanie sa pólov batérie preto nie je nebezpečné a nie sú potrebné žiadne špeciálne bezpečnostné opatrenia.

Na posúdenie výkonu batérie alebo iného zdroja je potrebné zmerať napätie na jeho póloch. Pri prstových batériách sú napájacie póly umiestnené na koncoch puzdra. Kladný pól je označený „+“.

Jednosmerný prúd sa meria rovnakým spôsobom ako striedavý prúd. Rozdiel je len v nastavení zariadenia do príslušného režimu a dodržaní polarity výstupov.

Napätie batérie je zvyčajne vyznačené na puzdre. Výsledok merania však ešte nenaznačuje stav batérie, pretože v tomto prípade sa meria elektromotorická sila batérie. Trvanie prevádzky zariadenia, v ktorom bude batéria nainštalovaná, závisí od jeho kapacity.

Na presné posúdenie výkonu batérie je potrebné zmerať napätie s pripojenou záťažou. Pre prstovú batériu je ako záťaž vhodná bežná 1,5 voltová žiarovka na baterku. Ak napätie pri zapnutom svetle mierne klesne, to znamená nie viac ako 15%, potom je batéria vhodná na použitie. Ak napätie klesne oveľa viac, potom môže takáto batéria slúžiť len v nástenných hodinách, ktoré spotrebujú veľmi málo energie.

Počas prevádzky siete alebo akéhokoľvek zariadenia je potrebné merať silu prúdu.

Z tohto článku sa dozviete, čo sa pod týmto pojmom myslí a aké nástroje sa na tento účel používajú.

Zároveň si povedzme o bezpečnostných opatreniach pri vykonávaní takýchto prác.

Aktuálna jednotka

Vo fyzike je zvykom nazývať sila prúdu množstvo náboja, ktoré prejde prierezom vodiča za jednotku času. Mernou jednotkou je ampér (A). Sila 1 A má taký prúd, pri ktorom za 1 sekundu prejde úsekom vodiča náboj 1 prívesku (C).

Sila prúdu sa dá porovnať s tlakom vody. Ako viete, v dávnych dobách boli malé rieky blokované priehradami, aby sa vytvoril tlak schopný otáčať mlynské koleso.

Čím silnejší bol tlak, tým produktívnejší mohol byť mlyn s jeho pomocou uviesť do pohybu.

Rovnakým spôsobom sila prúdu charakterizuje prácu, ktorú elektrina dokáže. Jednoduchý príklad: žiarovka so zvyšujúcim sa prúdom v obvode bude horieť jasnejšie.

Prečo potrebujete vedieť, koľko prúdu preteká vodičom? Sila prúdu závisí od toho, ako bude pôsobiť na človeka v prípade náhodného kontaktu s časťami pod prúdom. Účinok elektriny je zobrazený v tabuľke:

Intenzita prúdu, A (striedajúca sa s frekvenciou 50 Hz)	Effect
Menej ako 0,5 mA	je pre ľudí neviditeľný
0,5 až 2 mA	Objavuje sa necitlivosť na rôzne podnety
2 až 10 mA	Bolesť, svalové kŕče
10 mA až 20 mA	Zvýšené kŕče, niektoré tkanivá sú poškodené. Pri sile prúdu 16 mA človek stráca schopnosť uvoľniť alebo stiahnuť ruku, aby otvoril kontakt s časťou vedúcou prúd
20 mA až 100 mA	Respiračná paralýza
100 mA až 3 A	Fibrilácia srdca, sú potrebné naliehavé opatrenia na resuscitáciu obete
Viac ako 3 A	Ťažké popáleniny, zástava srdca (pri krátkodobej expozícii zostáva možnosť resuscitácie)

A tu je niekoľko ďalších dôvodov:

1. Prúdová sila charakterizuje zaťaženie vodiča. Maximálny výkon závisí od materiálu a plochy prierezu. Ak je prúd príliš vysoký, drôt alebo kábel sa veľmi zahreje. To môže viesť k roztaveniu izolácie a následnému skratu. Preto je elektroinštalácia vždy chránená pred preťažením ističmi alebo poistkami. Majitelia bytov a domov so starými rozvodmi by mali venovať osobitnú pozornosť prúdu, ktorý tečie v drôtoch: v dôsledku používania čoraz väčšieho počtu elektrických spotrebičov sa často preťažuje.
2. Podľa pomeru hodnôt prúdovej sily v rôznych obvodoch elektrického spotrebiča možno usudzovať, že je v dobrom stave. Napríklad vo fázach elektromotora musia prúdiť prúdy rovnakej sily. Ak sa zistia nezrovnalosti, motor je chybný alebo pracuje s preťažením. Rovnakým spôsobom sa určuje stav ohrievača alebo elektrickej "teplej podlahy": prúdová sila sa meria vo všetkých komponentoch zariadenia.

Práca elektriny, presnejšie jej výkon (množstvo práce za jednotku času), závisí nielen od sily prúdu, ale aj od napätia. V skutočnosti súčin týchto veličín určuje výkon:

W=U*I

• W je výkon, W;
• U – napätie, V;
• I - sila prúdu, A.

Keď teda poznáme napätie v sieti a výkon zariadenia, je možné vypočítať, koľko prúdu ním bude pretekať pod podmienkou dobrého stavu: I \u003d W / U. Napríklad, ak je známe, že výkon ohrievača je 1,1 kW a pracuje z konvenčnej siete s napätím 220 V, prúdová sila v ňom bude: I = 1100/220 = 5 A.

Vzorec merania prúdu

V tomto prípade je potrebné vziať do úvahy, že podľa Kirchhoffových zákonov je sila prúdu v drôte pred rozvetvením súčtom prúdov vo vetvách. Keďže všetky zariadenia v byte alebo dome sú zapojené paralelne, ak napríklad súčasne pracujú dve zariadenia s prúdom 5 A, potom v napájacom vodiči a v spoločnej nule potečie prúd 10 A.

Opačná operácia, to znamená výpočet výkonu spotrebiča vynásobením nameraného prúdu napätím, nie vždy dáva správny výsledok. Ak sú v spotrebnom zariadení vinutia, ako napríklad v elektromotoroch, ktoré sú vlastné indukčnému odporu, časť energie sa vynaloží na prekonanie tohto odporu (jalový výkon).

Na určenie aktívneho výkonu (užitočnej práce elektrickej energie) potrebujete poznať skutočný účinník pre dané zariadenie, čo je pomer aktívneho a jalového výkonu.

Prístroje na meranie prúdu a napätia

Tu je niekoľko meracích nástrojov, ktoré elektrikárovi v tejto veci pomôžu:

Ampérmeter

Existuje niekoľko odrôd tohto zariadenia, ktoré sa líšia v princípe činnosti:

1. Elektromagnetické: vnútri je cievka, cez ktorú prúd vytvára elektromagnetické pole. Toto pole vtiahne železné jadro spojené s ihlou do cievky. Čím väčšia je sila prúdu, tým silnejšie sa jadro vtiahne a tým viac sa šípka vychýli.
2. Termálne: v zariadení je inštalovaná natiahnutá kovová niť spojená so šípkou. Pretekajúci prúd spôsobuje zahrievanie vlákna, ktorého stupeň závisí od sily prúdu. A čím viac sa niť zahrieva, tým viac sa bude predlžovať, respektíve prehýbať, tým viac sa bude šípka vychyľovať.
3. Magnetoelektrické: zariadenie má permanentný magnet, v ktorého poli je hliníkový rám spojený so šípom s drôtom namotaným okolo neho. Keď drôtom preteká elektrický prúd, má rám v magnetickom poli tendenciu otáčať sa o určitý uhol, ktorý závisí od sily pretekajúceho prúdu. A poloha šípky, ktorá označuje hodnotu aktuálnej sily na stupnici, závisí od uhla natočenia.
4. Elektrodynamický: vo vnútri zariadenia sú dve cievky zapojené do série, z ktorých jedna je pohyblivá. Keď prúd preteká cievkami, v dôsledku interakcie elektromagnetických polí vznikajúcich v tomto prípade má pohyblivá cievka tendenciu otáčať sa vzhľadom na stacionárnu a súčasne ťahá šípku so sebou. Uhol natočenia bude závisieť od sily pretekajúceho prúdu.
5. Indukcia: prúd prechádza vinutiami pevných cievok spojených magnetickým systémom. V dôsledku toho vzniká rotujúce alebo putujúce elektromagnetické pole, ktoré pôsobí určitou silou (v závislosti od sily prúdu) na pohyblivý kovový valec alebo disk. Ten je spojený so šípkou.
6. Elektronické: takéto zariadenia sa tiež nazývajú digitálne. Vo vnútri je elektrický obvod, informácie sa zobrazujú na displeji z tekutých kryštálov.

Multimeter na meranie sily prúdu

Takže je zvykom nazývať univerzálny elektronický merač aktuálnych parametrov. Môže sa prepínať ako do režimu ampérmetra, tak aj do režimu voltmetra, ohmmetra a megohmmetra (merajú sa vysoké odpory, zvyčajne izolačné).

Meranie prúdu multimetrom

Výsledky meraní sa zobrazujú na displeji z tekutých kryštálov. Zariadenie potrebuje na svoju prevádzku napájanie z batérie.

Tester

Z hľadiska funkčnosti ide o rovnaký multimeter, ale analógový. Výsledky merania sú na stupnici označené šípkou, batérie sú potrebné len vtedy, ak je k dispozícii ohmmeter.

Meracie svorky

Praktickejšie sú meracie kliešte. Potrebujú len upnúť testovaný úsek drôtu, po ktorom zariadenie ukáže silu prúdu, ktorý v ňom preteká.

V tomto prípade je potrebné mať na pamäti, že v svorkách by mal byť iba testovaný vodič. Ak upnete niekoľko vodičov, prístroj zobrazí geometrický súčet prúdov v nich.

Meracie svorky

Keď je teda do prúdových svoriek umiestnený 1-fázový vodič, celé zariadenie bude ukazovať „nulu“, pretože vo fázovom a neutrálnom vodiči tečú viacsmerné prúdy rovnakej veľkosti.

Metódy merania

Prvé tri zariadenia na vykonávanie meraní musia byť zahrnuté v zaťažovacom obvode v sérii s ním, to znamená pri prerušení drôtu. Pre 1-fázovú sieť to môže byť fázový alebo neutrálny vodič. Pre 3-fázovú - iba fázu, pretože geometrický súčet prúdov vo všetkých fázach tečie nulou (pri rovnakom zaťažení sa rovná nule).

Upozorňujeme na dve dôležité skutočnosti:

1. Na rozdiel od voltmetra (merača napätia) nemožno ampérmeter použiť bez záťaže, inak dôjde ku skratu.
2. Sondy zariadenia sa môžu dotýkať drôtov alebo kontaktov iba pri absencii napätia, to znamená, že testované vedenie musí byť bez napätia. V opačnom prípade môže medzi tesne umiestnenou sondou a drôtom vzniknúť oblúk, ktorý generuje dostatok tepla na roztavenie kovu.

Všetky merače majú prepínač rozsahu, ktorý nastavuje citlivosť.

Uzemnenie je nevyhnutné pre bezpečnú prevádzku elektrickej energie. je najdôležitejším komponentom elektrickej siete.

Transformátor 220 až 12 Voltov - nájdete účel a odporúčania pre výrobu.

Všimnite si, že prúd spotrebovaný niektorými zariadeniami, ako sú televízne a počítačové zariadenia, energeticky úsporné a LED žiarovky, nie je sínusový.

