Mjerenje jednosmjernih struja najčešće se obavlja magnetoelektričnim galvanometrima, mikroampermetrima, miliampermetrima i ampermetrima, čiji je glavni dio magnetoelektrični mjerni mehanizam (metar). Uređaj jednog od uobičajenih dizajna brojčanika prikazan je na Sl. 1. Mjerač sadrži magnet u obliku potkovice 1. U zračnom procjepu između njegovih polova 2 i stacionarnog cilindričnog jezgra 5 od mekog magnetskog materijala stvara se jednolično magnetsko polje čije su indukcijske linije okomite na površinu jezgra. U ovaj razmak postavlja se okvir 4, namotan tankom izoliranom bakrenom žicom (0,02 ... 0,2 mm u promjeru) na lagani papirni ili aluminijski pravokutni okvir. Okvir se može rotirati zajedno sa osom 6 i strelicom 10, čiji se kraj pomiče iznad skale. Ravne spiralne opruge 5 koriste se za stvaranje momenta koji sprečava rotaciju okvira, kao i za dovod struje u okvir. Jedna opruga je pričvršćena između osovine i karoserije. Druga opruga je jednim krajem pričvršćena za osu, a drugim za ručicu korektora 7, čija vilica pokriva ekscentrično vratilo vijka 8. Okretanjem ovog zavrtnja strelica se postavlja na nultu podjelu skale. Protivtegovi 9 služe za balansiranje pokretnog dijela mjerača kako bi se stabilizirao položaj strelice kada se položaj instrumenta promijeni.
Rice. 1. Uređaj magnetoelektričnog mjernog mehanizma.
Izmjerena struja, prolazeći kroz zavoje okvira, stupa u interakciju s magnetskim poljem trajnog magneta. Okretni moment koji se stvara u ovom slučaju, čiji je smjer određen poznatim pravilom lijeve ruke, uzrokuje rotaciju okvira za takav ugao pod kojim je uravnotežen suprotnim momentom koji nastaje uvrtanjem opruga 5. Zbog ujednačenosti konstantnog magnetskog polja u zračnom rasporu, momenta i, posljedično, kuta, odstupanja strelice su proporcionalna struji koja teče kroz okvir. Stoga magnetoelektrični uređaji imaju ujednačene skale. Ostale veličine koje utiču na vrednost obrtnog momenta, magnetnu indukciju u vazdušnom zazoru, broj zavoja i površinu okvira, ostaju konstantne i zajedno sa silom elastičnosti opruga određuju osetljivost opruga. metar.
Kada se okvir okreće, u njegovom aluminijskom okviru se induciraju struje, čija interakcija s poljem trajnog magneta stvara kočni moment koji brzo smiruje pokretni dio mjerača (vrijeme smirivanja ne prelazi 3 s).
Brojila karakterišu tri električna parametra: a) ukupna struja otklona Ii, koja uzrokuje skretanje pokazivača do kraja skale; b) napon ukupnog otklona Ui, odnosno napon na okviru brojila, koji stvara struju Ii u njegovom kolu; c) unutrašnji otpor Ri, koji je otpor okvira. Ovi parametri su međusobno povezani Ohmovim zakonom:
U radio mjernim uređajima koriste se različite vrste magnetoelektričnih mjerača, čija ukupna struja otklona obično leži u rasponu od 10 ... 1000 μA. Mjerila u kojima ukupna struja otklona ne prelazi 50-100 μA smatraju se visoko osjetljivim.
Neki mjerači su opremljeni magnetnim šantom u obliku čelične ploče koja se može pomicati bliže ili dalje od krajnjih površina stubova i magneta. U tom slučaju, ukupna struja otklona I će se shodno tome smanjiti ili povećati u malim granicama, zbog promjene magnetskog fluksa koji djeluje na okvir zbog grananja dijela ukupnog magnetskog fluksa kroz šant.
Ukupni napon devijacije Ui za većinu brojila je u rasponu od 30-300 mV. Otpor okvira Ri zavisi od perimetra okvira, broja zavoja i prečnika žice. Što je mjerač osjetljiviji, njegov okvir ima više okreta od tanje žice i veći je njegov otpor. Povećanje osjetljivosti mjerača postiže se i upotrebom snažnijih magneta, okvira bez okvira, opruga s malim suprotnim momentom i suspenzije pokretnog dijela na strijama (dvije tanke niti).
U osjetljivim mjeračima s okvirima bez okvira, strelica, skretajući se pod djelovanjem struje koja prolazi kroz okvir, čini niz oscilacija prije nego što se zaustavi u ravnotežnom položaju. Da bi se smanjilo vrijeme slijeganja strelice, okvir se šantira otpornikom s otporom reda tisuća ili stotina oma. Ulogu potonjeg ponekad obavlja električni krug uređaja, povezan paralelno s okvirom.
Mjerila s pokretnim okvirima omogućuju vam postizanje kuta punog otklona strelice do 90-100 °. Brojila male veličine ponekad se izrađuju sa fiksnim okvirom i pokretnim magnetom koji je postavljen na istoj osi sa strelicom. U ovom slučaju moguće je povećati kut potpunog otklona strelice do 240 °.
Posebno osjetljivi mjerači koji se koriste za mjerenje vrlo malih struja (manje od 0,01 μA) i napona (manje od 1 μV) nazivaju se galvanometri. Često se koriste kao nulti indikatori (indikatori odsustva struje ili napona u strujnom kolu) kada se mjere metodama poređenja. Prema načinu brojanja razlikuju se brojčani i zrcalni galvanometri; u potonjem se očitavanje rizika na vagi stvara uz pomoć svjetlosnog snopa i ogledala, pričvršćenog na pokretni dio uređaja.
Magnetoelektrični mjerači su prikladni samo za mjerenja jednosmjerne struje. Promjena smjera struje u okviru dovodi do promjene smjera momenta i otklona strelice u suprotnom smjeru. Kada je mjerač spojen na krug naizmjenične struje frekvencije do 5-7 Hz, strelica će kontinuirano oscilirati oko nule skale s ovom frekvencijom. Pri većoj frekvenciji struje mobilni sistem zbog svoje inercije nema vremena da prati promjene struje i strelica ostaje u nultom položaju. Ako pulsirajuća struja teče kroz mjerač, tada je otklon strelice određen konstantnom komponentom ove struje. Kako bi se isključio podrhtavanje strelice, mjerač je ranžiran velikim kondenzatorom.
Brojila dizajnirana za rad u DC krugu, čiji je smjer nepromijenjen, imaju jednostranu skalu, čiji je jedan od krajeva nulta podjela. Da bi se postigao ispravan otklon strelice, potrebno je da struja teče kroz okvir u smjeru od terminala označenog "+" do terminala označenog "-". Brojila dizajnirani za rad u DC krugovima, čiji se smjer može promijeniti, opremljeni su dvostranom skalom, čija se podjela nule obično nalazi u sredini; kada struja teče u uređaju od "+" terminala do "-" terminala, strelica skreće udesno.
Magnetoelektrični brojila mogu izdržati kratkotrajno preopterećenje, dostižući 10 puta jačinu struje Ii, i 3 puta dugotrajno preopterećenje. Oni su neosetljivi na spoljašnja magnetna polja (zbog prisustva jakog unutrašnjeg magnetnog polja), troše malo energije tokom merenja i mogu se izvesti u svim klasama tačnosti.
Za mjerenja naizmjenične struje koriste se magnetoelektrični mjerači u kombinaciji sa poluvodičkim, elektronskim, fotoelektričnim ili termičkim pretvaračima; Uzeti zajedno, oni formiraju, respektivno, ispravljačke, elektronske, fotoelektrične ili termoelektrične uređaje.
U mjernim instrumentima ponekad se koriste elektromagnetski, elektrodinamički i ferodinamički mjerači, koji su pogodni za direktno mjerenje i jednosmjernih i efektivnih vrijednosti naizmjeničnih struja frekvencije do 2,5 kHz. Međutim, mjerači ove vrste znatno su inferiorniji od magnetoelektričnih mjerača u smislu osjetljivosti, tačnosti i potrošnje energije u mjerenjima. Osim toga, imaju neujednačenu skalu, sabijenu u početnom dijelu, i osjetljivi su na djelovanje vanjskih magnetnih polja, za čije slabljenje se moraju koristiti magnetni štitovi i komplicirati dizajn uređaja.
Određivanje električnih parametara magnetoelektričnih brojila
Kada se kao mjerač magnetoelektričnog uređaja koristi mjerni mehanizam nepoznatog tipa, parametri potonjeg - ukupna struja otklona Ii i unutrašnji otpor Ri - moraju se empirijski odrediti.
Rice. 2. Krugovi za mjerenje električnih parametara magnetoelektričnih brojila
Otpor okvira Ri može se približno izmjeriti ommetrom koji ima potrebnu granicu mjerenja. Treba biti oprezan pri provjeravanju visoko osjetljivih mjerača, jer ih velika struja ommetra može oštetiti. Ako se koristi ohmmetar sa više opsega napajanim baterijama, mjerenje bi trebalo započeti na najvišoj granici otpora na kojoj je struja u krugu napajanja ohmmetra najniža. Prijelaz na druge granice je dozvoljen samo ako to ne uzrokuje prekoračenje strelice mjerača.
