- Tutorial
Uvod
Zdravo svima! Nakon završetka ciklusa na senzorima, pojavila su se pitanja drugačijeg plana za mjerenje parametara potrošnje kućnih i ne baš električnih aparata. Ko koliko troši, kako šta povezati na mjerenje, koje su suptilnosti i tako dalje. Vrijeme je da otkrijemo sve karte u ovoj oblasti.U ovoj seriji članaka osvrnut ćemo se na temu mjerenja parametara električne energije. Zapravo postoji jako veliki broj ovih parametara, o kojima ću pokušati da vam postepeno govorim u malim serijama.
Za sada su u planu tri epizode:
- Mjerenje električne energije.
- Kvaliteta struje.
- Uređaji za mjerenje parametara električne energije.
Na osnovu rezultata čitavog ciklusa napravićemo svojevrsno pametno električno brojilo sa pristupom Internetu. Prilično vatreni ljubitelji upravljanja električnim uređajima svog pametnog doma mogu pružiti svu moguću pomoć u implementaciji komunikacijskog dijela na bazi, na primjer, MajorDomo-a. Učinimo OpenSource pametni dom boljim, da tako kažem.
U ovoj seriji ćemo pokriti sljedeća pitanja u dva dijela:
- Povezivanje strujnih i naponskih senzora u DC uređajima, kao i jednofaznim i trofaznim AC krugovima;
- Mjerenje efektivnih vrijednosti struje i napona;
- Mjerenje faktora snage;
- Puna, aktivna i reaktivna snaga;
- Potrošnja električne energije;
1. Povezivanje senzora
U prošlom ciklusu o senzorima napona i struje govorio sam o vrstama senzora, ali nisam govorio o tome kako ih koristiti i gdje ih postaviti. Vrijeme je da to popravimo
Povezivanje DC senzora
Jasno je da će cijeli ciklus biti posvećen AC sistemima, ali ćemo brzo preći i na jednosmjerna kola, jer nam to može biti od koristi pri razvoju DC napajanja. Uzmimo za primjer klasični PWM buck pretvarač:
Slika 1. Buck pretvarač sa PWM
Naš zadatak je osigurati stabilizirani izlazni napon. Pored toga, na osnovu informacija sa strujnog senzora, moguće je kontrolisati način rada prigušnice L1, sprečavajući njeno zasićenje, kao i sprovesti strujnu zaštitu pretvarača. I da budem iskren, ne postoje posebne opcije za ugradnju senzora.
Na izlazu pretvarača ugrađen je senzor napona u obliku otpornog razdjelnika R1-R2, koji jedini može raditi na jednosmjernoj struji. Specijalizovano mikrokolo pretvarača po pravilu ima povratni ulaz i čini sve da se na tom ulazu (3) pojavi određeni nivo napona, propisan u dokumentaciji za mikrokolo. Na primjer 1.25V. Ako naš izlazni napon odgovara ovom nivou - sve je u redu - direktno primjenjujemo izlazni napon na ovaj ulaz. Ako nije, onda postavite djelitelj. Ako trebamo obezbijediti izlazni napon od 5V, onda razdjelnik mora osigurati faktor podjele 4, to jest, na primjer R1 = 30k, R2 = 10k.
Senzor struje se obično instalira između napajanja i pretvarača i na mikrokolo. Razlikom potencijala između tačaka 1 i 2, i sa poznatim otporom, otpornici Rs mogu odrediti trenutnu vrijednost struje naše prigušnice. Ugradnja strujnog senzora između izvora i opterećenja nije dobra ideja, jer će filterski kondenzator biti odsječen otpornikom od potrošača impulsne struje. Ugradnja otpornika u prekid zajedničke žice također je dobra - postojat će dva nivoa uzemljenja s kojima je još uvijek zadovoljstvo petljati.
Problemi s padom napona mogu se izbjeći korištenjem beskontaktnih strujnih senzora kao što su Hall senzori:
Slika 2. Beskontaktni strujni senzor
Međutim, postoji lukaviji način mjerenja struje. Zaista, napon pada na tranzistoru na potpuno isti način i ista struja teče kroz njega kao induktivnost. Stoga, padom napona na njemu možete odrediti i trenutnu vrijednost struje. Da budem iskren, ako pogledate unutrašnju strukturu mikro krugova pretvarača, na primjer, iz Texas Instrumentsa, onda se ova metoda pojavljuje jednako često kao i prethodne. Preciznost ove metode svakako nije najveća, ali je to sasvim dovoljno da strujni prekid radi.
Slika 3. Tranzistor kao senzor struje
Isto radimo i u drugim krugovima sličnih pretvarača, bilo da se radi o pojačanju ili invertiranju.
