• آموزش

معرفی

سلام به همه! پس از اتمام چرخه سنسورها، سؤالات طرح متفاوتی برای اندازه گیری پارامترهای مصرف لوازم خانگی و نه چندان الکتریکی مطرح شد. چه کسی چقدر مصرف می کند، چگونه می توان چه چیزی را اندازه گیری کرد، چه ظرافت هایی دارد و غیره. زمان آن فرا رسیده است که تمام کارت های موجود در این زمینه را آشکار کنید.
در این سری از مقالات به بررسی مبحث اندازه گیری پارامترهای برق می پردازیم. این پارامترها در واقع تعداد بسیار زیادی هستند که سعی می کنم به تدریج در سریال های کوچک در مورد آنها صحبت کنم.
تا کنون سه سری در خط لوله وجود دارد:

• اندازه گیری برق
• کیفیت برق.
• دستگاه های اندازه گیری پارامترهای برق.

در فرآیند تجزیه و تحلیل، ما مشکلات عملی خاصی را در میکروکنترلرها تا حصول نتیجه حل خواهیم کرد. البته بیشتر این چرخه به اندازه گیری ولتاژ AC اختصاص خواهد داشت و می تواند برای همه کسانی که دوست دارند وسایل برقی را در خانه هوشمند خود کنترل کنند مفید باشد.
بر اساس نتایج کل چرخه، نوعی کنتور برقی هوشمند با دسترسی به اینترنت تولید خواهیم کرد. طرفداران کاملاً بدنام کنترل لوازم الکتریکی خانه هوشمند خود می توانند تمام کمک های ممکن را در اجرای بخش ارتباطی بر اساس مثلاً MajorDomo ارائه دهند. بیایید خانه هوشمند OpenSource را بهتر بسازیم.
در این مجموعه در دو بخش به سوالات زیر می پردازیم:

• اتصال سنسورهای جریان و ولتاژ در دستگاه های DC و همچنین مدارهای AC تک فاز و سه فاز.
• اندازه گیری مقادیر موثر جریان و ولتاژ؛
• اندازه گیری ضریب توان؛
• توان ظاهری، فعال و راکتیو؛
• مصرف برق؛

با اسلاید کردن، پاسخ دو سوال اول این لیست را خواهید یافت. من عمداً به مسائل مربوط به دقت شاخص های اندازه گیری دست نمی زنم و از این مجموعه فقط از نتایج به دست آمده با دقت کفش های بست مثبت یا منفی خوشحال می شوم. حتما در سری سوم مقاله ای جداگانه به این موضوع اختصاص خواهم داد.

1. اتصال سنسور

در آخرین چرخه در مورد سنسورهای ولتاژ و جریان، در مورد انواع سنسورها صحبت کردم، اما در مورد نحوه استفاده و مکان قرار دادن آنها صحبت نکردم. وقت آن است که آن را تعمیر کنید

اتصال سنسورهای DC

واضح است که کل چرخه به سیستم های AC اختصاص خواهد یافت، اما ما به سرعت مدارهای DC را مرور خواهیم کرد، زیرا این می تواند هنگام توسعه منابع تغذیه DC برای ما مفید باشد. به عنوان مثال یک مبدل کلاسیک باک PWM را در نظر بگیرید:


شکل 1. مبدل باک PWM
وظیفه ما ارائه یک ولتاژ خروجی تثبیت شده است. علاوه بر این، بر اساس اطلاعات سنسور جریان، امکان کنترل حالت عملکرد سلف L1، جلوگیری از اشباع آن و همچنین اجرای حفاظت جریان مبدل وجود دارد. و صادقانه بگویم، هیچ گزینه خاصی برای نصب سنسور وجود ندارد.
در خروجی مبدل یک سنسور ولتاژ به شکل یک تقسیم کننده مقاومتی R1-R2 که تنها قادر به کار بر روی جریان مستقیم است نصب شده است. به عنوان یک قاعده، یک ریزمدار مبدل تخصصی دارای یک ورودی بازخورد است و تمام تلاش خود را می کند تا اطمینان حاصل شود که این ورودی (3) دارای سطح ولتاژ مشخصی است که در مستندات برای ریزمدار تعیین شده است. به عنوان مثال 1.25 ولت. اگر ولتاژ خروجی ما با این سطح مطابقت داشته باشد - همه چیز خوب است - ما مستقیماً ولتاژ خروجی را به این ورودی اعمال می کنیم. اگر نه، پس تقسیم کننده را تنظیم کنید. اگر نیاز به ارائه ولتاژ خروجی 5 ولت داشته باشیم، تقسیم کننده باید ضریب تقسیم 4 را ارائه دهد، به عنوان مثال، R1 = 30k، R2 = 10k.
سنسور جریان معمولا بین منبع تغذیه و مبدل و روی تراشه نصب می شود. با اختلاف پتانسیل بین نقاط 1 و 2 و با مقاومت شناخته شده مقاومت Rs، می توان مقدار جریان جریان سلف خود را تعیین کرد. نصب سنسور جریان بین منبع و بار ایده خوبی نیست، زیرا خازن فیلتر توسط یک مقاومت از مصرف کنندگان جریان های پالسی قطع می شود. نصب یک مقاومت در قطع سیم مشترک نیز نشانه خوبی نیست - دو سطح زمین وجود خواهد داشت که با آنها به هم ریختگی هنوز لذت بخش است.
مشکلات افت ولتاژ را می توان با استفاده از سنسورهای جریان غیر تماسی اجتناب کرد - به عنوان مثال سنسورهای سالن:


شکل 2. سنسور جریان غیر تماسی
با این حال، یک راه پیچیده تر برای اندازه گیری جریان وجود دارد. از این گذشته ، ولتاژ روی ترانزیستور به همان ترتیب کاهش می یابد و جریان مشابهی مانند اندوکتانس از آن عبور می کند. بنابراین، مقدار جریان جریان را می توان از روی افت ولتاژ در آن نیز تعیین کرد. صادقانه بگویم، اگر به ساختار داخلی ریزمدارهای مبدل، به عنوان مثال، از Texas Instruments نگاه کنید، این روش به همان اندازه موارد قبلی رخ می دهد. دقت این روش مطمئناً بالاترین نیست، اما این برای عملکرد قطع فعلی کاملاً کافی است.