Sasvim precizno, parametri merača mogu se odrediti prema dijagramu na Sl. 2, a. Kolo se napaja iz izvora konstantnog napona B preko otpornika R1, koji služi za ograničavanje struje u kolu. Sa reostatom R2 postiže se otklon igle mjerača I cijele skale. U ovom slučaju, vrijednost struje Ii se mjeri prema referentnom (referentnom) mikroampermetru (miliampermetar) μA pozivne reference). Zatim se paralelno sa brojilom priključuje referentna otporna kutija Ro, čijom se promjenom otpora, struja kroz mjerač smanjuje za tačno dva puta u odnosu na struju u zajedničkom kolu. To će se dogoditi kada je otpor Ro = Ri. Umjesto otporne kutije, možete koristiti bilo koji varijabilni otpornik, nakon čega slijedi mjerenje njegovog otpora Ro = R i korištenje ohmmetra ili DC mosta. Također je moguće spojiti paralelno sa mjeračem neregulirani otpornik sa poznatim otporom R, po mogućnosti blizu očekivanog otpora Ri; tada se vrijednost potonjeg određuje formulom
Ri = (I / I1 - 1) * R,
gdje su I i I1 struje mjerene, respektivno, pomoću μA i I.
Ako mjerač And ima ujednačenu skalu koja sadrži αp podjele, tada možete primijeniti kolo prikazano na Sl. 2, b. Potrebni parametri brojila izračunavaju se po formulama:
Ii = U / (R1 + R2) * αp / α1; Ri = (α2 * R2) / (α1-α2) - R1,
gdje je U napon napajanja mjeren voltmetrom V, α1 i α2 su očitanja na skali mjerača kada je prekidač B postavljen na položaje 1 i 2, a R1 i R2 su poznati otpori otpornika, koji su uzeti približno istih apoena. Greška mjerenja je manja što je očitavanje α1 bliže kraju skale, što se postiže odgovarajućim izborom otpora
Magnetoelektrični miliampermetri i ampermetri
Magnetoelektrična brojila, kada su direktno povezana na električna kola, mogu se koristiti samo kao DC mikroampermetri sa granicom mjerenja koja je jednaka ukupnoj struji otklona Ii. Za proširenje granice mjerenja, mjerač And je uključen u strujni krug paralelno sa šantom - otpornikom niskog otpora Rsh (slika 3); u ovom slučaju kroz mjerač će teći samo dio izmjerene struje, a što je manji, to je manji otpor Rsh u odnosu na otpor mjerača Ri. U elektronskim mjerenjima, maksimalno potrebno ograničenje mjerenja za jednosmjerne struje rijetko prelazi 1000 mA (1 A).
Pri odabranoj graničnoj vrijednosti izmjerene struje Ip, struja ukupnog odstupanja Ii mora teći kroz mjerač; to će biti slučaj sa otporom šanta
Rsh = Ri: (Ip / Ii - 1). (jedan)
Na primjer, ako je potrebno proširiti mjerni opseg mikroampermetra tipa M260, koji ima parametre Ip = 0,2 mA i Ri = 900 Ohm, na vrijednost Ip = 20 mA, potrebno je koristiti šant sa otpor Rsh = 900 / (100-1) = 9,09 Ohm.
Rice. 3. Kalibracioni dijagram magnetoelektričnog miliampermetra (ampermetra)
Šantovi za miliampermetre izrađuju se od manganinske ili konstantanske žice. Zbog velike otpornosti materijala, dimenzije šantova su male, što im omogućava da se direktno povezuju između stezaljki uređaja unutar ili izvan njegovog kućišta. Ako je vrijednost struje Ip (u amperima) poznata, tada se promjer šant žice d (u milimetrima) bira iz uvjeta
d> = 0,92 I p 0,5, (2)
pri izvođenju kojih gustoća struje u šantu ne prelazi 1,5 A / mm 2. Na primjer, miliampermetarski šant sa granicom mjerenja od Ip = 20 mA treba napraviti od žice promjera 0,13 mm.
Nakon što ste pokupili žicu odgovarajućeg prečnika d (u milimetrima), njena dužina (u metrima) potrebna za izradu šanta sa otporom Rsh (u omima) približno se nalazi po formuli
L = (1,5 ... 1,9) d 2 * Rsh (3)
i precizno se podešava kada se uređaj uključi prema dijagramu na sl. 3 u seriji sa referentnim miliampermetrom mA.
Šantovi za velike struje (do ampermetara) se obično izrađuju od pločastog manganina. Da bi se isključio uticaj kontaktnih otpora i otpora spojnih provodnika, takvi šantovi imaju četiri stezaljke (slika 4, a). Vanjske masivne stezaljke nazivaju se strujnim i koriste se za spajanje šanta u krug mjerene struje. Interni terminali se nazivaju potencijalnim i dizajnirani su za povezivanje mjerača. Ovaj dizajn također isključuje mogućnost oštećenja mjerača velikom strujom ako se šant slučajno isključi.
Da bi se smanjila greška mjerenja temperature uzrokovana različitim temperaturnim ovisnostima otpora okvira mjerača i šanta, manganinski otpornik Rk je povezan u seriju sa mjeračem (slika 4, b); greška se smanjuje onoliko puta koliko se povećava otpor mjernog kruga. Još bolji rezultati se postižu kada se uključi termistor Rk sa negativnim temperaturnim koeficijentom otpora. Prilikom izračunavanja uređaja s temperaturnom kompenzacijom, otpor R i u formulama za proračun treba shvatiti kao ukupni otpor mjerača i otpornika Rk.
Rice. 4. Šeme za uključivanje šanta za velike struje (a) i elementa temperaturne kompenzacije (b)
Uzimajući u obzir efekat šanta, unutrašnji otpor miliampermetra (ampermetra)
Rma = RiRsh / (Ri + Rsh). (4)
Da bi se osigurala dovoljno visoka tačnost u širokom rasponu mjerenih struja, uređaj mora imati nekoliko granica mjerenja; to se postiže korištenjem niza preklopnih šantova dizajniranih za različite vrijednosti granične struje Ip.
Faktor prijelaza skale N je omjer gornje granične vrijednosti dvije susjedne mjerne granice. Sa N = 10, kao, na primjer, u četverograničnom miliampermetru sa granicama od 1, 10, 100 i 1000 mA, skala instrumenta napravljena za jednu od granica (1 mA) može se lako primijeniti za mjerenje struja na preostale granice množenjem brojanja odgovarajućim množiteljem su 10, 100 ili 1000. U ovom slučaju, opseg mjerenja će dostići 90% raspona indikacije, što će dovesti do primjetnog povećanja greške mjerenja tih trenutnih vrijednosti koji odgovaraju očitanjima na početnim dijelovima vage.
Rice. 5. Skale višeopsežnih magnetoelektričnih miliampermetara
Kako bi se povećala točnost mjerenja u nekim uređajima, granične vrijednosti izmjerenih struja biraju se iz niza brojeva 1, 5, 20, 100, 500, itd., koristeći zajedničku skalu s nekoliko redova brojčanih oznaka za brojanje (slika 5, a). Ponekad se granične vrijednosti biraju iz niza brojeva 1, 3, 10, 30, 100, itd., što omogućava isključivanje brojanja duž prve trećine skale; međutim, skala treba da ima dva reda oznaka, gradiranih u višestrukim od 3 i 10, respektivno (slika 5, b).
Prebacivanje šantova, neophodno za prelazak sa jedne granice merenja na drugu, može se izvršiti pomoću prekidača kada se koriste zajednički ulazni terminali na svim granicama (slika 6) ili korišćenjem sistema podeljenih utičnica čije polovice su međusobno zatvorene metalnim čepom mernog kabla (Sl. 7 ). Karakteristika kola na sl. 6, b i 7, b je da šant svake granice mjerenja uključuje otpornike šantova drugih, manje osjetljivih granica.
Rice. 6. Šeme višeopsegijskih miliampermetara sa prekidačima granica mjerenja.
Prilikom prebacivanja ispod struje granice mjerenja uređaja moguće je oštećenje brojila ako se kratko priključi bez šanta u krug mjerene struje. Da bi se to izbjeglo, dizajn prekidača (slika 6) mora osigurati prijelaz s jednog kontakta na drugi bez prekida strujnog kruga. Shodno tome, dizajn razdvojenih utičnica (slika 7) treba da omogući da se utikač mernog kabla, kada je uključen, u početku zatvori sa šantom, a zatim sa krugom brojila.
Rice. 7. Krugovi višeopsežnih miliampermetara sa utikačem i utičnicom prebacivanjem granica mjerenja.
Kako bi se mjerač zaštitio od opasnih preopterećenja, ponekad se paralelno s njim postavlja Kn dugme sa kontaktom za otvaranje (Sl. 7, b); mjerač je uključen u krug samo kada se pritisne dugme. Efikasan način zaštite osjetljivih mjerača je zaobići ih (u smjeru naprijed) sa posebno odabranim poluvodičkim diodama; u ovom slučaju, međutim, moguće je narušavanje ujednačenosti skale.