Preto niektoré meracie prístroje, ktorých princíp je zameraný na striedavé napätie, dokážu určiť hodnotu sily takéhoto prúdu s chybou.

Súvisiace video

Meranie, riadenie a regulácia prúdu sú bežné úlohy v rôznych aplikáciách elektroniky. V článku do pozornosti čitateľov je prehľad obvodových riešení a komponentov používaných na tieto účely.

Jedným zo spôsobov merania prúdu v elektrickom obvode je meranie úbytku napätia na rezistore snímania prúdu (shunt) so známym odporom v sérii so záťažou. Aby mal bočný odpor minimálny vplyv na režim prevádzky záťaže, volí sa čo najnižší, čo znamená následné zosilnenie signálu.

Tabuľka 1 uvádza výrobcov elektronických súčiastok, ktorí vyrábajú špecializované produkty na riadenie prúdu a čipy zosilňovačov vhodné na tento účel.

Tabuľka 1. Výrobcovia súčasných čipov monitorov

Výrobca

Analog Devices Inc.

Integration Associates Inc.

Medzinárodný usmerňovač

Spoločnosť Ixy Corp.

Spoločnosť Linear Technology Corp.

Integrované produkty Maxim

National Semiconductor

Spoločnosť Semtech Corp.

Spoločnosť Texas Instruments Inc.

Zetex Semiconductor

Špecializované mikroobvody na riadenie prúdu (meranie) výrobcovia nazývajú Low-Side Current Sense Monitor (zosilňovač) ​​a High-Side Current Sense Monitor (zosilňovač). Doslovný preklad týchto výrazov do ruštiny dáva rovnaké tajomné názvy ako „južný most“ na základnej doske počítača.

Maxim definuje snímanie prúdu na vysokej strane ako meranie prúdu z poklesu napätia na rezistore zapojenom medzi napájací zdroj a záťaž a snímanie prúdu na nízkej strane ako meranie prúdu z poklesu napätia na rezistore zapojenom medzi záťaž a zem. ) .

Pre ďalší popis použijeme koncepty merania prúdu v kladnom a zápornom póle záťaže za predpokladu, že napájacia zbernica má kladný potenciál voči bežnej zbernici, čo platí pre veľkú väčšinu moderných elektronických obvodov. Treba poznamenať, že nižšie uvedené obvody umožňujú riadiť nielen priamy, ale aj impulzný prúd, avšak s príslušnými skresleniami určenými šírkou pásma zosilňovacích prvkov.

Meranie prúdu v zápornom póle záťaže

Výhody:

• nízke vstupné napätie v bežnom režime;
• vstupný a výstupný signál majú spoločnú "zem";
• Jednoduchá implementácia pomocou jediného napájacieho zdroja.

nedostatky:

• zaťaženie nemá priame spojenie so "zemou";
• neexistuje možnosť prepínania záťaže kľúčom v zápornom póle;
• možnosť výpadku meracieho obvodu pri skrate v záťaži.

Meranie prúdu v zápornom póle záťaže nie je náročné. Na tento účel je vhodných mnoho operačných zosilňovačov navrhnutých na prevádzku s jedným zdrojom so vstupným napätím v spoločnom režime vrátane potenciálu Common Rail, ako aj mnohé z prístrojových zosilňovačov. Z tohto dôvodu prakticky chýbajú špecializované mikroobvody Low-Side Sense Monitor (zosilňovač). Obvody merania prúdu s použitím operačných a prístrojových zosilňovačov sú na obr. 1 a 2. Voľba konkrétneho typu zosilňovača je daná požadovanou presnosťou, ktorú ovplyvňuje najmä nulový posun zosilňovača, jeho teplotný drift a chyba nastavenia zisku a požadovaná rýchlosť obvodu. Na začiatku stupnice je nevyhnutná výrazná chyba prevodu spôsobená nenulovou hodnotou minimálneho výstupného napätia zosilňovača, ktorá je pre väčšinu praktických aplikácií nepodstatná. Na odstránenie tohto nedostatku je potrebné buď bipolárne napájanie zosilňovača, alebo posun úrovne výstupného signálu pripojením výstupu REF prístrojového zosilňovača k zdroju referenčného napätia.