Međutim, potrebno je posebno spomenuti transformatorski prednji i povratni pretvarač.
Slika 4. Povezivanje strujnih senzora u povratnim pretvaračima
Oni također mogu koristiti ili vanjski otpor ili tranzistor u svojoj ulozi.
Ovim je završeno povezivanje senzora na DC/DC pretvarače. Ako imate bilo kakve prijedloge za druge opcije, rado ću dopuniti članak njima.
1.2 Povezivanje senzora na jednofazna AC kola
U AC krugovima imamo mnogo veći izbor mogućih senzora. Razmotrimo nekoliko opcija.Najjednostavnije je koristiti otporni djelitelj napona i strujni šant.
Slika 5 Povezivanje senzora otpornika
Međutim, ona ima nekoliko značajnih nedostataka:
Prvo, ili ćemo dati značajnu amplitudu signala iz trenutnog šanta, dodijelivši mu veliku količinu snage, ili ćemo se zadovoljiti malom amplitudom signala i naknadno je pojačati. I drugo, otpornik stvara potencijalnu razliku između neutralne mreže i neutralne točke uređaja. Ako je uređaj izoliran, onda je svejedno, ako uređaj ima terminal za uzemljenje, tada riskiramo da ostanemo bez signala trenutnog senzora, jer ćemo ga kratko spojiti. Možda je vrijedno isprobati senzore koji rade na drugim principima.
Na primjer, koristit ćemo strujne i naponske transformatore, ili Holov senzor struje i naponski transformator. Mnogo je više mogućnosti za rad sa opremom, budući da neutralna žica nema gubitaka, a što je najvažnije, u oba slučaja postoji galvanska izolacija mjerne opreme, što često može dobro doći. Međutim, treba imati na umu da senzori struje i napona transformatora imaju ograničen frekvencijski odziv i ako želimo mjeriti harmonijski sastav izobličenja, onda to nije činjenica šta će iz toga proizaći.
Slika 6 Povezivanje transformatora i senzora blizine struje i napona
1.3 Povezivanje senzora na polifazna kola mreže naizmjenične struje
U višefaznim mrežama, naša sposobnost povezivanja strujnih senzora je nešto manja. To je zbog činjenice da uopće neće funkcionirati korištenje strujnog šanta, jer će razlika potencijala između faznih šantova fluktuirati unutar stotina volti i ne znam ni za jedan kontroler opće namjene čiji su analogni ulazi sposobni izdržati takvo izrugivanje.Jedan od načina korištenja strujnih šantova je naravno - za svaki kanal je potrebno napraviti galvanski izoliran analogni ulaz. Ali mnogo je lakše i pouzdanije koristiti druge senzore.
U svom analizatoru kvaliteta koristim otporne djelitelje napona i vanjske senzore struje s Hallovim efektom.
Slika 7 Senzori struje u trofaznoj mreži
Kao što možete vidjeti sa slike, koristimo četverožičnu vezu. Naravno, umjesto senzora struje s Hall efektom, možete uzeti strujne transformatore ili Rogowskijevske petlje.
Umjesto otpornih razdjelnika, naponski transformatori se mogu koristiti za četverožilne i trožilne sisteme.
U potonjem slučaju, primarni namoti naponskih transformatora spojeni su na trokut, a sekundarni na zvijezdu, čija je zajednička točka zajednička točka mjernog kruga.
Slika 8: Upotreba naponskih transformatora u trofaznoj mreži
2 RMS vrijednost struje i napona
Vrijeme je da riješimo problem mjerenja naših signala. Prije svega, efektivna vrijednost struje i napona za nas je od praktične važnosti.
Da vas podsjetim na materijale iz ciklusa senzora. Koristeći ADC našeg mikrokontrolera, u pravilnim intervalima, snimaćemo trenutnu vrijednost napona. Tako ćemo za period mjerenja imati niz podataka o nivou trenutne vrijednosti napona (za struju je sve isto).
Slika 9. Serija trenutnih vrijednosti napona
Naš zadatak je da izračunamo efektivnu vrijednost. Prvo, upotrijebimo integralnu formulu:
(1)U digitalnom sistemu morate se ograničiti na određeni kvantum vremena, pa idemo na zbir:
(2)Gdje je period uzorkovanja našeg signala, a broj uzoraka za period mjerenja. Negdje ovdje, u videu, počinjem trljati igru o jednakosti površina. Trebao sam da spavam taj dan. =)
U mikrokontrolerima MSP430FE4252, koji se koriste u jednofaznim Mercury brojilima električne energije, napravljeno je 4096 očitavanja za period mjerenja od 1, 2 ili 4 sekunde. U budućnosti ćemo se oslanjati na T = 1c i N = 4096. Štaviše, 4096 poena u sekundi će nam omogućiti da koristimo brze Fourierove algoritme transformacije za određivanje spektra harmonika do 40. harmonika, kako to zahtijeva GOST. Ali o tome više u narednoj seriji.