U poređenju sa uređajima sa preklopnim šantovima, uređaji sa više opsega sa univerzalnim šantovima su pouzdaniji u radu. Univerzalni šant je grupa otpornika spojenih u seriju, formirajući zatvoreni krug sa mjeračem (slika 8). Za spajanje na strujni krug koji se istražuje koriste se zajednički negativni terminal i terminal spojen na jedan od šant slavina. U ovom slučaju formiraju se dvije paralelne grane. Na primjer, kada je prekidač B postavljen na položaj 2 (slika 8, a), jedna grana sadrži otpornike aktivnog dijela šanta koji imaju otpor Rsh.d = Rsh2 + Rsh3, u drugoj grani je spojen otpornik Rsh1 serije sa meračem. Otpor Rsh.d treba da bude takav da pri maksimalno izmjerenoj struji Ip struja ukupnog otklona Ii teče kroz mjerač. Uglavnom
Rsh.d = (Rsh + Ri) (Ii / Ip). (5)
gdje je Rsh = Rsh1 + Rsh2 + Rsh3 + ... ukupni otpor šanta.
Univerzalni šant u cjelini obavlja funkciju djelujućeg šanta na granici 1, što odgovara najmanjoj graničnoj vrijednosti izmjerene struje Ip1; njegov otpor se može izračunati po formuli (1). Ako su odabrane granice mjerenja Ip2 = = N12 * Ip1; Ip3 = N23 * Ip2; Ip4 = N34 * Ip3, itd., tada se otpori pojedinih sekcija šanta određuju izrazima:
Rsh2 + Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh / N12;
Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh / (N12 * N23);
Rsh4 + ... = Rsh / (N12 * N23 * N34) itd. Razlika otpora iz dvije susjedne jednakosti omogućava vam da odredite otpore pojedinačnih komponenti šanta Rsh1, Rsh2, Rsh3, itd.
Rice. 8. Krugovi višeopsežnih miliampermetara sa univerzalnim šantovima
Iz gornjih izraza se vidi da su faktori tranzicije N12, N23, N34 itd. u potpunosti određeni odnosom otpora pojedinih sekcija šanta i potpuno su nezavisni od podataka brojila. Stoga će isti univerzalni šant, paralelno spojen na različita brojila, promijeniti svoje granice za isti broj puta; u ovom slučaju, početna granica mjerenja je određena formulom
Ip1 = Ii * (Ri / Rsh + 1). (6)
Iz dijagrama na sl. 8 može se vidjeti da se kod uređaja sa univerzalnim šantovima granice mjerenja mogu odabrati i pomoću prekidača i pomoću konvencionalnih utičnica. Gubitak kontakta u ovim krugovima je siguran za mjerač. Ako je približna vrijednost struje koju treba izmjeriti nepoznata, prije spajanja višegraničnog uređaja na strujni krug koji se proučava, treba postaviti najvišu gornju granicu mjerenja,
Kalibracija magnetoelektričnih miliampermetara i ampermetara
Kalibracija mjernog uređaja sastoji se u određivanju njegove kalibracijske karakteristike, odnosno odnosa između vrijednosti mjerene veličine i očitavanja uređaja za očitavanje, izraženih u obliku tabele, grafikona ili formule. U praksi, stepenovanje brojčanika se završava crtanjem na njegovoj skali podjela koje odgovaraju određenim numeričkim vrijednostima izmjerene vrijednosti.
Za magnetoelektrične uređaje sa ujednačenim skalama, glavni zadatak kalibracije je da se uspostavi korespondencija konačne podele skale sa graničnom vrednošću izmerene vrednosti, što se može uraditi pomoću kola sličnog onom prikazanom na sl. 3. Uređaj koji se kalibrira spojen je na terminale 1 i 2. Sa reostatom R u kolu koje napaja izvor jednosmjerne struje, postavite graničnu vrijednost struje Ip prema referentnom uređaju mA i označite tačku na skali do koje odstupa pokazivač brojila I. Ako uređaj koji se kalibrira ima jednu granicu, tada se za krajnju tačku skale može uzeti svaka tačka blizu graničnika koja ograničava kretanje strelice. Kod višegraničnih uređaja sa više skala, takav proizvoljan izbor kraja skale može se izvršiti samo na jednoj granici, koja se uzima kao početna.
Ako strelica na trenutnom Ip nije na konačnoj podjeli skale, uređaj se mora podesiti. U instrumentima sa jednim opsegom ili na originalnoj granici instrumenta sa više opsega, ovo podešavanje se može izvršiti pomoću magnetnog šanta. U nedostatku potonjeg, podešavanje se vrši podešavanjem otpora šantova. Ako pri struji Ip strelica ne dostigne konačnu podjelu, tada treba povećati otpor šanta Rsh; kada strelica izađe van skale, otpor šanta se smanjuje.
Prilikom kalibracije uređaja s više opsega koji rade prema shemama prikazanim na sl. 6, b, 7, b i 8, šantovi moraju biti postavljeni određenim redoslijedom, počevši od otpora šanta Rsh koji odgovara najvećoj graničnoj struji Ip3; tada se uzastopno podešavaju otpori šantova Rsh2 i Rsh1. Prilikom promjene granica može biti potrebno zamijeniti referentni uređaj čija gornja granica mjerenja u svim slučajevima mora biti jednaka ili malo viša od granične vrijednosti graduisane skale.
Poznavajući položaje početnih i konačnih podjela ujednačene skale, lako je odrediti položaje svih srednjih podjela. Međutim, treba imati na umu da neki magnetoelektrični uređaji, zbog nedostataka u dizajnu ili karakteristika mjernog kruga, možda nemaju tačnu proporcionalnost između kutnog kretanja strelice i mjerene struje. Stoga je preporučljivo provjeriti gradaciju skale na nekoliko međutočaka promjenom struje pomoću reostata R. Otpornik Ro služi za ograničavanje struje u kolu.
Kalibraciju treba izvršiti sa potpuno sastavljenim instrumentom pod normalnim radnim uslovima. Dobijene referentne tačke nanose se na površinu skale naoštrenom olovkom (sa staklom uklonjenim sa kućišta merača) ili se fiksiraju prema oznakama postojeće skale instrumenta. Ako je stara vaga mjerača neupotrebljiva, onda se izrađuje nova vaga od debelog, glatkog papira, koji se na mjesto stare vage zalijepi ljepilom otpornim na vlagu. Položaj nove skale mora striktno odgovarati položaju koji zauzima stara vaga prilikom kalibracije uređaja. Dobri rezultati se postižu iscrtavanjem skale crnom tintom u uvećanoj mjeri, a zatim fotokopijom potrebne veličine.
Opći principi kalibracije o kojima je bilo riječi gore su primjenjivi na mjerače brojčanika za različite svrhe.
Karakteristike mjerenja jednosmjernih struja
Da bi se izmjerila struja, uređaj (na primjer, miliampermetar) se serijski povezuje na strujni krug koji se istražuje; to dovodi do povećanja ukupnog otpora kola i smanjenja struje koja teče u njemu. Stepen ovog smanjenja se procjenjuje (u procentima) koeficijentom uticaja miliampermetra
Bma = 100 * Rma / (Rma + Rts),
gdje je Rts ukupni otpor kola između priključnih tačaka uređaja (na primjer, terminali 1 i 2 na dijagramu na slici 3).
Množenjem brojnika i nazivnika desne strane formule sa vrijednošću struje u kolu I i uzimajući u obzir da je I * Rma pad napona na miliampermetru Uma, a I (Rma + Rts) je jednak emf. E koji djeluje u ispitivanom kolu, dobijamo
Bma = 100 * Uma / E.
U složenom (razgranatom) lancu pod e. itd. sa. E morate razumjeti napon otvorenog kruga između tačaka prekida kruga na koji uređaj treba biti povezan.
Granična vrijednost napona Uma je pad napona na uređaju Up, koji uzrokuje odstupanje njegove strelice do konačne oznake skale. Stoga je najveća moguća vrijednost koeficijenta utjecaja pri korištenju ovog uređaja
Bp = 100Up / E. (7)
Iz gornjih formula proizilazi da je manji e. itd. sa. E, što instrument više utiče na izmerenu struju. Na primjer, ako je Up / E = 0,1, tada je Bp = 10%, odnosno, uključivanje uređaja može uzrokovati smanjenje struje u krugu za 10%; pri Up / E = 0,01, smanjenje struje ne prelazi 1%. Stoga pri mjerenju struje žarne niti radio cijevi ili emiterske struje tranzistora treba očekivati znatno veću promjenu struje u kolu nego pri mjerenju struja anode, ekrana ili kolektora. Takođe je očigledno da sa istim opsegom merenja uređaj koji karakteriše niža vrednost napona Up ima manji uticaj na izmerenu struju. Kod miliampermetara sa više opsega sa preklopnim šantovima (slike 6 i 7), na svim mernim opsezima, maksimalni pad napona na uređaju je isti i jednak naponu ukupnog odstupanja brojila, odnosno Up = Ui = Ii / Ri, a snaga koju troši uređaj ograničena je vrijednošću
Pp = IiUi = Ip * Ii * Ri. U miliampermetrima sa univerzalnim šantovima (slika 8), pad napona na uređaju je jednak Ii * I i to samo na početnoj granici 1. Na ostalim granicama se povećava na vrijednost Up ≈ Ii * (Rp + Rsh) ( s povećanjem snage koju troši uređaj u (Ri + Rsh) / Ri puta), budući da je to zbir padova napona na mjeraču i šantnoj sekciji povezanoj serijski s njim. Posljedično, uređaj sa univerzalnim šantom, pod svim ostalim jednakim uvjetima, ima jači učinak na način rada ispitivanih kola od uređaja sa preklopnim šantom.