Ryža. 1. Schéma merania prúdu v zápornom póle operačným zosilňovačom

Ryža. 2. Schéma merania prúdu v zápornom póle meracím zosilňovačom

Meranie prúdu v kladnom póle záťaže

je zistený skrat v záťaži.

nedostatky:

• vysoké vstupné napätie v bežnom režime (často veľmi vysoké);
• nutnosť posunúť výstupný signál na úroveň prijateľnú pre ďalšie spracovanie v systéme (naviazanie na „zem“).

Zvážte obvody na meranie prúdu v kladnom póle záťaže pomocou operačných zosilňovačov.

V diagrame na obr. 3, môžete použiť ktorýkoľvek z operačných zosilňovačov vhodných pre prípustné napájacie napätie a charakteristiky presnosti, navrhnutý na prácu s unipolárnym napájaním a maximálnym vstupným napätím v bežnom režime, ktoré dosiahne napájacie napätie, napríklad AD8603. Maximálne napájacie napätie obvodu nemôže prekročiť maximálne povolené napájacie napätie zosilňovača.

Ryža. 3. Schéma merania prúdu v kladnom póle operačným zosilňovačom

Takzvaný vstupný a výstupný zosilňovač Over-The-Top Rail-To-Rail (LT1494, LT1636, LT1637, LT1672, LT1782, LT1783, LT1784 od spoločnosti Linear Technology) pracuje so vstupným spoločným napätím podstatne vyšším ako je napájacie napätie . V obvode s použitím operačného zosilňovača LT1637 znázorneného na obr. 4, napájacie napätie záťaže môže dosiahnuť 44 V, keď je napájacie napätie operačného zosilňovača 3 V.

Ryža. 4. Obvod merania kladného prúdu s over-The-Top operačným zosilňovačom

Prístrojové zosilňovače ako LTC2053, LTC6800 od Linear Technology, INA337 od Texas Instruments sú vhodné na meranie prúdu v kladnom póle záťaže s veľmi malou chybou. Na obr. Obrázok 5 zobrazuje obvod využívajúci LTC6800. Napájacie napätie obvodu nemôže prekročiť maximálne povolené napájacie napätie zosilňovača (5,5 V).

Ryža. 5. Obvod merania kladného prúdu s prístrojovým zosilňovačom LTC6800

Diferenciálne zosilňovače vhodné na konštrukciu obvodov monitorovania kladného prúdu sú uvedené v tabuľke 2. Niektoré z nich majú veľmi široký rozsah vstupného napätia v bežnom režime, siahajúci do záporného rozsahu, čo umožňuje v prípade potreby organizovať meranie prúdu v záťaž pripojená k zdroju zápornej polarity. LT1990 má rekordný rozsah vstupného napätia v bežnom režime od –37 do 250 V pre jedno napájanie a ±250 V pre bipolárne. Schéma s jej použitím je znázornená na obr. 6. AD629 a INA117 vyžadujú duálne napájanie so vstupným napätím v režime bežného režimu ±270V a ±200V.

Ryža. 6. Obvod merania prúdu v kladnom póle s diferenciálnym zosilňovačom LT1990

Tabuľka 2. Diferenčné zosilňovače

Integrácia takmer všetkých potrebných komponentov do jedného čipu viedla k vytvoreniu špecializovaných súčasných čipov monitorov. Tieto mikroobvody spravidla neposkytujú presnosť dosiahnuteľnú pomocou presných zosilňovačov. Pre drvivú väčšinu aplikácií, najmä ak je potrebná len kontrola prúdu, a nie meranie jeho presnej hodnoty, je však výrobcom deklarovaná presnosť úplne postačujúca.