Hajde da skiciramo algoritam za naš program. Moramo osigurati stabilan start ADC-a svake 1/8192 sekunde, pošto imamo dva kanala i ove ćemo podatke mjeriti naizmjenično. Da biste to učinili, postavite tajmer i signal prekida će automatski ponovo pokrenuti ADC. Svi ADC-ovi to mogu.
Napisaćemo budući program na arduinu, jer ga mnogi imaju pri ruci. Za sada imamo čisto akademski interes.
Imajući sistemsku kvarcnu frekvenciju od 16MHz i 8-bitni tajmer (tako da život ne izgleda kao med), moramo osigurati frekvenciju rada barem svakog prekida tajmera sa frekvencijom od 8192Hz.
Tužni smo zbog činjenice da 16MHz nije podijeljeno u cjelini kako nam je potrebno, a konačna frekvencija tajmera je 8198Hz. Zatvorimo oči na grešku od 0,04% i još uvijek čitamo 4096 uzoraka po kanalu.
Žalosni smo zbog činjenice da je prekid prekoračenja u arduinu zauzet tajming (odgovoran za milise i kašnjenje, tako da će ovo prestati raditi normalno), pa koristimo prekid poređenja.
I odjednom shvatimo da je signal bipolaran i da se msp430fe4252 savršeno nosi s njim. Zadovoljni smo unipolarnim ADC-om, pa sastavljamo jednostavan bipolarni-unipolarni pretvarač na operacionom pojačalu:
Slika 10 Bipolarni u unipolarni pretvarač
Štoviše, naš zadatak je osigurati oscilaciju naše sinusoide u odnosu na polovinu referentnog napona - tada ili oduzimamo polovicu raspona ili aktiviramo opciju u postavkama ADC-a i dobijemo predznačene vrijednosti.
Arduino ima 10-bitni ADC, tako da oduzimamo polovinu od neoznačenog rezultata u rasponu od 0-1023 i dobijamo -512-511.
Provjeravamo model sastavljen u LTSpiceIV i uvjeravamo se da sve radi kako treba. U videu se dodatno eksperimentalno uvjeravamo.
Slika 11 rezultat simulacije. Zelena je izvorni signal, plava je izlaz
Arduino skica za jedan kanal
void setup () (autoadcsetup (); DDRD | = (1<
Program je napisan u Arduino IDE za ATmega1280 mikrokontroler. Na mojoj ploči za otklanjanje grešaka, prvih 8 kanala je rutirano za interne potrebe ploče, tako da se koristi ADC8 kanal. Moguće je koristiti ovu skicu za ploču sa ATmega168, međutim, morate odabrati ispravan kanal.
Unutar prekida, žongliramo nekoliko servisnih pinova da jasno vidimo radnu frekvenciju digitalizacije.
Par riječi o tome odakle koeficijent 102. Prilikom prvog pokretanja iz generatora je dostavljen signal različitih amplituda, stvarna vrijednost napona je očitana sa osciloskopa, a izračunata vrijednost u apsolutnim ADC jedinicama je preuzeta sa konzole .
| Umax, V | Urms, B | Prebrojano |
| 3 | 2,08 | 212 |
| 2,5 | 1,73 | 176 |
| 2 | 1,38 | 141 |
| 1,5 | 1,03 | 106 |
| 1 | 0,684 | 71 |
| 0,5 | 0,358 | 36 |
| 0,25 | 0,179 | 19 |
Ako podijelimo vrijednosti treće kolone sa vrijednostima druge, dobićemo prosjek od 102. Ovo će biti naš faktor "kalibracije". Međutim, možete vidjeti da tačnost naglo opada sa smanjenjem napona. To je zbog niske osjetljivosti našeg ADC-a. U stvari, 10 cifara za tačne proračune je katastrofalno malo i ako se napon u utičnici izmjeri na ovaj način to će uspjeti, onda će stavljanje 10-bitnog ADC-a za mjerenje struje koju troši opterećenje biti zločin protiv mjeriteljstva.
Prekinut ćemo u ovom trenutku. U narednom dijelu ćemo razmotriti ostala tri pitanja iz ove serije i glatko ćemo preći na kreiranje samog uređaja.
Predstavljeni firmver, kao i ostali firmveri za ovu seriju (pošto brže snimam video nego pripremam članke), možete pronaći u spremištu na GitHubu.