شکل 3. ترانزیستور به عنوان سنسور جریان
ما همین کار را در مدارهای دیگر مبدل های مشابه انجام می دهیم، چه تقویت کننده یا معکوس.
اما لازم است به طور جداگانه به مبدل های ترانسفورماتور فوروارد و فلای بک اشاره شود.


شکل 4. اتصال سنسورهای جریان در مبدل های فلای بک
آنها همچنین می توانند از مقاومت خارجی یا ترانزیستور در نقش خود استفاده کنند.
در این مورد، کار ما با اتصال سنسورها به مبدل های DC تمام شده است. اگر پیشنهادی برای گزینه های دیگر دارید، با کمال میل مقاله را با آنها تکمیل خواهم کرد.

1.2 اتصال سنسورها به مدارهای تک فاز AC

در مدارهای AC، ما انتخاب بسیار بیشتری از سنسورهای ممکن داریم. بیایید چندین گزینه را در نظر بگیریم.
ساده ترین کار استفاده از تقسیم کننده ولتاژ مقاومتی و شنت جریان است.


شکل 5. اتصال سنسورهای مقاومت
با این حال، چند اشکال مهم دارد:
ابتدا، یا دامنه سیگنال قابل توجهی را از شنت فعلی ارائه می دهیم و مقدار زیادی توان را به آن اختصاص می دهیم، یا به دامنه سیگنال کوچکی بسنده می کنیم و متعاقباً آن را تقویت می کنیم. و ثانیاً مقاومت بین خنثی شبکه و نول دستگاه اختلاف پتانسیل ایجاد می کند. اگر دستگاه ایزوله باشد، مهم نیست، اما اگر دستگاه دارای ترمینال زمینی باشد، در این صورت خطر می کنیم که بدون سیگنال از سنسور فعلی باقی بمانیم، زیرا آن را کوتاه می کنیم. شاید ارزش امتحان حسگرهایی را داشته باشد که بر اساس اصول دیگری کار می کنند.
برای مثال از ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ یا سنسور جریان اثر هال و ترانسفورماتور ولتاژ استفاده خواهیم کرد. فرصت های بسیار بیشتری برای کار با تجهیزات وجود دارد، زیرا سیم خنثی هیچ تلفاتی ندارد و مهمتر از همه، در هر دو مورد، انزوای گالوانیکی تجهیزات اندازه گیری وجود دارد که اغلب می تواند مفید باشد. با این حال، باید در نظر داشت که سنسورهای ترانسفورماتور جریان و ولتاژ پاسخ فرکانسی محدودی دارند و اگر بخواهیم ترکیب هارمونیک اعوجاج ها را اندازه گیری کنیم، این واقعیتی نیست که برای ما جواب دهد.


شکل 6. اتصال ترانسفورماتور و سنسورهای جریان و ولتاژ غیر تماسی

1.3 اتصال سنسورها به مدارهای چند فاز شبکه های AC

در شبکه های چند فازی، توانایی ما برای اتصال سنسورهای جریان کمی کمتر است. این به دلیل این واقعیت است که از شنت جریان به هیچ وجه نمی توان استفاده کرد، زیرا اختلاف پتانسیل بین شنت های فاز در صدها ولت در نوسان است و من هیچ کنترل کننده همه منظوره ای را نمی شناسم که ورودی های آنالوگ آن بتواند در برابر چنین تمسخرهایی مقاومت کند.
البته یکی از راه‌های استفاده از شنت‌های فعلی این است - برای هر کانال باید یک ورودی آنالوگ جدا شده از طریق گالوانیکی ایجاد کنید. اما استفاده از سنسورهای دیگر بسیار ساده تر و قابل اعتمادتر است.
در آنالایزر کیفیت خود، از تقسیم کننده های ولتاژ مقاومتی و سنسورهای جریان از راه دور بر اساس جلوه هال استفاده می کنم.

شکل 7. سنسورهای جریان در یک شبکه سه فاز
همانطور که در شکل مشاهده می کنید، ما از یک اتصال چهار سیمه استفاده می کنیم. البته به جای سنسورهای جریان روی افکت هال، می توانید ترانسفورماتورهای جریان یا حلقه های روگوفسکی بگیرید.
به جای تقسیم کننده های مقاومتی می توان از ترانسفورماتورهای ولتاژ هم برای سیستم چهار سیمه و هم برای سه سیم استفاده کرد.
در حالت دوم، سیم‌پیچ‌های اولیه ترانسفورماتورهای ولتاژ به صورت مثلثی و سیم‌پیچ‌های ثانویه در یک ستاره به هم متصل می‌شوند که نقطه مشترک آن نقطه مشترک مدار اندازه‌گیری است.


شکل 8. استفاده از ترانسفورماتورهای ولتاژ در شبکه سه فاز

2 مقدار موثر جریان و ولتاژ

وقت آن است که مشکل اندازه گیری سیگنال های خود را حل کنیم. اهمیت عملی برای ما در درجه اول مقدار موثر جریان و ولتاژ است.
اجازه دهید مواد مربوط به چرخه سنسور را به شما یادآوری کنم. با کمک ADC میکروکنترلر خود، در فواصل زمانی معین، مقدار ولتاژ لحظه ای را ثبت می کنیم. بنابراین، برای دوره اندازه گیری، آرایه ای از داده ها در سطح مقدار ولتاژ لحظه ای خواهیم داشت (همه چیز برای جریان مشابه است).