Ako uzmemo ukupni otpor univerzalnog šanta Rsh >> Ri, tada će donja granica miliampermetra biti blizu Ii, međutim, na drugim granicama, pad napona na uređaju može se pokazati pretjerano velikim. Ako uzmemo otpor Rsh malim, tada će se povećati najmanja granična struja Ip1 uređaja. Stoga je u svakom konkretnom slučaju potrebno riješiti pitanje dozvoljene vrijednosti otpora šanta Rsh.
Kada je magnetoelektrični uređaj priključen na strujno kolo pulsirajuće ili impulsne struje, da bi se izmjerila konstantna komponenta ove struje, potrebno je paralelno sa uređajem spojiti veliki kondenzator koji ima otpor za promjenjivu komponentu struje koja je mnogo manji od unutrašnjeg otpora uređaja Rma. Da bi se eliminisao uticaj kapacitivnosti uređaja u odnosu na kućište ispitivane instalacije, mesto spajanja uređaja na visokofrekventna kola bira se tako da je jedna od njegovih stezaljki spojena direktno na kućište ili preko visokofrekventne -kapacitet kondenzatora.
U nekim slučajevima, trajni šantovi su uključeni u različite krugove elektroničkog uređaja koji se proučava, što omogućava korištenje istog magnetoelektričnog mjerača za naizmjenično praćenje struja u tim krugovima bez njihovog prekida.
Zadatak 1. Izračunajte miliampermetarsko kolo sa univerzalnim šantom (slika 8) za tri mjerne granice: 0,2; 2 i 20 mA sa prelaznim faktorom N = 10. Mjerač uređaja - mikroampermetar tipa M94 - ima podatke: Ii = 150 μA = 0,15 mA, Ri = 850 Ohm, Ui = Ii / Ri = 0,128 V Za svaku granicu pronađite pad napona na uređaju na graničnoj struji, kao i maksimalni mogući učinak uređaja na izmjerenu struju, ako e djeluje u strujnom kolu potonjeg. itd. sa. E = 20 V.
1. Na granici 1 (Ip1 = 0,2 mA), šant prema mjeraču je univerzalni šant kao cjelina. Impedansa potonjeg, određena formulom (1), Rsh = 2550 Ohm.
Pad napona na uređaju pri graničnoj struji Up1 = Ui = 0,128 V. Maksimalni mogući koeficijent uticaja miliampermetra Bp1 = (Up1 / E) * 100 = 0,64%.
2. Za granicu 2 (Ip2 = 2 mA) otpor ranžirne sekcije univerzalnog šanta Rsh2 + Rsh3 = Rsh / N = 255 Ohm. Dakle, otpor Rsh1 = Rsh - (Rsh2 + Rsh3) = 2295 Ohm.
Granični pad napona na uređaju je Up2 = Ii / (Ri + Rsh1) = 0,727 V. Granični koeficijent uticaja Bp2 = 100 * Up2 / E = 3,63%.
3. Za granicu 3 (Ip3 = 20 mA) Rsh3 = Rsh / N 2 = 25,5 Ohm; Rsh2 = 255-25,5 = 229,5 Ohm; Up3 = Ip * (Ri + Rsh1 + Rsh2) = 0,761 V; Bn3 = 100 * p3 / E = 3,80%.
Zadatak 2. Izračunajte miliampermetarsko kolo sa univerzalnim šantom za tri mjerne granice: 5, 50 i 500 mA. Mjerač uređaja - mikroampermetar tipa M260M - ima podatke: Ii = 500 μA, Ri = 150 Ohm. Odrediti učinak uređaja na izmjerenu struju ako se mjerenja u granicama od 5 i 50 mA vrše u krugovima u kojima je npr. itd. sa. ne manje od 200 V, a na granici od 500 mA - u krugu grijanja radio cijevi napajane baterijom s elektromotornom silom. 6 B.
Odgovor: Rsh = 16,67 Ohm; Rsh1 = 15 Ohm; Rsh2 = 1,5 Ohm; Rsh3 = 0,17 Ohm; Up1 = 75 mV; Bn1 = 0,037%; Up2 = 82,5 mV; Bn2 = 0,041%; Up3 = 83 mV; Bn3 = 1,4%.
Odgovor: 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 oma.
DC tranzistorski mikroampermetri
Ako je potrebno izmjeriti vrlo male struje, mnogo manje od ukupne struje otklona I i raspoloživog magnetoelektričnog mjerača, potonji se koristi u sprezi sa DC pojačalom. Najjednostavniji i najekonomičniji su bipolarna tranzistorska pojačala. Pojačanje struje može se postići uključivanjem tranzistora u zajedničkom emiteru i zajedničkom kolektorskom kolu, ali je prvo poželjno jer daje nižu ulaznu impedanciju pojačala.
Rice. 9. Sklopovi jednotranzistorskih DC mikroampermetara
Najjednostavniji krug mikroampermetra s jednim tranzistorom koji se napaja iz izvora s emf. E = 1,5 ... 4,5 V, prikazano na sl. 9, a, punim linijama. Bazna struja Ib je izmjerena struja, pri čijoj određenoj nominalnoj vrijednosti teče In u kolektorskom kolu struja Ik, jednaka ukupnoj struji otklona I i mjeraču I. Koeficijent prijenosa statičke struje Vst = Ic / Ib = Ii / In , odakle je nazivna izmjerena struja In = Ii / Bst. Na primjer, kada se koristi tranzistor tipa GT115A sa Bst = 60 i mjerač tipa M261 sa strujom Ii = 500 μA, nazivna struja je In = 500/60 ≈ 8,3 μA. Budući da je odnos između struja Ik i Ib blizak linearnom, skala mjerača, kalibrirana u vrijednostima izmjerene struje, bit će gotovo ujednačena (osim malog početnog dijela skale do 10% njene dužine ). Povezivanjem posebno odabranog šanta između ulaznih terminala, možete povećati izmjerenu granicu struje na vrijednost pogodnu za proračune (na primjer, do 10 μA).
U stvarnim krugovima tranzistorskih mikroampermetara poduzimaju se mjere za stabilizaciju načina rada i ispravljanje njegovih mogućih odstupanja. Prije svega, neprihvatljivo je (posebno s povećanim naponom napajanja) da se osnovni krug tranzistora otvori, što se može dogoditi tokom mjerenja. Stoga je baza spojena na emiter preko otpornika malog otpora, ili, kao što je prikazano isprekidanom linijom na Sl. 9, a, sa negativnim polom izvora pomoću otpornika Rb sa otporom reda stotine kilo-oma. U potonjem slučaju, na bazu se primjenjuje prednapon, koji postavlja način rada pojačala. Zatim, da bi se podesila potrebna nazivna struja (pretpostavimo 10 μA za gornji primjer), trimer otpornik Rsh = (2 ... 5) Ri se povezuje paralelno s mjeračem (ili u seriji s njim).
Treba uzeti u obzir da će u nedostatku izmjerene struje početna struja kolektora Ic.n teći kroz mjerač, dostići 5-20 μA i zbog prisustva nekontrolisane reverzne kolektorske struje Ic.o i struje u krugu baznog otpornika Rb. Djelovanje struje Ic.n može se kompenzirati postavljanjem pokazivača mjerača na nulu pomoću mehaničkog korektora uređaja. Međutim, racionalnije je izvršiti podešavanje električne nule prije početka mjerenja, na primjer, pomoću elementa za pomoćno napajanje E0 i reostata R0 = (5 ... 10) Ri, stvarajući kompenzacijsku struju I0 u krugu brojila, jednake vrijednosti, ali suprotnog smjera od struje Ik.n. Umjesto dva izvora napajanja, može se koristiti jedno (slika 9, b) tako što se paralelno s njim poveže djelitelj napona od dva otpornika R1 i R2 sa otporima reda stotine oma. U tom slučaju se formira jednosmjerni mosni krug (vidi Metoda mosta za mjerenje električnih otpora), koji se balansira promjenom otpora jednog od krakova (R0).
Potreba za kompliciranjem originalnog jednotranzistorskog pojačala dovodi do činjenice da je strujni dobitak
Ki = Ui / In (8)
ispada da je manji od trenutnog koeficijenta prijenosa Bst korištenog tranzistora. Štoviše, pouzdan rad tranzistorskog mikroampermetra može se osigurati samo ako Ki<< Вст.