Podľa výstupného signálu možno mikroobvody rozdeliť do troch skupín: s prúdovým výstupom, potenciálnym výstupom a výstupom PWM.

Charakteristiky mikroobvodov s prúdovým výstupom sú uvedené v tabuľke 3. Na obr. Obrázok 7 zobrazuje obvod využívajúci INA139, ktorý vyžaduje okrem prúdového bočníka jediný externý komponent, odpor R OUT. V diagrame na obr. 8 pomocou LTC6101HV je navyše potrebný rezistor R IN, ktorý je súčasťou obvodu vstavaného zdroja prúdu.

Ryža. 7. Monitor kladného prúdu s prúdovým výstupom INA139

Ryža. 8. Monitor kladného prúdu s prúdovým výstupom LTC6101HV

Tabuľka 3. Integrované obvody monitora prúdu s prúdovým výstupom

Keďže výstupná impedancia obvodov dosahuje niekoľko desiatok kiloohmov, musia mať obvody postprocessingu vysokú vstupnú impedanciu.

Vlastnosťou trojvýstupových mikroobvodov ZXCT1008 a ZXCT1009 od Zetexu je tok vlastnej spotreby prúdu mikroobvodu cez odpor R OUT, čo samozrejme prináša ďalšiu chybu. Vzhľadom na extrémne malú vlastnú spotrebu je však táto chyba najmä na konci stupnice nepodstatná a celkom prijateľná. Na obr. 9 ukazuje použitie ZXCT1009 v obvode nabíjačky Li-Ion batérie.

Ryža. 9. Riadiaci obvod nabíjačky

V tabuľke 4 sú uvedené charakteristiky súčasných čipov monitora s potenciálnym výstupom. Od súčasných monitorov s prúdovým výstupom sa líšia tým, že obsahujú vnútorný odpor R OUT a niektoré z nich majú výstupný zosilňovač, ktorý umožňuje znížiť výstupný odpor na jednotky a dokonca zlomky ohmov. Ako príklad vnútornej organizácie na obr. Obrázok 10 zobrazuje aktuálny monitor MAX4372.

Ryža. 10. Monitor kladného prúdu s potenciálnym výstupom MAX4372

Tabuľka 4. Integrované obvody monitora potenciálneho výstupného prúdu

Keď je potrebné sledovať prúd, ktorý mení smer v závislosti od režimu činnosti obvodu, napríklad prúd pretekajúci reverzibilným elektromotorom alebo nabíjací a vybíjací prúd batérie, používajú sa dva prúdové monitory. Schéma pre posledný prípad je znázornená na obr. 11. Tu každý monitor riadi prúd vo svojom smere. Alternatívnym riešením je použiť monitor dvojitého prúdu MAX4377 alebo obojsmerný monitor prúdu, ako je znázornené na obrázku 1. 12. Referenčné napätie nastavuje úroveň, voči ktorej sa mení výstupné napätie. Výstupný signál obvodu sa zvyšuje so zvyšujúcim sa prúdom v kladnom smere a podľa toho klesá so zvyšujúcim sa prúdom v zápornom smere. Podobný výsledok možno dosiahnuť použitím diferenciálnych a prístrojových zosilňovačov pripojením kolíka REF k referenčnému napätiu, ako je znázornené na obrázku 1. 6.

Ryža. 11. Obvod riadenia nabíjacieho a vybíjacieho prúdu batérie

Ryža. 12. Schéma obojsmerného monitora prúdu

Prúdové monitory možno použiť aj s napájacím napätím vyšším, než je maximálne vstupné napätie bežného režimu, ako je popísané v dokumentácii. Posledný článok ukazuje použitie MAX4172 s napájaním 100-250V.