شکل 9. یک سری مقادیر ولتاژ لحظه ای
وظیفه ما محاسبه مقدار موثر است. ابتدا از فرمول انتگرال استفاده می کنیم:
(1)
در یک سیستم دیجیتال، شما باید خود را به یک کوانتوم زمانی خاص محدود کنید، بنابراین ما به جمع می رویم:
(2)
دوره نمونه برداری سیگنال ما کجاست و تعداد نمونه ها در هر دوره اندازه گیری است. جایی در این ویدیو شروع به مالش بازی در مورد برابری مناطق می کنم. آن روز باید می خوابیدم. =)
در میکروکنترلرهای MSP430FE4252 که در مترهای تک فاز جیوه استفاده می شود، 4096 قرائت برای مدت زمان اندازه گیری 1، 2 یا 4 ثانیه انجام می شود. در ادامه به T=1s و N=4096 تکیه خواهیم کرد. علاوه بر این، 4096 نقطه در ثانیه به ما این امکان را می دهد که از الگوریتم های تبدیل فوریه سریع برای تعیین طیف هارمونیک تا 40 هارمونیک، همانطور که توسط GOST نیاز است، استفاده کنیم. اما بیشتر در مورد آن در قسمت بعدی.
بیایید یک الگوریتم برای برنامه خود ترسیم کنیم. ما باید از شروع پایدار ADC در هر 1/8192 ثانیه اطمینان حاصل کنیم، زیرا ما دو کانال داریم و این داده ها را به طور متناوب اندازه گیری می کنیم. برای انجام این کار، یک تایمر تنظیم کنید و سیگنال وقفه به طور خودکار ADC را مجددا راه اندازی می کند. همه ADC ها این کار را انجام می دهند.
ما برنامه آینده را روی آردوینو خواهیم نوشت، زیرا بسیاری آن را در دسترس دارند. علاقه ما کاملاً آکادمیک است.
با داشتن فرکانس کوارتز سیستم 16 مگاهرتز و تایمر 8 بیتی (به طوری که زندگی مانند عسل به نظر نمی رسد) باید از فرکانس عملکرد هر وقفه تایمر با فرکانس 8192 هرتز اطمینان حاصل کنیم.
از اینکه ۱۶ مگاهرتز به اندازه نیاز ما تقسیم نمی شود و فرکانس نهایی تایمر ۸۱۹۸ هرتز است، ناراحت هستیم. ما چشمان خود را روی خطای 0.04٪ می بندیم و همچنان 4096 نمونه را در هر کانال می خوانیم.
ما ناراحتیم که وقفه سرریز در آردوینو مشغول محاسبه زمان است (مسئول میلی و تاخیر است، بنابراین به طور معمول کار نمی کند)، بنابراین از وقفه مقایسه استفاده می کنیم.
و ما ناگهان متوجه می شویم که سیگنال دوقطبی به ما می آید و msp430fe4252 به خوبی با آن کنار می آید. ما از یک ADC تک قطبی راضی هستیم، بنابراین یک مبدل سیگنال دوقطبی به تک قطبی ساده را روی یک تقویت کننده عملیاتی مونتاژ می کنیم:


شکل 10. مبدل سیگنال دوقطبی به تک قطبی
علاوه بر این، وظیفه ما این است که از نوسان سینوسی خود نسبت به نیمی از ولتاژ مرجع اطمینان حاصل کنیم - سپس نیمی از محدوده را کم می کنیم یا گزینه را در تنظیمات ADC فعال می کنیم و مقادیر علامت را دریافت می کنیم.
آردوینو دارای یک ADC 10 بیتی است، بنابراین از یک نتیجه بدون علامت بین 0-1023 نصف را کم می کنیم و -512-511 را دریافت می کنیم.
ما مدل مونتاژ شده در LTSpiceIV را بررسی می کنیم و مطمئن می شویم که همه چیز همانطور که باید کار می کند. در مواد ویدئویی، ما علاوه بر این به صورت تجربی متقاعد شده ایم.


شکل 11. نتیجه شبیه سازی. سبز سیگنال اصلی است، آبی خروجی است

طرحی برای آردوینو برای یک کانال

void setup() ( autoadcsetup(); DDRD |=(1<

این برنامه در Arduino IDE برای میکروکنترلر ATmega1280 نوشته شده است. در برد دیباگ من، 8 کانال اول برای نیازهای داخلی برد هدایت می شوند، بنابراین از کانال ADC8 استفاده می شود. استفاده از این طرح برای برد با ATmega168 امکان پذیر است، اما باید کانال صحیح را انتخاب کنید.
در داخل وقفه ها، چند پین سرویس را تحریف می کنیم تا فرکانس کاری دیجیتالی شدن را به صورت بصری ببینیم.
چند کلمه در مورد اینکه ضریب 102 از کجا آمده است. در اولین شروع، سیگنالی با دامنه های مختلف از ژنراتور ارائه شد، نشانگر مقدار ولتاژ موثر از اسیلوسکوپ خوانده شد و مقدار محاسبه شده از کنسول در واحدهای ADC مطلق

Umax، V	اورمز، وی	شمارش شد
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

با تقسیم مقادیر ستون سوم بر مقادیر ستون دوم، میانگین 102 به دست می آید. این ضریب "کالیبراسیون" ما خواهد بود. با این حال، می توان مشاهده کرد که با کاهش ولتاژ، دقت به شدت کاهش می یابد. این به دلیل حساسیت کم ADC ما است. در واقع 10 رقم برای محاسبات دقیق به طرز فاجعه باری کم است و اگر اندازه گیری ولتاژ در پریز از این طریق کاملاً امکان پذیر باشد، قرار دادن ADC 10 بیتی برای اندازه گیری جریان مصرف شده توسط بار، جرمی علیه مترولوژی خواهد بود. .