Kao što znate, parametri tranzistora značajno ovise o temperaturi okoline. Promjena potonjeg dovodi do spontanih oscilacija (drifta) reverzne kolektorske struje Ic.o, koja se u germanijumskim tranzistorima povećava skoro 2 puta na svakih 10 K porasta temperature. To uzrokuje primjetnu promjenu u strujnom pojačanju Ki i ulaznoj impedanciji pojačala, što može dovesti do potpunog kršenja kalibracijskih karakteristika uređaja. Treba uzeti u obzir i nepovratnu promjenu parametara („starenje“) tranzistora uočenu tokom vremena, što stvara potrebu za periodičnom provjerom i korekcijom kalibracijskih karakteristika tranzistorskog uređaja.
Ako se promjena struje Ic.o do neke mjere može kompenzirati postavljanjem nule prije početka mjerenja, tada se moraju poduzeti posebne mjere za stabilizaciju pojačanja Ki. Dakle, prednapon na bazu (slika 9, b) se napaja pomoću djelitelja napona sa otpornika Rb1 i Rb2, a ponekad se kao potonji koristi termistor s negativnim temperaturnim koeficijentom otpora. Termistor se može zamijeniti diodom D spojenom paralelno s otpornikom Rb1. S povećanjem temperature, obrnuti otpor diode opada, što dovodi do takve preraspodjele napona između elektroda tranzistora, što sprječava povećanje struje kolektora. Negativna povratna sprega između kolektora i baze djeluje u istom smjeru, što se javlja zbog spajanja otpornika Rb2 na kolektor (a ne na minus napajanja). Najefikasniji učinak ima negativna povratna sprega koja se javlja kada je otpornik Re spojen na emitersko kolo.
Povećanje stabilnosti pojačala korištenjem dovoljno duboke negativne povratne sprege dovodi do malog omjera Ki/Bst koeficijenata. Stoga, da bi se dobio pojačanje Ki, jednako nekoliko desetina, potrebno je odabrati germanij tranzistor s visokim koeficijentom prijenosa struje za mikroampermetar: Vst = 120 ... 200.
U mikroampermetrima je moguće koristiti silicijumske tranzistori, koji u poređenju sa germanijumskim imaju parametre koji su stabilniji kako u vremenu tako iu odnosu na temperaturne efekte. Međutim, Bst koeficijent silicijumskih tranzistora je obično mali. Može se povećati upotrebom složenog tranzistorskog kola (slika 9, c); potonji ima koeficijent prijenosa struje Vst približno jednak proizvodu odgovarajućih koeficijenata njegovih sastavnih tranzistora, tj. Vst ≈ Vst1 * Vst2. Međutim, struja obrnutog kolektora kompozitnog tranzistora je:
Ik.o ≈ Ik.o2 + Bst2 * Ik.o1
značajno premašuje odgovarajuće struje njegovih komponenti i podložan je primjetnim temperaturnim fluktuacijama, što dovodi do potrebe za stabilizacijom režima pojačala.
Visoka stabilnost rada tranzistorskog mikroampermetra lakše je postići kada se njegovo pojačalo izvodi prema balansiranom kolu s dva konvencionalna ili kompozitna tranzistora, posebno odabrana zbog identiteta njihovih parametara (prije svega, prema približnoj jednakosti koeficijenti Bst i struje Ik.o). Tipičan dijagram takvog uređaja sa elementima za stabilizaciju i korekciju prikazan je na Sl. 10. Budući da početne kolektorske struje tranzistora približno u istoj mjeri zavise od temperature i napona napajanja, te teku kroz mjerač u suprotnim smjerovima, kompenzujući jedna drugu, stabilnost nulte pozicije strelice mjerača i ujednačenost njenog povećanje obima. Duboka negativna povratna sprega koju pružaju otpornici Re i Rb.k povećava stabilnost strujnog pojačanja. Balansirano kolo također povećava osjetljivost mikroampermetra, jer izmjerena struja stvara potencijale različitih predznaka na ulaznim elektrodama oba tranzistora; Kao rezultat, unutarnji otpor jednog tranzistora se povećava, a drugog smanjuje, što povećava neravnotežu DC tačke, u čijoj dijagonali je I.
Prilikom postavljanja balansiranog mikroampermetra sa trimer potenciometrom Rk, potencijal kolektora je izjednačen, što se kontrolira odsustvom očitavanja brojila kada su ulazne stezaljke kratko spojene. Podešavanje nule u toku rada vrši se potenciometrom Rb izjednačavanjem baznih struja sa otvorenim ulaznim stezaljkama. Treba imati na umu da su ova dva podešavanja međusobno zavisna i da se prilikom otklanjanja grešaka na uređaju moraju ponoviti nekoliko puta uzastopno.
Rice. 10. Balansno kolo tranzistorskog mikroampermetra
Ulazni otpor mikroampermetra Rmka uglavnom je određen ukupnim otporom R = Rb1 + Rb2 + R6, koji djeluje između baza tranzistora, i iznosi približno (0,8 ... 0,9) * R; njeno tačno određivanje, kao i nazivne granične struje In, mora se izvršiti empirijski. Pogodno je podesiti potrebnu vrijednost nazivne struje pomoću šanta lanca otpornika čiji se otpor mora uzeti u obzir pri određivanju ulaznog otpora Rmka.
Stabilnost ulazne impedanse omogućava proširenje granice mjerenja u smjeru smanjenja osjetljivosti pomoću šantova. Otpor šanta potreban da bi se dobila granična izmjerena struja Ip,
Rsh.p = Rmka * In / (Ip - In) = Rmka * Ii / (Ki * Ip - Ii) (9)
Uz numeričke podatke prikazane na dijagramu i korištenje tranzistora sa Bst ≈ 150, balansirani mikroampermetar ima pojačanje Ki ≈ 34 i pomoću trim-otpornika Rm može se podesiti na nazivnu struju In = 10 μA. Ako je potrebno dobiti nazivnu struju od oko 1 μA, pojačalo se dopunjava drugim stepenom, koji se često izvodi prema emiterskom sljedbenom krugu, što olakšava usklađivanje izlazne impedanse pojačala sa niskim otporom I. .
Tokom rada električne mreže ili bilo kojeg uređaja potrebno je izmjeriti jačinu struje.
U ovom članku ćete naučiti šta se podrazumijeva pod ovim pojmom i koji se alati koriste u tu svrhu.
Istovremeno ćemo govoriti o sigurnosnim mjerama prilikom izvođenja takvih radova.
Trenutna jedinica
U fizici se uobičajeno naziva veličinom naboja koji prelazi poprečni presjek provodnika u jedinici vremena. Jedinica mjerenja je amper (A). Sila od 1 A ima takvu struju pri kojoj u 1 sekundi naelektrisanje od 1 kulona (C) prođe kroz presjek provodnika.
Jačina struje može se uporediti sa pritiskom vode. Kao što znate, u stara vremena, male rijeke su bile blokirane branama kako bi se stvorila glava koja je mogla okretati mlinski točak.
Što je pritisak bio jači, to je mlin mogao biti produktivniji uz njegovu pomoć.
Na isti način, jačina struje karakterizira rad koji električna energija može obaviti. Jednostavan primjer: sijalica će gorjeti jače s povećanjem struje u kolu.
Zašto trebate znati kolika struja teče u provodniku? Kako će djelovati na osobu u slučaju slučajnog kontakta s dijelovima pod naponom ovisi o jačini struje. Učinak električne energije prikazan je u tabeli:
| Jačina struje, A (naizmjenično sa frekvencijom od 50 Hz) | efekat |
| Manje od 0,5 mA | je nevidljivo za ljude |
| 0,5 do 2 mA | Postoji neosjetljivost na različite podražaje |
| 2 do 10 mA | Osjećaji bola, grč mišića |
| 10 mA do 20 mA | Pojačani grčevi, neka tkiva su oštećena. Sa jačinom struje od 16 mA, osoba gubi sposobnost otvaranja ili povlačenja ruke kako bi otvorila kontakt sa dijelom pod naponom. |
| 20 mA do 100 mA | Respiratorna paraliza |
| 100 mA do 3 A | Fibrilacija srca, potrebne su hitne mjere za reanimaciju žrtve |
| Više od 3 A | Teške opekotine, srčani zastoj (uz kratkotrajno izlaganje ostaje mogućnost reanimacije) |
A evo još nekih razloga:
- Amperaža karakterizira opterećenje vodiča. Maksimalna propusnost potonjeg ovisi o materijalu i površini poprečnog presjeka. Ako je struja previsoka, žica ili kabel će se jako zagrijati. To može dovesti do topljenja izolacije, praćenog kratkim spojem. Zbog toga je ožičenje uvijek zaštićeno od preopterećenja prekidačima ili osiguračima. Vlasnici stanova i kuća sa starim ožičenjem trebaju obratiti posebnu pažnju na struju koja teče u žicama: zbog korištenja sve više električnih uređaja često se nađe u preopterećenom stanju.