Prúdové monitorovacie integrované obvody s minimálnym vstupným spoločným napätím nula sa môžu použiť na monitorovanie prúdu v zápornom póle záťaže a INA193-INA198 sa môže použiť aj na monitorovanie prúdu v záťaži zahrnutej v obvode zdroja záporného napätia. až -16 V.

Niektoré zo súčasných monitorov poskytujú ďalšie funkcie. Prepínateľné zosilnenie umožňuje meniť zosilnenie monitora za chodu, čím sa zvyšuje presnosť merania na začiatku stupnice. Prítomnosť vypínacieho výstupu umožňuje šetriť energiu, keď nie je potrebné merať prúd. Zabudovaná referencia napätia sa používa na nastavenie buď výstupnej úrovne obojsmerného monitora, alebo prahu pre prevádzku vstavaných alebo externých komparátorov.

Čip MAX4210 umožňuje súčasne ovládať prúd aj výkon spotrebovaný záťažou a MAX4211 obsahuje aj dva komparátory na organizáciu prahových zariadení.

Monitor prúdu IA2410 môže fungovať aj ako teplotný senzor s prepínaním z režimu aktuálneho monitora do režimu kontroly teploty privedením kombinácie impulzov na vstup SHDN.

Aktuálne monitory s PWM výstupom

Impulzová šírková modulácia výstupného signálu je výhodná pri spárovaní aktuálneho monitora s mikroprocesorom. Charakteristiky mikroobvodov s PWM sú uvedené v tabuľke 5 a príklad použitia monitora prúdu IR2175 na monitorovanie fázového prúdu motora je znázornený na obr. 13.

Ryža. 13. Prúdový riadiaci obvod s IR2175

Tabuľka 5. Prúdové monitory s výstupom PWM

Mali by sa tiež spomenúť pravidlá pre výber bočníkov na meranie prúdu. Prirodzene, čím nižší je odpor bočníka, tým väčší je vplyv odporu vodičov. Pre presné merania sa používajú štvorpólové odpory.

Ak nie sú špeciálne požiadavky na presnosť, môže byť bočník vyhotovený vo forme dráhy na doske plošných spojov. V tomto prípade môže odchýlka odporu od vypočítanej hodnoty v sérii produktov dosiahnuť ± 5%, okrem toho je teplotný koeficient odporu medi pomerne veľký. Posledná okolnosť v niektorých prípadoch nie je kritická. Napríklad čipy ZXCT1008–ZXCT1010 majú negatívny teplotný drift zosilnenia v pozitívnom teplotnom rozsahu, čo do určitej miery kompenzuje kladný teplotný koeficient odporu medi.

Meranie striedavého prúdu

Linear Technology vyrába presné integrované obvody AC-to-dc rms prevodníka LTC1966 a LTC1967, ktorých charakteristiky sú uvedené v tabuľke 6. Zosilnenie integrovaného obvodu je určené vzorcom

Na obr. Obrázok 14 ukazuje schému zapojenia LTC1966 na meranie striedavého prúdu pomocou prúdového transformátora.

Ryža. 14. Obvod merania striedavého prúdu s LTC1966

Tabuľka 6. Mikroobvody na meranie striedavého prúdu

V dokumentoch je uvedené veľké množstvo praktických schém na monitorovanie a reguláciu prúdu využitia súčasných monitorovacích čipov.

Existujú ďalšie súčasné senzorové čipy založené na využití Hallovho efektu a „obrieho“ magnetorezistívneho efektu. Používajú sa na bezkontaktné meranie prúdu. Zváženie ich charakteristík a aplikácií však presahuje rámec tohto článku.

Literatúra

1. AN-39. Príručka aktuálnych aplikácií merania. Zetex Semiconductor.
2. AN-3331. Vysokostranný zosilňovač s detekciou prúdu pracuje pri vysokom napätí. Integrované produkty Maxim.
3. AN-105. Aktuálna kolekcia Sense Circuit. Lineárna technológia.
4. AN-746. Vysokostranné meranie prúdu: Obvody a princípy. Integrované produkty Maxim.