در این مرحله ما می شکنیم. در قسمت بعدی سه سوال دیگر این مجموعه را بررسی خواهیم کرد و به آرامی به سراغ ساخت خود دستگاه خواهیم رفت.

سفت‌افزار ارائه‌شده و همچنین سایر سیستم‌افزارهای این سری (از آنجایی که من سریع‌تر از تهیه مقاله‌ها فیلم می‌گیرم) را می‌توان در مخزن GitHub پیدا کرد.

اندازه گیری جریان(به اختصار اندازه گیری جریان) یک مهارت مفید است که بیش از یک بار در زندگی مفید خواهد بود. در مواقعی که نیاز به تعیین توان مصرفی است، باید مقدار جریان را دانست. برای اندازه گیری جریان از دستگاهی به نام آمپرمتر استفاده می شود.

جریان متناوب و جریان مستقیم وجود دارد، بنابراین از ابزارهای اندازه گیری مختلفی برای اندازه گیری آنها استفاده می شود. جریان همیشه با حرف I نشان داده می شود و قدرت آن با آمپر اندازه گیری می شود و با حرف A نشان داده می شود. به عنوان مثال، I \u003d 2 A نشان می دهد که جریان در مدار مورد آزمایش 2 آمپر است.

اجازه دهید به تفصیل در نظر بگیریم که چگونه ابزارهای اندازه گیری مختلف برای اندازه گیری انواع مختلف جریان ها علامت گذاری می شوند.

• در یک دستگاه اندازه گیری برای اندازه گیری جریان مستقیم، نماد "-" در مقابل حرف A اعمال می شود.
• در یک دستگاه اندازه گیری برای اندازه گیری جریان متناوب، علامت "~" در همان مکان اعمال می شود.

• ~ وسیله ای برای اندازه گیری جریان متناوب.
• - وسیله ای برای اندازه گیری جریان مستقیم.

در اینجا یک عکس از آمپرمتر طراحی شده برای اندازه گیری جریان DC.

طبق قانون، قدرت جریانی که در یک مدار بسته، در هر نقطه از آن جریان می یابد، برابر با همان مقدار است. در نتیجه، برای اندازه گیری جریان، لازم است مدار را در هر مکان مناسب برای اتصال دستگاه اندازه گیری قطع کنید.

لازم به یادآوری است که مقدار ولتاژ موجود در مدار الکتریکی هیچ تاثیری بر اندازه گیری جریان. منبع جریان می تواند منبع تغذیه خانگی 220 ولت یا باتری 1.5 ولت و غیره باشد.

اگر قصد اندازه گیری جریان در مدار را دارید، دقت کنید که آیا جریان مستقیم یا متناوب در مدار می گذرد. یک دستگاه اندازه گیری مناسب بردارید و اگر قدرت جریان مورد انتظار در مدار را نمی دانید، کلید اندازه گیری جریان را روی حداکثر موقعیت قرار دهید.

اجازه دهید نحوه اندازه گیری قدرت جریان را با یک وسیله الکتریکی به طور مفصل در نظر بگیریم.

برای ایمنی اندازه گیری مصرف فعلیلوازم برقی ما یک سیم کشی خانگی با دو پریز می سازیم. پس از مونتاژ، سیم پسوندی بسیار شبیه به سیم استاندارد فروشگاهی دریافت می کنیم.

اما اگر سیم کشی داخلی و فروشگاهی را جدا کرده و با یکدیگر مقایسه کنیم، تفاوت‌های ساختار داخلی را به وضوح خواهیم دید. نتیجه گیری های داخل سوکت های یک سیم کشی خانگی به صورت سری و در فروشگاه به صورت موازی وصل می شوند.

عکس به وضوح نشان می دهد که پایانه های بالایی توسط یک سیم زرد به هم متصل شده اند و ولتاژ اصلی به پایانه های پایینی سوکت ها می رسد.

اکنون شروع به اندازه گیری جریان می کنیم، برای این کار دوشاخه دستگاه الکتریکی را به یکی از پریزها و پروب های آمپرمتر را در پریز دیگر وارد می کنیم. قبل از اندازه گیری جریان، اطلاعاتی را که در مورد نحوه صحیح و ایمن اندازه گیری جریان خوانده اید فراموش نکنید.

اکنون نحوه تفسیر صحیح قرائت آمپرمتر اشاره گر را در نظر بگیرید. در اندازه گیری مصرف فعلیابزار، سوزن آمپر متر در تقسیم 50 متوقف شد، سوئیچ به حداکثر حد اندازه گیری 3 آمپر تنظیم شد. مقیاس آمپرمتر من 100 تقسیم دارد. این بدان معنی است که تعیین قدرت جریان اندازه گیری شده با فرمول (3/100) X 50 \u003d 1.5 آمپر آسان است.

فرمول محاسبه توان دستگاه با جریان مصرفی.

با داشتن اطلاعاتی در مورد میزان جریان مصرفی هر وسیله برقی (تلویزیون، یخچال، اتو، جوشکاری و ...) به راحتی می توانید میزان مصرف برق این دستگاه را تعیین کنید. یک الگوی فیزیکی در دنیا وجود دارد که الکتریسیته همیشه از آن پیروی می کند. کاشفان این الگو، امیل لنز و جیمز ژول هستند و به افتخار آنها، اکنون قانون ژول-لنز نامیده می شود.

• I - قدرت جریان، اندازه گیری شده در آمپر (A)؛
• U - ولتاژ، اندازه گیری شده در ولت (V)؛
• P توان است که بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود.

بیایید یکی از محاسبات فعلی را انجام دهیم.