- Prema omjeru vrijednosti jačine struje u različitim strujnim krugovima električnog uređaja, može se zaključiti da radi ispravno. Na primjer, struje jednake jačine moraju teći u fazama elektromotora. Ako postoje odstupanja, onda je motor neispravan ili je preopterećen. Na isti način se utvrđuje stanje uređaja za grijanje ili električnog "toplog poda": mjeri se jačina struje u svim komponentama uređaja.
Rad električne energije, tačnije, njena snaga (količina rada u jedinici vremena), ne zavisi samo od jačine struje, već i od napona. U stvari, proizvod ovih veličina određuje snagu:
W = U * I,
- W - snaga, W;
- U - napon, V;
- I - jačina struje, A.
Dakle, znajući napon u mreži i snagu uređaja, možete izračunati koja će struja teći kroz njega, pod uvjetom da je u dobrom stanju: I = W / U. Na primjer, ako je poznato da je snaga grijača 1,1 kW i da radi iz konvencionalne mreže od 220 V, tada će struja u njoj biti: I = 1100/220 = 5 A.
Formula za mjerenje struje
Treba imati na umu da je, prema Kirchhoffovim zakonima, struja u žici prije grananja zbir struja u granama. Budući da su u stanu ili kući svi uređaji povezani u paralelni krug, onda ako, na primjer, dva uređaja sa strujom od 5 A rade istovremeno, tada će struja od 10 A teći u napojnoj žici i u općoj nuli .
Reverzna operacija, odnosno proračun snage potrošača množenjem izmjerene jačine struje naponom, ne daje uvijek ispravan rezultat. Ako potrošački uređaj ima namotaje, kao kod elektromotora, koji imaju induktivni otpor, dio snage će se potrošiti na savladavanje tog otpora (reaktivne snage).
Da biste odredili aktivnu snagu (korisni rad električne energije), morate znati stvarni faktor snage za dati uređaj, a to je omjer aktivne i reaktivne snage.
Instrumenti za mjerenje struje i napona
Evo nekoliko mjernih alata koji će pomoći električaru u ovom pitanju:
Ampermetar
Postoji nekoliko varijanti ovog uređaja, koje se razlikuju po principu rada:
- elektromagnetski: unutra se nalazi kalem, kroz koji struja stvara elektromagnetno polje. Ovo polje uvlači gvozdeno jezgro povezano sa pokazivačem u zavojnicu. Što je struja veća, to će jezgro više biti uvučeno i strelica će se više skretati.
- termalni: uređaj ima zategnuti metalni navoj povezan sa strelicom. Struja koja teče uzrokuje zagrijavanje filamenta, čiji stupanj ovisi o jačini struje. I što se nit više zagrijava, to će se više produžiti i spustiti, odnosno, to će se strelica više skretati.
- Magnetoelektrični: uređaj ima trajni magnet u čijem polju se nalazi aluminijumski okvir povezan sa strelicom sa žicom namotanom oko nje. Kada električna struja teče kroz žicu, okvir u magnetskom polju teži da se rotira za određeni ugao, koji zavisi od jačine struje koja teče. A pozicija strelice, koja označava trenutnu vrijednost na skali, ovisi o kutu rotacije.
- elektrodinamički: Unutar uređaja se nalaze dva serijski spojena namotaja, od kojih je jedan pomičan. Kada struja teče kroz zavojnice kao rezultat interakcije nastalih elektromagnetskih polja, pokretna zavojnica teži da se okrene u odnosu na nepokretnu i istovremeno vuče strelicu za sobom. Ugao rotacije ovisit će o jačini struje koja teče.
- indukcija: struja prolazi kroz namotaje stacionarnih namotaja povezanih magnetnim sistemom. Kao rezultat, nastaje rotirajuće ili putujuće elektromagnetno polje koje djeluje određenom silom (ovisno o jačini struje) na pokretni metalni cilindar ili disk. On je povezan sa strelicom.
- elektronski: takvi uređaji se nazivaju i digitalni. Unutra se nalazi električni krug, informacije se prikazuju na displeju sa tečnim kristalima.
Trenutni multimetar
Stoga je uobičajeno nazvati univerzalni elektronski mjerač trenutnih parametara. Može se prebaciti i na ampermetarski i na voltmetarski, ohmmetarski i megohmmetarski način (mjere se veliki otpori, obično izolacija).
Mjerenje struje multimetrom
Rezultati merenja se prikazuju na displeju sa tečnim kristalima. Uređaju je potrebna baterija za rad.
Tester
Što se tiče funkcionalnosti, ovo je isti multimetar, ali analogni. Rezultati mjerenja su prikazani na skali strelicom, baterije su potrebne samo sa ommetrom.
Measuring Clamps
Stege su praktičnije. Samo trebaju stegnuti dio testirane žice, nakon čega će uređaj pokazati snagu struje koja teče u njemu.
Treba imati na umu da samo testirani provodnik treba da bude u krpeljima. Ako stegnete nekoliko vodiča, uređaj će pokazati geometrijski zbir struja u njima.
Measuring Clamps
Dakle, kada se cijela 1-fazna žica stavi u mjerač stezaljki, uređaj će pokazati "nulu", jer višesmjerne struje iste veličine teku u faznom i neutralnom vodiču.
Metode mjerenja
Prva tri instrumenta za izvođenje mjerenja moraju biti spojena na strujni krug u seriji s njim, odnosno na prekid žice. Za 1-faznu mrežu, ovo može biti i fazna i neutralna žica. Za 3-fazne - samo faza, jer geometrijski zbir struja u svim fazama teče u nuli (sa istim opterećenjem jednak je nuli).
Dvije su važne tačke na koje treba obratiti pažnju:
- Za razliku od voltmetra (mjera napona), ampermetar se ne može koristiti bez opterećenja, inače će doći do kratkog spoja.
- Sonde uređaja mogu dodirivati žice ili kontakte samo u nedostatku napona, odnosno testirana linija mora biti bez napona. U suprotnom, između blisko raspoređene sonde i žice može se pojaviti luk, stvarajući dovoljno topline da se metal otopi.
Svi mjerni instrumenti imaju prekidač raspona koji podešava osjetljivost.
Uzemljenje je neophodno za siguran rad električne energije. - najvažnija komponenta električne mreže.
Transformator 220 za 12 volti - naći ćete namjenu i preporuke za proizvodnju.
Imajte na umu da struja koju troše neki uređaji, kao što su televizijska i kompjuterska oprema, štedne lampe i LED lampe, nije sinusoidna.
Stoga neki mjerni uređaji, čiji je princip usmjeren na izmjenični napon, mogu s greškom odrediti vrijednost jačine takve struje.
Video na temu
- 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 tipovima 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, nema veze, ako uređaj ima terminal za uzemljenje, tada riskiramo da ostanemo bez signala od 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 za nas nije činjenica.
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 (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.
Nekoliko 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. Zapravo, 10 cifara za precizne 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, praćenje i regulacija struje uobičajeni su zadaci u različitim elektronskim aplikacijama. Članak koji se nudi pažnji čitatelja je pregled sklopovskih rješenja i komponenti koje se koriste u ove svrhe.
Jedan od načina za mjerenje struje u električnom kolu je mjerenje pada napona na otporniku za mjerenje struje (šantu) poznatog otpora u seriji sa opterećenjem. Kako bi otpor šanta minimalno utjecao na način rada opterećenja, on se bira kao najmanja moguća vrijednost, što podrazumijeva naknadno pojačanje signala.
U tabeli 1 navedeni su proizvođači elektroničkih komponenti koji proizvode i specijalizirane proizvode dizajnirane za kontrolu struje i mikro kola za pojačala pogodna za ovu svrhu.
Tabela 1. Proizvođači strujnih monitorskih mikrokola
| Proizvođač |
| Analog Devices Inc. |
| Integration Associates Inc. |
| Međunarodni ispravljač |
| Ixys Corp. |
| Linear Technology Corp. |
| Maxim Integrated Products |
| National Semiconductor |
| Semtech Corp. |
| Texas Instruments Inc. |
| Zetex Semiconductor |
Specijalizovana mikro kola za praćenje (merenje) struje proizvođači nazivaju nisko-strani monitor senzora struje (pojačalo) i high-side Current Sense Monitor (pojačalo). Doslovni prevod ovih izraza na ruski daje ista misteriozna imena kao "južni most" na matičnoj ploči računara.
Maxim definira senzor struje na visokoj strani kao mjerenje struje od pada napona na otporniku između izvora napajanja i opterećenja, a senzor struje niske strane kao mjerenje struje od pada napona na otporniku spojenom između opterećenja i zajedničkog žica ("uzemljenje").
Koristićemo se da dalje opišemo koncepte mjerenja struje u pozitivnim i negativnim polovima opterećenja, uz pretpostavku da napojna šina ima pozitivan potencijal u odnosu na zajednički vod, što je tačno za veliku većinu modernih elektronskih kola. Treba napomenuti da kola koja su data u nastavku omogućavaju kontrolu ne samo konstantne, već i impulsne struje, iako s odgovarajućim izobličenjima koja su određena širinom pojasa elemenata za pojačavanje.