Mjerenje struje(skraćeno - trenutno mjerenje) korisna je vještina koja će vam više puta u životu doći. Potrebno je znati veličinu jačine struje kada je potrebno odrediti potrošnju energije. Za mjerenje struje koristi se uređaj koji se zove ampermetar.
Postoji naizmjenična i jednosmjerna struja, pa se za njihovo mjerenje koriste različiti mjerni instrumenti. Struja se uvijek označava slovom I, a njena snaga se mjeri u Amperima i označava slovom A. Na primjer, I = 2 A pokazuje da je struja u ispitivanom kolu 2 Ampera.
Razmotrimo detaljno kako se označavaju različiti mjerni instrumenti za mjerenje različitih vrsta struja.
- Na mjeraču jednosmjerne struje ispred slova A upisan je simbol "-".
- Na AC mjeraču, simbol "~" je upisan na istom mjestu.
- ~ Uređaj za mjerenje naizmjenične struje.
- -Uređaj za mjerenje jednosmjerne struje.
Evo fotografije dizajniranog ampermetra Merenje jednosmerne struje.
Prema zakonu, jačina struje koja teče u zatvorenom kolu u bilo kojoj tački jednaka je istoj vrijednosti. Kao rezultat toga, da bi se izmjerila struja, potrebno je isključiti strujni krug na bilo kojem mjestu pogodnom za povezivanje mjernog uređaja.
Treba imati na umu da veličina napona prisutnog u električnom kolu nema nikakav utjecaj na mjerenje struje... Izvor struje može biti ili kućno napajanje od 220 V ili baterija od 1,5 V itd.
Kada ćete mjeriti struju u kolu, obratite pažnju na to koja struja teče u kolu, jednosmjerna ili naizmjenična. Uzmite odgovarajući mjerni uređaj i ako ne znate procijenjenu amperažu u strujnom kolu, stavite prekidač za mjerenje struje na maksimalan položaj.
Razmotrimo detaljno kako izmjeriti jačinu struje električnim uređajem.
Zbog sigurnosti mjerenja trenutne potrošnje sa električnim uređajima napravit ćemo domaći produžni kabel sa dvije utičnice. Nakon montaže, dobijamo produžni kabel vrlo sličan standardnom dućanu u trgovini.
Ali ako rastavite i usporedite jedni s drugima, domaći i kupljeni produžni kabel, tada ćemo jasno vidjeti razlike u unutarnjoj strukturi. Zaključci unutar utičnica domaćeg produžnog kabela povezani su serijski, au trgovini paralelno.
Na fotografiji se jasno vidi da su gornji terminali međusobno povezani žutom žicom, a mrežni napon se dovodi do donjih terminala utičnica.
Sada počinjemo mjeriti struju, za to stavljamo utikač električnog uređaja u jednu od utičnica, a sonde ampermetra u drugu utičnicu. Prije mjerenja struje, ne zaboravite informacije koje smo pročitali o tome kako pravilno i sigurno izmjeriti struju.
Pogledajmo sada kako ispravno protumačiti očitanja ampermetra s brojčanikom. At mjerenje trenutne potrošnje instrumenta, strelica ampermetra se zaustavila na podjeli 50, prekidač je postavljen na maksimalnu granicu mjerenja od 3 Ampera. Skala mog ampermetra ima 100 podjela. To znači da je lako odrediti izmjerenu jačinu struje po formuli (3/100) X 50 = 1,5 Ampera.
Formula za izračunavanje snage uređaja prema potrošenoj struji.
Imajući podatke o veličini struje koju troši bilo koji električni uređaj (TV, frižider, glačalo, zavarivanje itd.), lako možete odrediti koju potrošnju električne energije ima ovaj električni uređaj. U svijetu postoji fizički zakon kojem se elektricitet uvijek pokorava. Otkrivači ovog obrasca su Emil Lenz i James Joule, au njihovu čast sada se naziva Joule-Lenzov zakon.
- I - jačina struje, mjerena u amperima (A);
- U je napon izmjeren u voltima (V);
- P je snaga izmjerena u vatima (W).
Izvršimo jedan od proračuna struje.
Izmjerio sam trenutnu potrošnju frižidera i ona je jednaka 7 Ampera. Napon u mreži je 220 V. Dakle, potrošnja energije frižidera je 220 V X 7 A = 1540 W.
Šta se može učiniti na osnovu malog Attiny13 mikrokontrolera? Puno stvari. Na primjer, mjerač napona, struje, temperature, sa izlazom rezultata na displeju kao što je HD44780. Pa hajde da sastavimo ovaj univerzalni uređaj koji se može uspješno koristiti kao modul u napajanjima, punjačima, UMZCH-u i na onim mjestima gdje nije potrebna vrlo visoka preciznost. Veličina ploče je samo 35 x 16 mm.