جریان مصرفی یخچال را اندازه گرفتم برابر با 7 آمپر است. ولتاژ در شبکه 220 ولت است. بنابراین، مصرف برق یخچال 220 ولت X 7 A \u003d 1540 وات است.

بر اساس یک میکروکنترلر کوچک Attiny13 چه کاری می توان انجام داد؟ خیلی چیزها به عنوان مثال، ولتاژ، جریان، دماسنج، با نتایج نمایش داده شده بر روی یک صفحه نمایش نوع HD44780. بنابراین بیایید این دستگاه جهانی را جمع آوری کنیم که می تواند با موفقیت به عنوان یک ماژول در منابع تغذیه، شارژرها، UMZCH و در مکان هایی که به دقت بسیار بالایی نیاز نیست استفاده شود. اندازه تخته فقط 35 در 16 میلی متر است.

مدار U، I، T متر در Attiny13

• محدوده اندازه گیری ولتاژ 0-99V با وضوح 0.1V.
• محدوده اندازه گیری جریان 0-9.99A با وضوح 10 میلی آمپر.
• محدوده اندازه گیری دما 0-99C با وضوح 0.1C.
• جریان مصرفی خود متر 35 میلی آمپر است.

اول از همه، باید بدانید که دستگاه در چه محدوده ولتاژی کار می کند. برای ایجاد این، لازم است تقسیم کننده ولتاژ محاسبه شود. به عنوان مثال، برای اندازه گیری 10 ولت، تقسیم کننده 1/10 خواهد بود (10 x را ضرب می کنیم زیرا ولتاژ 10 برابر ولتاژ پایه 1 می شود)، برای 30 ولت 1/30 خواهد بود و غیره. سپس باید برنامه را برای این محدوده پیکربندی کنید. ما این 30 ولت را در 640 ضرب می کنیم و نتیجه را بر 1023 تقسیم می کنیم. عدد حاصل تقریباً در ابتدای برنامه نوشته شده است، ولتاژ ثابت و برنامه باید کامپایل شود (برای محدوده 100 ولت، 8.2k).

ما همچنین می‌توانیم اندازه‌گیری جریان را به روشی مشابه تنظیم کنیم، یک تقسیم‌کننده متفاوت، یک محدوده متفاوت ارائه دهیم و آن را فهرست کنیم، اما من آن را توصیف نمی‌کنم. در اینجا هیچ کالیبراسیون دمای آنالوگ وجود ندارد، زیرا کاملاً اضافی به نظر می رسید.

ما به صورت آزمایشی در برنامه تصحیح می کنیم، ثابت temp مسئول این است. مقاومت 1K بین زمین و خروجی سنسور ولتاژ را تنظیم می کند، حتی می توان آن را تا 100 اهم کاهش داد.

این طرح چگونه کار می کند

ولتاژی که می خواهیم اندازه گیری کنیم به نقاط V و V + روی برد اعمال می شود، ورودی جرم منبع تغذیه را به نقطه GND و خروجی جرم را به نقطه B وصل می کنیم (اندازه گیری روی جرم انجام می شود). بین نقاط GND و V - یک شنت متصل است. این متر از نقطه V و V+ از طریق رگولاتور 7805 تغذیه می شود. روی برد فضایی برای رگولاتور در بسته TO252 وجود دارد، اما رگولاتور بزرگتر 78L05 در بسته TO92 نیز می تواند با موفقیت استفاده شود. حداکثر ولتاژی که می توان برای نقاط V و V + تعیین کرد برای یک 7805 معمولی تا 35 ولت خواهد بود، البته برای 78L05 کمتر است، اما از 30 بیشتر نمی شود. برای اندازه گیری ولتاژ بالا، تراشه باید جداگانه پر شود - در سمت چاپ، مسیر زیر پتانسیومتر تنظیم ولتاژ را قطع کنید، و برق را به نقطه A اعمال کنید.

ویدئو از متر

هنگام چشمک زدن میکروکنترلر، باید تنظیم مجدد پین را به عنوان یک پایه معمولی تنظیم کنید (fusebit RSTDISBL را فعال کنید). قبل از انجام این عمل مطمئن شوید که همه چیز به خوبی تنظیم شده است، پس از خاموش شدن مجدداً ریست شده است و برنامه نویس عادی به پردازنده دسترسی ندارد! منابع، و همچنین سایر اسناد و فایل ها، قرار دارند

این دستگاه ولتاژ مستقیم را از 0 تا 51.1 ولت با وضوح 0.1 ولت و جریان مستقیم از 0 تا 5.11 آمپر با وضوح 0.01 A را اندازه گیری می کند. ایده اصلی پیاده سازی شده در آن برای استفاده از یک میکروکنترلر ارزان قیمت شایسته توجه است. با این حال، نیاز به استفاده از یک آپمپ با قابلیت کار با منبع تغذیه تک قطبی در ولتاژ خروجی نزدیک به صفر، و همچنین وجود منبع تغذیه اضافی، محدودیت هایی را در استفاده از آن اعمال می کند.

ولتاژ و جریان سنج دیجیتال

علاوه بر این، نشانگرهای روی تخته نمونه اولیه به طور نامناسبی قرار دارند، بهتر است آنها را در یک ردیف به صورت افقی نصب کنید و ابعاد پانل جلوی کنتور را کاهش دهید و آنها را به ابعاد نشانگرهای مورد استفاده نزدیک کنید. نمودار مدار کنتور در وب سایت www.site ارائه شده است. از آنجایی که یافتن تراشه‌های 74HC595N مورد استفاده (رجیسترهای شیفت با یک ثبات ذخیره‌سازی) ممکن نبود، از تراشه‌های 74HC164N استفاده شد که در آن‌ها رجیستر ذخیره‌سازی وجود ندارد. همچنین از نشانگرهایی استفاده شد که در جریان کم دارای روشنایی بسیار بالاتری هستند که باعث می شود جریان مصرف شده توسط متر را به 20 میلی آمپر کاهش داده و تنظیم کننده ولتاژ + 5 ولت اضافی را رها کنید.