Mjerenje struje u negativnom polu opterećenja
Prednosti:
- nizak ulazni napon zajedničkog moda;
- ulazni i izlazni signali imaju zajedničku masu;
- jednostavnost implementacije sa jednim napajanjem.
Nedostaci:
- opterećenje nije direktno povezano sa zemljom;
- ne postoji mogućnost prebacivanja opterećenja ključem u negativnom polu;
- mogućnost kvara mjernog kruga u slučaju kratkog spoja u opterećenju.
Mjerenje struje u negativnom polu opterećenja nije teško. Za ovu svrhu su pogodna različita op-pojačala, koja su dizajnirana da rade na jednom napajanju sa zajedničkim ulaznim naponima uključujući potencijal zajedničke magistrale, kao i mnoga instrumentalna pojačala. Iz tog razloga, praktički ne postoje specijalizovani čipovi za monitor (pojačalo) niskog senzora. Krugovi za mjerenje struje koji koriste operaciona i instrumentalna pojačala prikazani su na Sl. 1 i 2 respektivno. Izbor specifičnog tipa pojačala određen je traženom preciznošću, na koju uglavnom utiču pomak nule pojačala, temperaturni drift i greška podešavanja pojačanja, te potrebna brzina strujnog kola. Na početku skale neizbježna je značajna greška konverzije, uzrokovana različitom od nule vrijednosti minimalnog izlaznog napona pojačala, što je beznačajno za većinu praktičnih primjena. Da bi se eliminisao ovaj nedostatak, potrebno je ili bipolarno napajanje pojačala, ili pomak nivoa izlaznog signala povezivanjem REF pina instrumentacionog pojačala na izvor referentnog napona.
Rice. 1. Krug za mjerenje struje u negativnom polu sa operacionim pojačalom
Rice. 2. Krug za mjerenje struje u negativnom polu sa mjernim pojačivačem
Mjerenje struje u pozitivnom polu opterećenja
Nedostaci:
- visok ulazni napon zajedničkog moda (često vrlo visok);
- potreba za pomeranjem izlaznog signala na nivo prihvatljiv za naknadnu obradu u sistemu (referenca na "uzemljenje").
Razmotrimo krug za mjerenje struje u pozitivnom polu opterećenja pomoću operacionih pojačala.
Na dijagramu na sl. 3, možete koristiti bilo koje operativno pojačalo pogodno za dozvoljeni napon napajanja i karakteristike tačnosti, dizajnirano za rad s unipolarnim napajanjem i maksimalnim ulaznim zajedničkim naponom koji dostiže napon napajanja, na primjer, AD8603. Maksimalni napon napajanja kola ne može premašiti maksimalno dozvoljeni napon napajanja pojačala.
Rice. 3. Kolo za mjerenje struje u pozitivnom polu sa operacionim pojačalom
Takozvani Over-The-Top Rail-To-Rail ulazno i izlazno pojačalo (LT1494, LT1636, LT1637, LT1672, LT1782, LT1783, LT1784 od Linear Technology) radi na ulaznim zajedničkim naponima koji su znatno iznad napona napajanja. U krugu koji koristi op-amp LT1637 prikazan na Sl. 4, napon napajanja može doseći 44 V kada je napon napajanja op-amp 3 V.
Rice. 4. Krug za mjerenje struje u pozitivnom polu sa Over-The-Top operativnim pojačalom
Instrumentacijska pojačala kao što su LTC2053, LTC6800 iz Linear Technology, INA337 iz Texas Instruments pogodna su za mjerenje struje u pozitivnom polu opterećenja sa vrlo malom greškom. Na sl. 5 prikazuje dijagram pomoću LTC6800. Napon napajanja kola ne može premašiti maksimalno dozvoljeni napon napajanja pojačala (5,5 V).
Rice. 5. Krug za mjerenje struje u pozitivnom polu sa instrumentacijskim pojačalom LTC6800
Diferencijalna pojačala pogodna za konstruisanje kola za praćenje pozitivne struje navedena su u tabeli 2. Neki imaju veoma širok opseg ulaznog zajedničkog napona, koji se proteže u negativnu oblast, omogućavajući merenje struje u opterećenju spojenom na izvor po potrebi. . Rekordne performanse za LT1990, koji ima uobičajeni opseg ulaznog napona od –37 do 250 V za jedno napajanje i ± 250 V za dvostruko napajanje. Krug sa njegovom upotrebom prikazan je na sl. 6. AD629 i INA117 zahtijevaju bipolarno napajanje s uobičajenim rasponom ulaznog napona od ± 270 V i ± 200 V.
Rice. 6. Krug za mjerenje struje u pozitivnom polu sa diferencijalnim pojačivačem LT1990
Tabela 2. Diferencijalna pojačala
Integracija gotovo svih potrebnih komponenti u jedan kristal dovela je do stvaranja specijalizovanih mikrokola za monitor struje. Tipično, ova mikro kola ne daju tačnost koja se može postići preciznim pojačalima. Međutim, za veliku većinu primjena, posebno ako je potrebno samo praćenje struje, a ne mjerenje njegove točne vrijednosti, tačnost koju su deklarirali proizvođači je sasvim dovoljna.
Po izlaznom signalu, mikro kola se mogu podijeliti u tri grupe: sa strujnim izlazom, potencijalnim izlazom i PWM izlazom.
Karakteristike mikro kola sa strujnim izlazom prikazane su u tabeli 3. Na sl. 7 prikazuje krug koji koristi INA139, u kojem je, osim strujnog šanta, potrebna samo jedna vanjska komponenta - otpornik R OUT. Na dijagramu na sl. 8 pomoću LTC6101HV, dodatno, otpornik R IN je potreban da se poveže na ugrađeni izvor struje.
Rice. 7. Monitor struje u pozitivnom polu sa strujnim izlazom INA139
Rice. 8. LTC6101HV Monitor struje pozitivnog pola sa strujnim izlazom
Tabela 3. Mikrokrugovi strujnih monitora sa strujnim izlazom
Pošto izlazna impedansa kola dostiže nekoliko desetina kilo-oma, kola za naknadnu obradu signala moraju imati visoku ulaznu impedanciju.
Karakteristika tropinskih mikrokola ZXCT1008 i ZXCT1009 iz Zetexa je tok vlastite potrošnje struje mikrokola kroz R OUT otpornik, što, naravno, unosi dodatnu grešku. Međutim, zbog izuzetno niske sopstvene potrošnje, ova greška je neznatna, posebno na kraju skale, i sasvim je prihvatljiva. Na sl. 9 prikazuje primjenu ZXCT1009 u krugu punjača Li-Ion baterija.
Rice. 9. Upravljački krug punjača
Tabela 4 prikazuje karakteristike strujnih monitorskih mikrokola sa potencijalnim izlazom. Razlikuju se od strujnih monitora sa strujnim izlazom po tome što sadrže interni otpornik R OUT, a neki od njih imaju i izlazno pojačalo koje omogućava da se izlazni otpor smanji na jedinice ili čak frakcije oma. Kao primjer unutrašnje organizacije, sl. 10 prikazuje trenutni monitor MAX4372.
Rice. 10. Monitor struje u pozitivnom polu sa potencijalnim izlazom MAX4372
Tabela 4. Mikrokrugovi strujnih monitora sa potencijalnim izlazom
Ako je potrebno pratiti struju koja mijenja smjer ovisno o načinu rada kola, na primjer, struja koja teče kroz reverzibilni motor, ili struja punjenja/pražnjenja baterije, koriste se dva strujna monitora. Dijagram za potonji slučaj je prikazan na Sl. 11. Ovdje svaki monitor kontrolira struju u svom smjeru. Alternativno rješenje je korištenje MAX4377 dvostrukog strujnog monitora ili dvosmjernog strujnog monitora, kao što je prikazano na sl. 12. Referentni napon postavlja nivo u odnosu na koji se mijenja izlazni napon. Izlazni signal kruga raste s povećanjem struje u pozitivnom smjeru i, u skladu s tim, opada s povećanjem struje u negativnom smjeru. Sličan rezultat se može dobiti korištenjem diferencijalnih pojačala i instrumentacijskih pojačala spajanjem REF pina na referentni napon kao što je prikazano na Sl. 6.
Rice. 11. Kontrolni krug struje punjenja-pražnjenja
Rice. 12. Dvosmjerni strujni krug za praćenje
Monitori struje mogu se koristiti i sa naponima napajanja koji su veći od maksimalnog ulaznog zajedničkog napona, kao što je opisano u dokumentaciji. Poslednji dokument prikazuje upotrebu MAX4172 sa napajanjem od 100-250V.
Mikrokrugovi - strujni monitori sa minimalnim ulaznim zajedničkim naponom jednakim nuli, mogu se koristiti za praćenje struje u negativnom polu opterećenja, a INA193 – INA198 - i za praćenje struje u opterećenju spojenom na izvor negativnog napona sklop do –16 V.