Dijagram mjerača U, I, T na Attiny13
- Opseg mjerenja napona 0-99V sa rezolucijom od 0,1V.
- Opseg mjerenja struje 0-9.99A sa rezolucijom od 10 mA.
- Raspon mjerenja temperature 0-99C sa rezolucijom od 0,1C.
- Potrošnja struje samog brojila je 35 mA.
Prije svega, morate znati u kojem rasponu napona će uređaj raditi. Da bi se to utvrdilo, potrebno je izračunati djelitelj napona. Na primjer, da biste dobili mjerenje od 10V, djelitelj bi trebao biti 1/10 (množimo x 10 jer će napon biti 10 puta veći od 1V), za 30V će biti 1/30, itd. Zatim morate konfigurirati program za ovaj raspon. Pomnožimo ovih 30 V sa 640, a rezultat podijelimo sa 1023. Dobijeni broj je otprilike napisan na početku programa, konstantan napon, i program se mora kompajlirati (za opseg od 100 V, 8,2 k).
Također možemo podesiti trenutno mjerenje na sličan način, dati drugačiji razdjelnik, drugačiji raspon i navesti ga, ali neću to opisivati. Ovdje nema analogne kalibracije temperature jer se činilo potpuno suvišnom.
Eksperimentalno to ispravljamo u programu, za to je zaslužna konstantna konstantna temp. 1K otpornik između uzemljenja i izlaza senzora postavlja napon, čak se može smanjiti na 100 oma.
Kako kola radi
Napon koji želimo da izmerimo primenjujemo na V i V+ tačke na ploči, spajamo na GND tačku ulazom mase napajanja, a na tačku B - izlaz mase (merenje se vrši na masa). Šant je povezan između tačaka GND i V. Mjerač se napaja iz V i V + tačaka preko regulatora 7805. Na ploči ima mjesta za regulator u TO252 paketu, ali se veći regulator 78L05 u TO92 paketu može uspješno koristiti. Maksimalni napon koji se može specificirati za tačku V i V+, za normalan 7805 će biti do 35V, za 78L05 će, naravno, biti manji, ali ne veći od 30. Da bi se izmjerili visoki naponi, Čip se mora dopuniti posebno - na strani za štampanje treba prekinuti put ispod potenciometra za podešavanje napona, i napajati tačku A. Sistem radi sa 16x1 displejom sa HD44780 ili 16x2 kontrolerom.
Video o radu mjerača
Kada treperite mikrokontroler, morate postaviti pin reset kao normalan pin (omogućite fusebit RSTDISBL). Prije izvođenja ove operacije, uvjerite se da je sve dobro uspostavljeno, da je nakon gašenja resetirano i da nema pristupa procesoru sa konvencionalnim programatorom! Izvori, kao i sva ostala dokumentacija i fajlovi su locirani
Uređaj mjeri konstantni napon od 0 do 51,1 V sa rezolucijom od 0,1 V i jednosmernu struju od 0 do 5,11 A sa rezolucijom od 0,01 A. Njegov prototip je bio mjerač opisan u, koji je prilično jednostavan u smislu šeme i ima dobre parametre. Glavna ideja implementirana u njemu da se koristi jeftin mikrokontroler zaslužuje pažnju. Međutim, potreba za korištenjem op-pojačala sposobnog za rad s unipolarnim napajanjem s izlaznim naponom blizu nule, kao i prisutnost dodatnog izvora napajanja nameću određena ograničenja na njegovu upotrebu.
Digitalni mjerač napona i struje
Osim toga, indikatori na ploči prototipa su nezgodno smješteni, bolje ih je postaviti vodoravno u red i smanjiti dimenzije prednje ploče mjerača, približavajući ih dimenzijama korištenih indikatora. Šematski dijagram brojila je predstavljen na web stranici www.site. S obzirom da nije bilo moguće pronaći pomične registre sa registrom za skladištenje koji se koristi u mikro krugovima 74HC595N, koristili smo mikro kola 74HC164N u kojima registar za skladištenje nema. Korišteni su i indikatori puno veće svjetline pri niskoj struji, što je omogućilo smanjenje struje koju troši mjerač na 20 mA i napuštanje dodatnog stabilizatora napona od +5 V.
Signal sa senzora struje (otpornik R1) se dovodi na GP1 ulaz mikrokontrolera preko invertujućeg pojačala na op-pojačalu DA1. Za razliku od (1J, ovdje se koristi bipolarno napajanje op-pojačala s naponom od ± 8 V, jer nemaju sva op-pojačala svojstvo rail-to-rail i rade ispravno s unipolarnim napajanjem i gotovo nultim naponom Bipolarno napajanje olakšava rješavanje ovog problema, omogućava korištenje Postoji mnogo tipova op-pojačala, budući da napon na izlazu op-pojačala može biti u rasponu od 8 do 8 V. Za zaštitu na ulazu mikrokontrolera od preopterećenja, koristi se ograničavajući krug R10VD9.
Trimer R8 podešava pojačanje, a trimer R11 postavlja nulti napon na izlazu op-amp. Diode VD1 i VD2 štite ulaz op-ampa od preopterećenja u slučaju prekida strujnog senzora. Zbog relativno niskog otpora strujnog senzora, odstupanje rezultata mjerenja napona pri promjeni struje opterećenja od nule do maksimuma (5,11 A) ne prelazi 0,06 V. Ako je mjerač ugrađen u izvor napona negativnog polariteta. strujni senzor se može uključiti ispred djelitelja izlaznog napona njegovog stabilizatora".
U ovom slučaju, pad napona na strujnom senzoru će se kompenzirati povratnom spregom stabilizatora. Budući da je struja djelitelja obično mala, neće imati gotovo nikakvog utjecaja na očitavanja ampermetra, štoviše, ovaj efekat se može kompenzirati nizom otpornika R11. Brojilo se napaja izlaznim naponom ispravljača napajanja preko pretvarača na tranzistori VT1 i VT2. Ovo je nešto složenije nego u, jer zahtijeva proizvodnju impulsnog transformatora, ali nema problema s dobivanjem svih potrebnih napona. Pretvarač napona je najjednostavniji push-pull autogenerator. čija je šema pozajmljena. Frekvencija konverzije je oko 80 kHz.
Zbog galvanske izolacije između ulaza i izlaza pretvarača, mjerač se može ugraditi u stabilizator napona bilo kojeg polariteta. Sa tranzistorima navedenim na dijagramu, radi na ulaznom naponu od 30 do 44 V. Istovremeno, izlazni naponi variraju od približno 8 do 12 V. Zbog činjenice da su otpori otpornika R5 i R6 odabrani su prilično veliki, pretvarač se ne boji izlaznih kratkih spojeva. U takvim slučajevima generacija jednostavno propadne.
Napon od 5 V za napajanje digitalnog dijela brojila dobijen je pomoću integralnog stabilizatora DA2. Nije potrebno stabilizirati napon napajanja op-ampa, jer je i sam dovoljno otporan na njegove promjene. Napon talasanja sa frekvencijom konverzije potisnut je RC filterima na ulazima mikrokontrolera DD1. Ako su pulsacije sa frekvencijom od 100 Hz prevelike, preporuča se koristiti metodu njihovog smanjenja opisanu u. Ovdje vrijedi reći nekoliko riječi o nestabilnosti najmanje značajnog bita rezultata mjerenja svojstvenoj svim digitalnim metara.
Uvijek se mijenja za jedan haotično oko prave vrijednosti. Ove fluktuacije nisu rezultat kvara uređaja, ali se ne mogu u potpunosti eliminirati, već se mogu smanjiti samo usrednjavanjem rezultata velikog broja mjerenja. Dijelovi brojila su montirani na tri štampane ploče od izolacionog materijala sa jedne strane folijirane. Namijenjeni su za ugradnju mikrokola u DIP kućišta.Na jednoj ploči (sl. 2) su montirani indikatori, na drugoj (sl. 3) - digitalna mikro kola i mikrokontroler. Na trećoj ploči su ugrađeni pretvarač, regulator napona napajanja mikrokontrolera i pojačavač signala senzora struje (slika 4).
Postavljanje dijelova na ploče i veze između ploče prikazane su na Sl. 5. Crveni brojevi na njemu označavaju brojeve terminala impulsnog transformatora T1 na mjestima gdje su spojeni na ploču. Sam transformator je pričvršćen na njega stezaljkama od izolirane instalacijske žice. Blokirajući kondenzatori C13 i C14 su zalemljeni direktno na pinove za napajanje mikrokola DD2 i DD3. Kao što je praksa pokazala, mjerač radi dobro i bez ovih kondenzatora.
Mikrokontroler i indikatorske ploče su povezane nosačima od pocinčanog čelika debljine 0,5 mm. Ploča pretvarača i pojačala je pričvršćena sa dva M2 vijka. Udaljenost između ploča je oko 11 mm. Ova verzija dizajna uređaja (slika 6) zauzima manje prostora na prednjoj ploči napajanja u koju se ovaj uređaj mora ugraditi. Umjesto OU KR140UD708, možete se prijaviti npr. KR140UD1408 i mnoge druge vrste operativnih pojačala Treba napomenuti da mogu zahtijevati drugačija kola korekcije od KR140UD708. Ovo treba uzeti u obzir pri dizajniranju štampane ploče.
Umjesto pomičnih registara 74HC164, možete koristiti 74HC4015, ali ćete morati promijeniti topologiju štampanih provodnika ploče. Diode KD522B mogu se zamijeniti sa KD510A. Trimer otpornici R8 i R11 - SPZ19. R9 je uvezen. Uvezeni su i fiksni kondenzatori. Otpornik R1 (strujni senzor) se može napraviti od nikromske žice ili koristiti kao gotov, kao što je urađeno u (1). Napravio sam ga od komada nihrom trake poprečnog presjeka 2,5 × 0,8 mm i dužine (uzimajući u obzir kalajisane krajeve) od oko 25 mm, izvučene iz termoreleja TRN.
Transformator T1 je namotan na feritni prsten 10x6x3 mm koji je uklonjen sa neispravnog CFL-a. Svi namotaji su namotani žicom PEV-2 prečnika 0,18 mm. Namotaj 2-3 sadrži 83 zavoja, namotaji 1-2 i 4-5 - po 13 zavoja, a namotaj 6-7-8 ima 80 zavoja sa odvodom iz sredine. Ako je izlazni napon ispravljača manji od 30 V, broj zavoja namotaja 2-3 morat će se smanjiti brzinom od približno 4 zavoja po voltu. Između sebe, namotaji 1-2-3 i 4-5 su izolirani jednim slojem kondenzatorskog papira debljine 0,1 mm, a od namota 6-7-8 - sa dva sloja takvog papira. Nakon provjere operativnosti, transformator je impregniran sa XB-784 lakom.
Program mikrokontrolera je napisan u MPLAB IDE v8.92 u MPASM asemblerskom jeziku. Nude se dvije opcije. Datoteke prve opcije nalaze se u folderu General. katoda" i namijenjeni su uređaju sa LED indikatorima sa uobičajenim katodama za pražnjenje, uključujući i one prikazane na dijagramu na sl. 1. Fajlovi druge opcije iz foldera General. anodu" treba koristiti kada se u uređaj ugrađuju LED indikatori sa uobičajenim anodama za pražnjenje. Međutim, ova verzija programa nije testirana u praksi. Mikrokontroler je programiran pomoću IC-prog programa i jednostavnog uređaja opisanog u (4).
Podešavanje mjerača se sastoji u postavljanju otpornika za trimiranje R11 na nulu na izlazu op-amp DA 1 u odsustvu struje u mjerenom krugu. Zatim se na ovaj krug primjenjuje struja. blizu granice mjerenja, ali manje od nje. Kontrolisanjem struje oglednim ampermetrom, trim otpornik R8 postiže jednakost očitavanja uzornog i podešenog uređaja.Dodavanjem i kontrolom izmjerenog napona modelnim voltmetrom postaviti odgovarajuća očitanja na pokazivaču uređaja sa trimer R9. Više detalja o ustanovi je napisano u (1).
U praksi se mjerenja napona moraju provoditi prilično često. Napon se mjeri u radiotehnici, električnim uređajima i strujnim krugovima itd. Vrsta naizmjenične struje može biti pulsna ili sinusna. Izvori napona su ili strujni generatori.
Napon impulsne struje ima parametre vršnog i srednjeg napona. Generatori impulsa mogu biti izvori takvog napona. Napon se mjeri u voltima i označava se "V" ili "V". Ako je napon promjenjiv, tada se simbol “ ~ ", Za konstantni napon je označen simbol" - ". Naizmjenični napon u kućnoj kućnoj mreži je označen sa ~ 220 V.
To su uređaji dizajnirani za mjerenje i kontrolu karakteristika električnih signala. Osciloskopi rade na principu skretanja elektronskog snopa, koji prikazuje vrijednosti varijabli na displeju.
Merenje naizmeničnog napona
Prema regulatornim dokumentima, napon u kućnoj mreži trebao bi biti jednak 220 volti s preciznošću odstupanja od 10%, odnosno napon može varirati u rasponu od 198-242 volti. Ako je rasvjeta u vašoj kući postala slabija, lampe su počele često otkazivati ili su kućanski uređaji počeli raditi nestabilno, tada da biste otkrili i otklonili ove probleme, prvo morate izmjeriti napon u mreži.
Prije mjerenja potrebno je pripremiti svoj postojeći mjerni uređaj za upotrebu:
- Provjerite integritet izolacije kontrolnih žica sondama i vrhovima.
- Postavite prekidač na AC napon, s gornjom granicom od 250 volti ili više.
- Stavite vrhove ispitnih žica u utičnice mjernog uređaja, na primjer. Da ne biste pogriješili, bolje je pogledati oznake gnijezda na kućištu.
- Uključite uređaj.
Sa slike se može vidjeti da je granica mjerenja od 300 volti odabrana na testeru, a 700 volti na multimetru. Neki uređaji zahtijevaju mjerenje napona kako bi se nekoliko različitih prekidača postavilo na željeni položaj: vrstu struje, vrstu mjerenja, kao i umetanje vrhova žice u određene utičnice. Kraj crnog vrha u multimetru se ubacuje u COM utičnicu (zajednička utičnica), crveni vrh se ubacuje u utičnicu označenu "V". Ova utičnica je uobičajena za mjerenje bilo koje vrste napona. Utičnica sa oznakom "ma" se koristi za merenje malih struja. Utičnica s oznakom "10 A" koristi se za mjerenje značajne količine struje, koja može doseći 10 ampera.
Ako mjerite napon žicom priključenom na utičnicu "10 A", uređaj će pokvariti ili će pregorjeti osigurač. Stoga, prilikom obavljanja mjernih radova, trebate biti oprezni. Najčešće se greške javljaju u slučajevima kada je otpor prvo izmjeren, a zatim, zaboravljajući prijeći na drugi način rada, počinje mjerenje napona. U tom slučaju izgara otpornik unutar uređaja, koji je odgovoran za mjerenje otpora.
Nakon pripreme uređaja, možete započeti mjerenje. Ako se ništa ne pojavi na indikatoru kada uključite multimetar, to znači da je baterija koja se nalazi unutar uređaja istekla i da je treba zamijeniti. Najčešće je u multimetrima "Krona", koja daje napon od 9 volti. Njegov vijek trajanja je oko godinu dana, ovisno o proizvođaču. Ako multimetar nije korišten duže vrijeme, krunica je možda još uvijek neispravna. Ako je baterija dobra, multimetar bi trebao pokazati jednu.
Žičane sonde moraju biti uključene u utičnicu ili dodirnuti gole žice.
Displej multimetra će odmah prikazati vrijednost mrežnog napona u digitalnom obliku. Na pokazivaču, strelica će odstupiti za određeni ugao. Tester pokazivača ima nekoliko stupnjevanih skala. Ako ih pažljivo ispitate, sve postaje jasno. Svaka skala je dizajnirana za određena mjerenja: struje, napona ili otpora.
Granica mjerenja na uređaju je postavljena na 300 volti, tako da je potrebno očitati na drugoj skali, koja ima ograničenje od 3, dok se očitavanja uređaja moraju pomnožiti sa 100. Skala ima vrijednost podjele jednaku 0,1 volti, tako da dobijemo rezultat prikazan na slici, oko 235 volti. Ovaj rezultat je u prihvatljivim granicama. Ako se očitanja brojila stalno mijenjaju tokom mjerenja, moguće je da postoji loš kontakt u priključcima električnih instalacija, što može dovesti do stvaranja luka i kvarova u mreži.
Merenje jednosmernog napona
Izvori konstantnog napona su akumulatori, niskonaponski ili baterije čiji napon nije veći od 24 volta. Stoga, dodirivanje polova baterije nije opasno, a nema potrebe za posebnim mjerama sigurnosti.
Za procjenu performansi baterije ili drugog izvora, potrebno je izmjeriti napon na njegovim polovima. Za baterije tipa prstiju, polovi za napajanje nalaze se na krajevima kućišta. Pozitivni pol je označen sa "+".
DC struja se mjeri na isti način kao AC. Jedina razlika je u postavljanju uređaja na odgovarajući način rada i promatranju polariteta terminala.
Napon baterije obično je označen na kućištu. Ali rezultat mjerenja još ne ukazuje na zdravlje baterije, jer se mjeri elektromotorna sila baterije. Trajanje rada uređaja u koji će se ugraditi baterija ovisi o njegovom kapacitetu.
Za tačnu procjenu performansi baterije potrebno je izmjeriti napon sa priključenim opterećenjem. Za bateriju za olovku, kao opterećenje je prikladna obična sijalica od 1,5 volti. Ako napon blago padne kada je sijalica uključena, odnosno ne više od 15%, dakle, baterija je pogodna za rad. Ako napon opadne mnogo više, onda takva baterija i dalje može služiti samo u zidnom satu, koji troši vrlo malo energije.