سیگنال سنسور جریان (مقاومت R1) از طریق یک تقویت کننده معکوس بر روی op-amp DA1 به ورودی GP1 میکروکنترلر تغذیه می شود. برخلاف (1J)، منبع تغذیه دوقطبی آپ امپ با ولتاژ 8± ولت در اینجا استفاده می شود، زیرا همه آپ امپ ها دارای ویژگی ریل به ریل نیستند و با منبع تغذیه تک قطبی و ولتاژ خروجی تقریباً صفر به درستی کار می کنند. منبع تغذیه دوقطبی حل این مشکل را آسان می کند، امکان استفاده از انواع مختلفی از آپ امپ وجود دارد، زیرا ولتاژ خروجی آپ امپ می تواند در محدوده 8 تا 8 ولت باشد. میکروکنترلر از اضافه بار، یک مدار محدود کننده R10VD9 استفاده می شود.

مقاومت تریمر R8 بهره را تنظیم می کند و مقاومت تریمر R11 ولتاژ صفر را در خروجی op-amp تنظیم می کند. دیودهای VD1 و VD2 ورودی op-amp را از اضافه بار در صورت قطع شدن سنسور جریان محافظت می کنند. با توجه به مقاومت نسبتا کم سنسور جریان، انحراف اندازه گیری ولتاژ نتیجه زمانی که جریان بار از صفر به حداکثر (5.11 A) تغییر می کند از 0.06 V تجاوز نمی کند. اگر متر در یک منبع ولتاژ قطبی منفی تعبیه شده باشد. سنسور جریان را می توان قبل از تقسیم کننده ولتاژ خروجی و تثبیت کننده آن روشن کرد.

در این حالت، افت ولتاژ در سنسور جریان توسط مدار فیدبک تثبیت کننده جبران می شود. از آنجایی که جریان تقسیم‌کننده معمولاً کم است، تقریباً هیچ تأثیری روی قرائت‌های آمپرمتر نخواهد داشت، علاوه بر این، این تأثیر را می‌توان با یک مقاومت زیرنویس R11 جبران کرد. کنتور با ولتاژ خروجی یکسو کننده منبع تغذیه تغذیه می‌شود. از طریق مبدل روی ترانزیستورهای VT1 و VT2. این تا حدودی پیچیده تر از قبل است، زیرا نیاز به ساخت یک ترانسفورماتور پالس دارد، اما برای به دست آوردن تمام رتبه های ولتاژ مورد نیاز مشکلی وجود ندارد. مبدل ولتاژ ساده ترین نوسان ساز فشار کش است. که طرح آن از . فرکانس تبدیل حدود 80 کیلوهرتز است.

با توجه به جداسازی گالوانیکی بین ورودی و خروجی مبدل، کنتور را می توان در یک تثبیت کننده ولتاژ با هر قطبیتی تعبیه کرد. با ترانزیستورهای نشان داده شده در نمودار، در ولتاژ ورودی 30 تا 44 ولت کار می کند. در عین حال، ولتاژهای خروجی تقریباً از 8 تا 12 ولت متغیر است. با توجه به اینکه مقاومت مقاومت های R5 و R6 وجود دارد. بسیار بزرگ انتخاب می شوند، مبدل از اتصال کوتاه خروجی نمی ترسد. در چنین مواردی، نسل به سادگی از بین می رود.

ولتاژ 5 ولت برای تغذیه بخش دیجیتال کنتور با استفاده از تثبیت کننده انتگرال DA2 به دست آمد. نیازی به تثبیت ولتاژ تغذیه آپمپ نیست، زیرا خود به اندازه کافی در برابر تغییرات آن مقاوم است. ولتاژ موج دار با فرکانس تبدیل توسط فیلترهای RC در ورودی های میکروکنترلر DD1 سرکوب می شود. اگر امواج با فرکانس 100 هرتز بیش از حد بزرگ هستند، توصیه می شود از روش کاهش آنها استفاده کنید، که در اینجا توضیح داده شده است. تمام کنتورهای دیجیتال

همیشه به طور تصادفی یک در اطراف مقدار واقعی تغییر می کند. این نوسانات به دلیل نقص دستگاه نیست، اما نمی توان آنها را به طور کامل از بین برد، تنها با میانگین گیری نتایج تعداد زیادی اندازه گیری می توان آنها را کاهش داد. قطعات متر بر روی سه تخته مدار چاپی ساخته شده از مواد عایق فویل شده در یک طرف نصب می شوند. آنها برای نصب میکرو مدارها در بسته های DIP طراحی شده اند. نشانگرها روی یک برد (شکل 2)، میکرو مدارهای دیجیتال و یک میکروکنترلر روی برد دوم نصب شده اند (شکل 3). مبدل، تثبیت کننده ولتاژ تغذیه میکروکنترلر و تقویت کننده سیگنال سنسور جریان بر روی برد سوم نصب شده اند (شکل 4).

نحوه قرارگیری قطعات روی تخته ها و اتصالات برد به برد در شکل نشان داده شده است. 5. اعداد قرمز رنگ روی آن نشان دهنده اعداد خروجی ترانسفورماتور پالس T1 در محل اتصال آنها به برد است. خود ترانسفورماتور با گیره های ساخته شده از سیم نصب عایق روی آن ثابت می شود. خازن های مسدود کننده C13 و C14 مستقیماً به پایه های برق ریزمدارهای DD2 و DD3 لحیم می شوند. همانطور که تمرین نشان داده است، متر بدون این خازن ها به طور معمول کار می کند.

بردهای میکروکنترلر و نشانگرها توسط براکت هایی از فولاد گالوانیزه به ضخامت 0.5 میلی متر به هم متصل می شوند. مبدل و برد تقویت کننده با دو پیچ M2 ثابت می شود. فاصله بین تخته ها حدود 11 میلی متر است. این نسخه از طراحی دستگاه (شکل 6) فضای کمتری را در پنل جلویی منبع تغذیه اشغال می کند که این دستگاه باید در آن ساخته شود. به عنوان مثال می توانید به جای OU KR140UD708 استفاده کنید. KR140UD1408 و بسیاری از انواع دیگر آپ امپ باید توجه داشت که ممکن است به مدارهای اصلاحی دیگری غیر از KR140UD708 نیاز داشته باشند.این مورد باید در طراحی برد مدار چاپی در نظر گرفته شود.

به جای شیفت رجیستر 74HC164، می توانید از 74HC4015 استفاده کنید، اما باید توپولوژی هادی های برد مدار چاپی را تغییر دهید. دیودهای KD522B را می توان با KD510A جایگزین کرد. مقاومت های تریمر R8 و R11 - SPZ19. R9 - وارداتی. خازن های دائمی هم وارد می شود. مقاومت R1 (حسگر جریان) را می توان از سیم نیکروم ساخته یا به صورت آماده استفاده کرد، همانطور که در (1) انجام شد. من آن را از یک تکه نوار نیکروم با مقطع 2.5 × 0.8 میلی متر و طول (با در نظر گرفتن انتهای قلع شده) حدود 25 میلی متر ساخته ام که از رله حرارتی TRN حذف شده است.

ترانسفورماتور T1 بر روی یک حلقه فریت با اندازه 10x6x3 میلی متر پیچیده شده است که از یک CFL معیوب خارج شده است. تمام سیم پیچ ها با سیم PEV-2 با قطر 0.18 میلی متر پیچیده می شوند. سیم پیچ 2-3 شامل 83 دور، سیم پیچ های 1-2 و 4-5 - هر کدام 13 دور و سیم پیچ 6-7-8 80 دور با یک ضربه از وسط است. اگر ولتاژ خروجی یکسو کننده کمتر از 30 ولت باشد، تعداد دور سیم پیچ 2-3 باید به حدود 4 دور در هر ولت کاهش یابد. سیم پیچ های 1-2-3 و 4-5 بین یکدیگر با یک لایه کاغذ خازن به ضخامت 0.1 میلی متر و از سیم پیچ 6-7-8 - با دو لایه چنین کاغذی عایق بندی می شوند.

برنامه میکروکنترلر در محیط MPLAB IDE v8.92 به زبان اسمبلی MPASM نوشته شده است. دو گزینه ارائه شده است. فایل های گزینه اول در پوشه "General. کاتد" و برای دستگاهی با نشانگرهای LED با کاتدهای تخلیه رایج، از جمله مواردی که در نمودار در شکل نشان داده شده است، در نظر گرفته شده است. 1. فایل های گزینه دوم از پوشه "Common. زمانی که نشانگرهای LED با آندهای تخلیه مشترک در دستگاه نصب شده اند، باید از آند استفاده کرد. با این حال، این نسخه از برنامه در عمل آزمایش نشده است. برنامه نویسی میکروکنترلر با استفاده از برنامه IC-prog و دستگاه ساده شرح داده شده در (4) انجام شد.

تنظیم کنتور شامل تنظیم مقاومت تریمر R11 در خروجی op-amp DA 1 در غیاب جریان در مدار اندازه گیری شده است. سپس جریان به این مدار اعمال می شود. نزدیک به حد اندازه گیری، اما کمتر از آن. با کنترل جریان با یک آمپرمتر نمونه، یک مقاومت پیرایش R8 در قرائت دستگاه های نمونه و تنظیم شده برابری می کند و پس از اعمال و کنترل ولتاژ اندازه گیری شده با یک ولت متر نمونه، قرائت مربوطه را بر روی نشانگر دستگاه با تریمینگ تنظیم کنید. مقاومت R9. جزئیات بیشتر در مورد تعدیل در (1) نوشته شده است.

اندازه گیری ولتاژ در عمل باید اغلب انجام شود. ولتاژ در مهندسی رادیو، دستگاه ها و مدارهای الکتریکی و غیره اندازه گیری می شود. نوع جریان متناوب می تواند پالسی یا سینوسی باشد. منابع ولتاژ یا مولد جریان هستند.

ولتاژ جریان پالس دارای پارامترهای دامنه و ولتاژ متوسط ​​است. ژنراتورهای پالس می توانند منابع چنین ولتاژی باشند. ولتاژ بر حسب ولت اندازه گیری می شود و "V" یا "V" تعیین می شود. اگر ولتاژ متغیر باشد، علامت " ~ "، برای ولتاژ ثابت، نماد "-" نشان داده شده است. ولتاژ متناوب در شبکه خانگی خانگی ~ 220 ولت مشخص شده است.

اینها دستگاه هایی هستند که برای اندازه گیری و کنترل ویژگی های سیگنال های الکتریکی طراحی شده اند. اسیلوسکوپ ها بر اساس اصل انحراف یک پرتو الکترونی کار می کنند که تصویری از مقادیر متغیرها روی صفحه نمایش ایجاد می کند.

اندازه گیری ولتاژ AC

طبق اسناد تنظیمی، ولتاژ در شبکه خانگی باید برابر با 220 ولت با دقت انحراف 10٪ باشد، یعنی ولتاژ می تواند در محدوده 198-242 ولت متغیر باشد. اگر روشنایی خانه شما کم‌تر شده است، لامپ‌ها به طور مکرر از کار می‌افتند، یا دستگاه‌های خانگی شروع به کار ناپایدار کردند، برای پیدا کردن و رفع این مشکلات، ابتدا باید ولتاژ شبکه را اندازه‌گیری کنید.

قبل از اندازه گیری، باید دستگاه اندازه گیری موجود خود را برای کار آماده کنید:

• یکپارچگی عایق سیم های کنترل را با پروب ها و نوک ها بررسی کنید.
• سوئیچ را روی ولتاژ AC با حد بالایی 250 ولت یا بالاتر تنظیم کنید.
• نوک سیم های کنترل را در سوکت های دستگاه اندازه گیری قرار دهید، به عنوان مثال، . برای اینکه اشتباه نکنید، بهتر است به نشانه های سوکت روی بدنه نگاه کنید.
• دستگاه را روشن کنید.

از شکل مشخص است که حد اندازه گیری 300 ولت در تستر و 700 ولت در مولتی متر انتخاب شده است. برخی از دستگاه ها برای اندازه گیری ولتاژ به چندین کلید مختلف نیاز دارند که در موقعیت مورد نظر تنظیم شوند: نوع جریان، نوع اندازه گیری، و همچنین قرار دادن شاخه های سیم در سوکت های خاص. انتهای نوک سیاه در مولتی متر به جک COM (جک معمولی) وصل می شود، نوک قرمز در سوکت با علامت "V" وارد می شود. این سوکت برای اندازه گیری هر نوع ولتاژ رایج است. سوکت با علامت "ma" برای اندازه گیری جریان های کوچک استفاده می شود. سوکت با علامت "10 A" برای اندازه گیری مقدار قابل توجهی جریان استفاده می شود که می تواند به 10 آمپر برسد.

اگر ولتاژ را با سیم وارد شده در سوکت "10 A" اندازه گیری کنید، دستگاه از کار می افتد یا فیوز منفجر می شود. بنابراین هنگام انجام کار اندازه گیری باید مراقب باشید. بیشتر اوقات ، خطاها در مواردی رخ می دهد که ابتدا مقاومت اندازه گیری شد و سپس با فراموش کردن تغییر به حالت دیگر ، اندازه گیری ولتاژ شروع می شود. در همان زمان، مقاومتی که وظیفه اندازه گیری مقاومت را بر عهده دارد در داخل دستگاه می سوزد.

پس از آماده سازی دستگاه می توانید اندازه گیری را شروع کنید. اگر وقتی مولتی متر را روشن می کنید چیزی روی نشانگر ظاهر نمی شود، به این معنی است که باتری واقع در داخل دستگاه منقضی شده است و باید تعویض شود. اغلب در مولتی متر یک "Krona" وجود دارد که ولتاژ 9 ولت تولید می کند. عمر مفید آن بسته به سازنده حدود یک سال است. اگر مولتی متر برای مدت طولانی استفاده نشده باشد، ممکن است تاج همچنان معیوب باشد. اگر باتری خوب است، پس مولتی متر باید یک را نشان دهد.

پروب های سیم باید در سوکت قرار داده شوند یا با سیم های خالی لمس شوند.

در صفحه نمایش مولتی متر، مقدار ولتاژ شبکه بلافاصله به صورت دیجیتال ظاهر می شود. در دستگاه اشاره گر، فلش با زاویه خاصی منحرف می شود. تستر اشاره گر دارای چندین مقیاس درجه بندی شده است. اگر آنها را با دقت در نظر بگیرید، همه چیز روشن می شود. هر مقیاس برای اندازه گیری های خاص طراحی شده است: جریان، ولتاژ یا مقاومت.

حد اندازه گیری دستگاه روی 300 ولت تنظیم شده است، بنابراین باید روی ترازو دوم که حد آن 3 است حساب کنید، در حالی که قرائت های دستگاه باید در 100 ضرب شود. ترازو دارای مقدار تقسیم 0.1 ولت است. ، بنابراین نتیجه نشان داده شده در شکل را در حدود 235 ولت می گیریم. این نتیجه در محدوده قابل قبول است. اگر اندازه گیری به طور مداوم در طول اندازه گیری تغییر کند، ممکن است تماس ضعیفی در اتصالات سیم کشی برق وجود داشته باشد که می تواند منجر به جرقه زدن و اختلال در عملکرد شبکه شود.

اندازه گیری ولتاژ DC

منابع ولتاژ ثابت باتری ها، کم ولتاژ یا باتری هایی هستند که ولتاژ آنها از 24 ولت بیشتر نیست. بنابراین دست زدن به قطب های باتری خطرناک نیست و نیازی به اقدامات ایمنی خاصی نیست.

برای ارزیابی عملکرد باتری یا منبع دیگر، اندازه گیری ولتاژ در قطب های آن ضروری است. برای باتری های انگشتی، تیرهای برق در انتهای کیس قرار دارند. قطب مثبت "+" مشخص شده است.

جریان مستقیم به همان روشی که جریان متناوب اندازه گیری می شود. تفاوت فقط در تنظیم دستگاه در حالت مناسب و رعایت قطبیت خروجی ها است.

ولتاژ باتری معمولا روی کیس مشخص می شود. اما نتیجه اندازه گیری هنوز سلامت باتری را نشان نمی دهد، زیرا نیروی الکتروموتور باتری در این مورد اندازه گیری می شود. مدت زمان کارکرد دستگاهی که باتری در آن نصب خواهد شد به ظرفیت آن بستگی دارد.

برای ارزیابی دقیق عملکرد باتری، لازم است ولتاژ را با بار متصل اندازه گیری کنید. برای باتری انگشتی، یک لامپ چراغ قوه معمولی 1.5 ولتی به عنوان بار مناسب است. اگر در هنگام روشن بودن ولتاژ کمی کاهش یابد، یعنی بیش از 15٪ نباشد، باتری برای استفاده مناسب است. اگر ولتاژ بسیار بیشتر کاهش یابد، چنین باتری هنوز می تواند فقط در یک ساعت دیواری کار کند که انرژی بسیار کمی مصرف می کند.