Neki od trenutnih monitora pružaju dodatnu funkcionalnost. Promenljivo pojačanje omogućava da se pojačanje monitora promeni u hodu, povećavajući tačnost merenja na početku skale. Prisustvo okidača omogućava uštedu energije kada nema potrebe za mjerenjem struje. Ugrađena referenca napona se koristi za postavljanje ili izlaznog nivoa dvosmjernog monitora ili praga ugrađenih ili eksternih komparatora.
MAX4210 omogućava istovremenu kontrolu i struje i potrošnje energije, dok MAX4211 također sadrži dva komparatora za granične uređaje.
Trenutni monitor IA2410 može raditi i kao temperaturni senzor s prebacivanjem iz moda trenutnog monitora u mod nadzora temperature primjenom kombinacije impulsa na SHDN ulaz.
Monitori struje sa PWM izlazom
Modulacija širine impulsa izlaznog signala je korisna kada je strujni monitor spojen na mikroprocesor. Karakteristike PWM mikrokola su prikazane u tabeli 5, a primer korišćenja monitora struje IR2175 za praćenje struje faze elektromotora prikazan je na Sl. trinaest.
Rice. 13. Strujni kontrolni krug sa IR2175
Tabela 5. Monitori struje sa PWM izlazom
Treba spomenuti i pravila za izbor strujno mjernih šantova. Naravno, što je manji otpor šanta, veći je uticaj otpora vodećih žica. Za precizna mjerenja koriste se otpornici sa četiri terminala.
Ako ne postoje posebni zahtjevi za tačnost, šant se može napraviti u obliku staze na štampanoj ploči. U ovom slučaju, odstupanje otpora od izračunate vrijednosti u nizu proizvoda može doseći ± 5%, osim toga, temperaturni koeficijent otpora bakra je prilično velik. Ova posljednja okolnost u nekim slučajevima nije kritična. Na primjer, mikrokola ZXCT1008 – ZXCT1010 imaju negativan temperaturni drift koeficijenta prijenosa u pozitivnom temperaturnom području, što u određenoj mjeri kompenzira pozitivni temperaturni koeficijent otpora bakra.
Merenje naizmenične struje
Linear Technology proizvodi mikro kola za precizne pretvarače efektivnog izmjeničnog napona u jednosmjerni - LTC1966 i LTC1967, čije su karakteristike prikazane u tabeli 6. Koeficijent prijenosa mikro kola određen je formulom
Na sl. 14 prikazuje LTC1966 dijagram ožičenja za mjerenje naizmjenične struje pomoću strujnog transformatora.
Rice. 14. Krug za mjerenje naizmjenične struje sa LTC1966
Tabela 6. Mikrokrugovi za mjerenje naizmjenične struje
U dokumentima je dat veliki broj praktičnih shema za praćenje i regulaciju struje upotrebe mikro krugova za praćenje struje.
Postoje i drugi mikro krugovi za strujne senzore koji se zasnivaju na upotrebi Hallovog efekta i "džinovskog" magnetorezistivnog efekta. Koriste se za beskontaktno mjerenje struje. Međutim, razmatranje njihovih karakteristika i primjene je izvan okvira ovog članka.
Književnost
- AN-39. Priručnik za primjene trenutnih mjerenja. Zetex Semiconductor.
- AN-3331. High-Side Current-Sense pojačalo radi na visokom naponu. Maxim Integrated Products.
- AN-105. Current Sense Circuit Collection. Linearna tehnologija.
- AN-746. Mjerenje senzora struje visoke strane: krugovi i principi. Maxim Integrated Products.
: struja u kolu je direktno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.
CURRENT POWER je kvantitativna karakteristika električne struje; to je fizička veličina jednaka količini električne energije koja teče kroz poprečni presjek provodnika u jedinici vremena. Mjereno u amperima.
Za električnu instalaciju u stanu, jačina struje igra ogromnu ulogu, jer na osnovu maksimalne moguće vrijednosti za odvojenu liniju koja dolazi iz električne ploče, poprečni presjek vodiča i vrijednost maksimalne struje prekidača , koji štiti električni kabl od oštećenja u slučaju pojave, zavisi.
Stoga, ako poprečni presjek nije pravilno odabran i prekidač, on će jednostavno biti izbačen i jednostavno ga neće biti moguće zamijeniti snažnijim.
Na primjer, najčešće žice i kablovi u električnim instalacijama s poprečnim presjekom od 1,5 četvornih milimetara izrađeni su od bakra ili 2,5 od aluminija. Predviđeni su za maksimalnu struju od 16 Ampera ili priključak za napajanje od najviše 3 i po kilovata. Ako spojite moćne električne potrošače koji prelaze ove granice, tada ne možete jednostavno zamijeniti stroj s 25 A - električna žica neće izdržati i morat ćete pomaknuti bakreni kabel s poprečnim presjekom od 2,5 četvornih metara od štita. mm, koji je projektovan za maksimalnu struju od 25 A.
Jedinice za mjerenje snage električne struje.
Pored ampera, često se susrećemo sa konceptom snage električne struje. Ova vrijednost pokazuje rad struje u jedinici vremena.
Snaga je jednaka omjeru obavljenog rada i vremena za koje je obavljen. Snaga se mjeri u vatima i označava se slovom P. Izračunava se po formuli P = A x B, odnosno da bi se saznala snaga potrebno je pomnožiti vrijednost napona mreže sa strujom potrošnje, električnih uređaja koji su na njega priključeni, kućnih aparata, rasvjete itd. itd.
Na električnim potrošačima, često na tablicama ili u pasošu, naznačena je samo potrošnja energije, znajući koju možete lako izračunati struju. Na primjer, potrošnja energije televizora je 110 vati. Da biste saznali količinu potrošene struje, podijelite snagu s naponom 220 volti i dobijamo 0,5 A.
Ali imajte na umu da je ovo maksimalna vrijednost, u stvarnosti može biti i manja, jer će televizor pri niskoj svjetlini i pod drugim uvjetima trošiti manje energije.
Instrumenti za mjerenje električne struje.
Da bismo saznali stvarnu potrošnju energije, uzimajući u obzir rad u različitim režimima za električne uređaje, kućanske aparate, itd. - potrebni su nam električni mjerni uređaji:
- Ampermetar- svima dobro poznato sa praktičnih časova fizike u školi (slika 1). Ali u svakodnevnom životu i od strane profesionalaca, ne koriste se zbog svoje nepraktičnosti.
- Multimetar- ovaj elektronski uređaj vrši razna mjerenja, uključujući jačinu struje (slika 2). Vrlo je rasprostranjena, kako među električarima tako i u svakodnevnom životu. Kako ga koristiti za mjerenje snage struje već sam vam rekao.
- Tester- isto praktično kao multimetar, ali bez upotrebe elektronike sa strelicom, koja na ekranu pokazuje vrijednost mjerenja po podjelama. Danas se rijetko viđaju, ali su se u sovjetskoj eri široko koristile.
- Measuring Clamps električar (slika 3), upravo njih koristim u svom poslu, jer ne zahtijevaju lomljenje provodnika za mjerenje, nema potrebe da se penjete pod naponom i isključite opterećenje. Zadovoljstvo ih je mjeriti - brzo i jednostavno.
Kako pravilno izmjeriti amperažu.
Za mjerenje snage za potrošače potrebno je jednu stezaljku ampermetra, testera ili multimetra spojiti na pozitivni terminal akumulatora ili žicu iz napajanja ili transformatora, a drugu stezaljku na žicu koja ide do potrošača i nakon uključivanja DC režima mjerenja sa marginom gornje maksimalne granice treba izvršiti mjerenja.
Budite oprezni kada otvorite strujni krug, nastaje luk čija se veličina povećava sa amperažom.
Za mjerenje struje za potrošače priključene direktno na utičnicu ili na električni kabel iz kućne električne mreže, mjerni uređaj se prebacuje na način mjerenja naizmjenične struje sa marginom na gornjoj granici. Zatim je tester ili multimetar uključen u prekid fazne žice. U kojoj fazi čitamo.
Svi radovi se moraju izvoditi tek nakon uklanjanja napona.
Nakon što je sve spremno, uključujemo i provjeravamo jačinu struje. Samo pazite da ne dodirujete izložene kontakte ili žice.
Slažete se da su gore navedene metode vrlo nezgodne, pa čak i opasne!
Već duže vrijeme, u svojoj profesionalnoj djelatnosti kao električar, koristim se za mjerenje jačine struje stezaljka(na slici desno). Često dolaze u istom kućištu kao i multimetar.
Da ih jednostavno izmjerimo - uključujemo i prelazimo na način mjerenja naizmjenične struje, zatim širimo brkove na vrh i provlačimo faznu žicu u unutrašnjost, nakon toga se uvjerimo da se čvrsto priliježu jedan uz drugog i izvršimo mjerenja.
Kao što vidite, brz je, jednostavan i na ovaj način možete izmjeriti jačinu struje pod naponom, samo pazite da slučajno ne spojite susjedne žice u električnoj ploči.
Samo zapamtite da za ispravno mjerenje trebate obručiti samo jednu faznu žicu, a ako zakopčate čvrsti kabel, u kojem faza i nula idu zajedno, neće biti moguće izvršiti mjerenja!
Povezani materijali:
