دستگاه اندازه گیری ولتاژ نحوه اندازه گیری ولتاژ با مولتی متر

واحد اندازه گیری پایه ولتاژ الکتریکیولت است. بسته به قدر، ولتاژ را می توان در اندازه گیری کرد ولت(که در)، کیلو ولت(1 کیلوولت = 1000 ولت)، میلی ولت(1 میلی ولت = 0.001 ولت)، میکرو ولت(1 µV = 0.001 mV = 0.000001 V). در عمل، اغلب شما باید با ولت و میلی ولت سر و کار داشته باشید.

دو نوع اصلی استرس وجود دارد - دائمیو متغیر. منبع ولتاژ DCباتری های استفاده شده، باتری ها. منبع ولتاژ ACمی تواند به عنوان مثال، ولتاژ را وارد کند شبکه برقآپارتمان ها یا خانه ها

برای اندازه گیری مصرف ولتاژ ولت متر. ولت متر وجود دارد سوئیچ ها(آنالوگ) و دیجیتال.

امروزه، ولت مترهای اشاره گر نسبت به دیجیتالی پایین تر هستند، زیرا استفاده از دومی راحت تر است. اگر هنگام اندازه گیری با یک ولت متر نشانگر، قرائت های ولتاژ باید بر روی یک ترازو محاسبه شود، سپس نتیجه دیجیتالاندازه گیری ها بلافاصله روی نشانگر نمایش داده می شوند. و از نظر ابعاد، یک ابزار اشاره گر از دستگاه دیجیتال پایین تر است.

اما این بدان معنا نیست که از ابزارهای اشاره گر اصلا استفاده نمی شود. برخی از فرآیندها وجود دارند که با ابزار دیجیتال قابل مشاهده نیستند، بنابراین از فلش ها بیشتر استفاده می شود شرکت های صنعتی، آزمایشگاه ها، تعمیرگاه ها و غیره

روی برق نمودارهای مداریک ولت متر با دایره ای با بزرگ نشان داده می شود حرف لاتین « V" داخل. نزدیک سمبلولت متر با علامت آن نشان داده می شود. P.U."و شماره سریالدر نمودار مثلا. اگر دو ولت متر در مدار وجود داشته باشد، در کنار ولت متر اول می نویسند " PU 1"، و در مورد دوم" PU 2».

هنگام اندازه گیری ولتاژ مستقیم، نمودار قطبیت اتصال ولت متر را نشان می دهد، اما اگر ولتاژ متناوب اندازه گیری شود، قطبیت اتصال نشان داده نمی شود.

ولتاژ بین اندازه گیری می شود دو نقطهطرح ها: در مدارهای الکترونیکیآه بین مثبتو منهایقطب، در نمودارهای الکتریکیبین فازو صفر. ولت متر متصل است موازی با منبع ولتاژیا موازی با بخش زنجیره- یک مقاومت، لامپ یا بار دیگری که ولتاژ باید روی آن اندازه گیری شود:

بیایید اتصال یک ولت متر را در نظر بگیریم: در نمودار بالا، ولتاژ در سراسر لامپ اندازه گیری می شود. HL1و به طور همزمان روی منبع تغذیه GB1. در نمودار زیر، ولتاژ در سراسر لامپ اندازه گیری شده است HL1و مقاومت R1.

قبل از اندازه گیری ولتاژ، آن را تعیین کنید چشم اندازو تقریبی اندازه. واقعیت این است که قسمت اندازه گیری ولت مترها فقط برای یک نوع ولتاژ طراحی شده است و این نتایج اندازه گیری متفاوتی را به همراه دارد. یک ولت متر برای اندازه گیری ولتاژ مستقیم ولتاژ متناوب را نمی بیند، اما یک ولت متر برای ولتاژ متناوب، برعکس، می تواند ولتاژ مستقیم را اندازه گیری کند، اما قرائت های آن دقیق نخواهد بود.

همچنین لازم است مقدار تقریبی ولتاژ اندازه گیری شده را بدانید، زیرا ولت مترها در محدوده ولتاژ کاملاً تعریف شده کار می کنند و اگر در انتخاب محدوده یا مقدار اشتباه کنید، دستگاه ممکن است آسیب ببیند. مثلا. محدوده اندازه گیری یک ولت متر 0...100 ولت است، به این معنی که ولتاژ را فقط می توان در این محدوده ها اندازه گیری کرد، زیرا اگر ولتاژی بالاتر از 100 ولت اندازه گیری شود، دستگاه از کار می افتد.

علاوه بر دستگاه هایی که تنها یک پارامتر (ولتاژ، جریان، مقاومت، خازن، فرکانس) را اندازه گیری می کنند، دستگاه های چند منظوره نیز وجود دارند که تمام این پارامترها را در یک دستگاه اندازه گیری می کنند. چنین وسیله ای نامیده می شود آزمایشکننده(بیشتر ابزارهای اندازه گیری اشاره گر) یا مولتی متر دیجیتال.

ما روی آزمایش‌کننده تمرکز نمی‌کنیم، این موضوع مقاله دیگری است، اما اجازه دهید مستقیماً به مولتی متر دیجیتال. در بیشتر موارد، مولتی مترها می توانند دو نوع ولتاژ را در محدوده 0...1000 ولت اندازه گیری کنند. برای سهولت اندازه‌گیری، هر دو ولتاژ به دو بخش و در بخش‌ها به زیرمحدوده‌ها تقسیم می‌شوند: ولتاژ DC دارای پنج زیرمحدوده، ولتاژ AC دارای دو زیر محدوده است.

هر زیر محدوده حداکثر حد اندازه گیری خود را دارد که نشان داده شده است ارزش دیجیتال: 200 متر, 2 ولت, 20 ولت, 200 ولت, 600 ولت. مثلا. در حد "200 ولت"، ولتاژ در محدوده 0 ... 200 ولت اندازه گیری می شود.

حالا خود فرآیند اندازه گیری.

1. اندازه گیری ولتاژ DC.

اول تصمیم می گیریم چشم اندازولتاژ اندازه گیری شده (DC یا AC) و سوئیچ را به بخش مورد نظر منتقل کنید. به عنوان مثال، بیایید یک باتری AA را در نظر بگیریم که ولتاژ ثابت آن 1.5 ولت است. ما بخش ولتاژ ثابت را انتخاب می کنیم و در آن حد اندازه گیری "2V" است که محدوده اندازه گیری آن 0 ... 2 ولت است.

سیم های تست باید مطابق شکل زیر در سوکت ها وارد شوند:

قرمزمعمولاً به آن می گویند مثبت، و در سوکت قرار می گیرد، در مقابل آن نمادهای پارامترهای اندازه گیری شده وجود دارد: "VΩmA"؛
سیاهمیله اندازه گیری نامیده می شود منهاییا عمومیو در سوکت مقابل که نماد "COM" وجود دارد وارد می شود. تمام اندازه گیری ها نسبت به این پروب انجام می شود.

قطب مثبت باتری را با پروب مثبت و قطب منفی را با قطب منفی لمس می کنیم. نتیجه اندازه گیری 1.59 ولت بلافاصله روی نشانگر مولتی متر قابل مشاهده است. همانطور که می بینید، همه چیز بسیار ساده است.

حالا یک نکته ظریف دیگر وجود دارد. اگر پروب های روی باتری تعویض شوند، یک علامت منفی در جلوی آن ظاهر می شود که نشان می دهد قطبیت اتصال مولتی متر معکوس شده است. علامت منفی می تواند در فرآیند راه اندازی مدارهای الکترونیکی بسیار راحت باشد، زمانی که شما نیاز به تعیین گذرگاه های مثبت یا منفی روی برد دارید.

خوب، حالا بیایید زمانی که مقدار ولتاژ ناشناخته است، گزینه را در نظر بگیریم. ما از یک باتری AA به عنوان منبع ولتاژ استفاده خواهیم کرد.

بیایید بگوییم ولتاژ باتری را نمی دانیم و برای اینکه دستگاه را بسوزانیم، اندازه گیری را از حداکثر حد "600V" شروع می کنیم که مربوط به محدوده اندازه گیری 0...600 ولت است. با استفاده از پروب های مولتی متر، قطب های باتری را لمس می کنیم و روی نشانگر نتیجه اندازه گیری را برابر با " می بینیم. 001 " این اعداد نشان می دهد که ولتاژ وجود ندارد یا مقدار آن خیلی کم است یا محدوده اندازه گیری خیلی زیاد است.

بریم پایین تر سوئیچ را به موقعیت "200 ولت" که مربوط به محدوده 0 ... 200 ولت است منتقل می کنیم و قطب های باتری را با پروب ها لمس می کنیم. اندیکاتور خوانش های برابر با " را نشان داد 01,5 " در اصل، این قرائت در حال حاضر به اندازه کافی برای گفتن ولتاژ است باتری AA 1.5 ولت است.

با این حال، صفر جلو نشان می دهد که حتی پایین تر رفته و ولتاژ را با دقت بیشتری اندازه گیری کنید. ما تا حد "20 ولت" که مربوط به محدوده 0 ... 20 ولت است پایین می آییم و دوباره اندازه گیری می کنیم. اندیکاتور نشان داد " 1,58 " اکنون می توان با اطمینان گفت که ولتاژ باتری AA 1.58 ولت است.

به این ترتیب بدون اینکه مقدار ولتاژ را بدانند، آن را پیدا می کنند و به تدریج از حد اندازه گیری بالا به یک حد پایین کاهش می یابد.

همچنین موقعیت هایی وجود دارد که هنگام اندازه گیری، واحد "" در گوشه سمت چپ نشانگر نمایش داده می شود. 1 " یک واحد نشان می دهد که ولتاژ یا جریان اندازه گیری شده بالاتر از حد اندازه گیری انتخاب شده است. مثلا. اگر ولتاژ 3 ولت را در حد "2 ولت" اندازه گیری کنید، یک واحد روی نشانگر ظاهر می شود، زیرا محدوده اندازه گیری این حد فقط 0 ... 2 ولت است.

یک محدودیت دیگر "200 متر" با محدوده اندازه گیری 0...200 میلی ولت باقی مانده است. این محدودیت برای اندازه گیری ولتاژهای بسیار کوچک (میلی ولت) در نظر گرفته شده است که گاهی اوقات هنگام تنظیم برخی از طرح های رادیویی آماتور با آن مواجه می شوند.

2. اندازه گیری ولتاژ AC.

فرآیند اندازه گیری ولتاژ متناوب هیچ تفاوتی با اندازه گیری ولتاژ مستقیم ندارد. تنها تفاوت این است که برای ولتاژ متناوب، قطبیت پروب ها مورد نیاز نیست.

بخش ولتاژ AC به دو زیر محدوده تقسیم می شود 200 ولتو 600 ولت.
در حد "200 ولت" می توان اندازه گیری کرد، به عنوان مثال، ولتاژ خروجیسیم پیچ ثانویه ترانسفورماتورهای کاهنده یا هر نوع دیگری در محدوده 0 ... 200 ولت. در حد "600 ولت" می توانید ولتاژهای 220 ولت، 380 ولت، 440 ولت یا هر ولتاژ دیگری در محدوده 0 ... 600 ولت را اندازه گیری کنید.

به عنوان مثال، اجازه دهید ولتاژ را اندازه گیری کنیم شبکه خانگی 220 ولت
سوئیچ را به موقعیت "600 ولت" منتقل می کنیم و پروب های مولتی متر را در سوکت قرار می دهیم. نتیجه اندازه گیری 229 ولت بلافاصله روی نشانگر ظاهر شد. همانطور که می بینید، همه چیز بسیار ساده است.

و یک لحظه
قبل از اندازه گیری ولتاژهای بالا، همیشه دو بار بررسی کنید که عایق پروب ها و سیم های ولت متر یا مولتی متر در شرایط خوبی قرار دارند. و همچنین محدودیت اندازه گیری انتخاب شده را نیز بررسی کنید. و تنها پس از تمام این عملیات اندازه گیری می شود. به این ترتیب از خود و دستگاه در برابر غافلگیری غیرمنتظره محافظت خواهید کرد.

و اگر چیزی مبهم باقی ماند، سپس ویدیو را تماشا کنید، که نشان می دهد چگونه ولتاژ و جریان را با استفاده از مولتی متر اندازه گیری کنید.

• آموزش

معرفی

سلام به همه! پس از تکمیل چرخه سنسورها، سوالات مختلفی در مورد اندازه گیری پارامترهای مصرف لوازم خانگی و نه چندان الکتریکی وجود داشت. چه کسی چقدر مصرف می کند، چگونه می توان چه چیزی را اندازه گیری کرد، چه ظرافت هایی وجود دارد و غیره. وقت آن است که تمام کارت های موجود در این زمینه را آشکار کنید.
در این سری مقالات به مبحث اندازه گیری پارامترهای برق خواهیم پرداخت. این پارامترها در واقع بسیار هستند تعداد زیادی از، که سعی می کنم به تدریج در سریال های کوچک در مورد آن صحبت کنم.
تاکنون سه سریال برنامه ریزی شده است:

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

در فرآیند تجزیه و تحلیل، ما یکی یا دیگری تصمیم خواهیم گرفت مشکلات عملیروی میکروکنترلرها تا رسیدن به نتیجه. البته اکثرا از این چرخهبه اندازه گیری ولتاژ متناوب اختصاص داده می شود و ممکن است برای همه کسانی که دوست دارند وسایل الکتریکی خود را کنترل کنند مفید باشد. خانه هوشمند.
بر اساس نتایج کل چرخه، نوعی کنتور برق هوشمند با دسترسی به اینترنت تولید خواهیم کرد. طرفداران کاملاً بی‌نظیر کنترل لوازم الکتریکی خانه هوشمند خود می‌توانند تمام کمک‌های ممکن را در اجرای بخش ارتباطی بر روی یک پایه، به عنوان مثال، MajorDomo ارائه دهند. بیایید آن را منبع باز کنیم خانه هوشمندبهتر است، به اصطلاح.
در این مجموعه دو قسمتی، سؤالات زیر را بررسی خواهیم کرد:

• اتصال سنسورهای جریان و ولتاژ در دستگاه ها جریان مستقیم، و همچنین تک فاز و مدارهای سه فاز جریان متناوب;
• اندازه گیری مقادیر موثر جریان و ولتاژ؛
• اندازه گیری ضریب توان؛
• توان کل، اکتیو و راکتیو؛
• مصرف برق؛

با کلیک بر روی زیر پاسخ دو سوال اول را خواهید یافت. این لیست. من عمداً به مسائل دقت در اندازه گیری شاخص ها نمی پردازم و از این سری فقط از نتایج به دست آمده با دقت مثبت یا منفی یک کفش بست راضی هستم. حتما در سری سوم مقاله جداگانه ای به این موضوع اختصاص خواهم داد.

1. اتصال سنسورها

در سری آخر در مورد سنسورهای ولتاژ و جریان، در مورد انواع سنسورها صحبت کردم، اما در مورد نحوه استفاده و محل قرار دادن آنها صحبت نکردم. وقت آن است که آن را درست کنید

اتصال سنسورهای DC

واضح است که کل سری به سیستم‌های AC اختصاص داده خواهد شد، اما اجازه دهید به سرعت مدارهای DC را مرور کنیم، زیرا ممکن است در 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، می توان حالت عملکرد سلف L1 را کنترل کرد، از اشباع آن جلوگیری کرد و همچنین حفاظت جریان مبدل را اجرا کرد. و صادقانه بگویم، واقعاً هیچ گزینه ای برای نصب سنسور وجود ندارد.
یک سنسور ولتاژ به شکل یک تقسیم کننده مقاومتی R1-R2 که تنها قادر به کار در جریان مستقیم است، در خروجی مبدل نصب شده است. معمولا تراشه تخصصیمبدل یک ورودی دارد بازخوردو تمام تلاش خود را می کند تا اطمینان حاصل شود که این ورودی (3) دارای سطح ولتاژ مشخصی است که در مستندات برای ریزمدار مشخص 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. بر اساس 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 منابع و بار بهترین کار نیست ایده خوبی است، از آنجایی که خازن فیلتر توسط یک مقاومت از مصرف کنندگان قطع می شود جریان های پالس. نصب یک مقاومت در شکاف سیم مشترک نیز نشانه خوبی نیست - دو سطح زمین وجود خواهد داشت که با آن قلع و قمع کردن لذت بخش خواهد بود.
مشکلات افت ولتاژ را می توان با استفاده از سنسورهای جریان غیر تماسی - مانند سنسورهای سالن:


شکل 2. سنسور جریان غیر تماسی
با این حال بیشتر وجود دارد راه فریبندهاندازه گیری های فعلی از این گذشته، ولتاژ در ترانزیستور دقیقاً به همان شکل کاهش می یابد و جریانی مشابه با اندوکتانس از آن عبور می کند. در نتیجه، مقدار جریان جریان را می توان با افت ولتاژ در آن نیز تعیین کرد. راستش را بخواهید، اگر نگاه کنید ساختار داخلیتراشه های مبدل، به عنوان مثال، از Texas Instruments - سپس این روش به اندازه موارد قبلی یافت می شود. دقت این روش البته بالاترین نیست، اما این برای عملکرد قطع فعلی کاملاً کافی است.


شکل 3. ترانزیستور به عنوان سنسور جریان
در مدارهای دیگر مبدل های مشابه، چه تقویت کننده و چه معکوس، همین کار را انجام می دهیم.
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.
اینجاست که کار ما با اتصال سنسورها به مبدل های DC تمام می شود. اگر پیشنهادی برای گزینه های دیگر دارید، خوشحال می شوم که مقاله را با آنها تکمیل کنم.

1.2 اتصال سنسورها به مدارهای تک فازجریان متناوب

در مدارهای AC ما چیزهای زیادی داریم انتخاب بیشترسنسورهای ممکن بیایید چندین گزینه را در نظر بگیریم.
ساده ترین کار استفاده از یک تقسیم کننده ولتاژ مقاومتی و یک شنت جریان است.


شکل 5. اتصال سنسورهای مقاومت
با این حال، چند معایب قابل توجه دارد:
اولاً، یا با تخصیص مقدار زیادی توان به سیگنال، دامنه قابل توجهی از سیگنال را از شنت جریان ارائه می دهیم، یا به دامنه کمی از سیگنال بسنده می کنیم و متعاقباً آن را تقویت می کنیم. و ثانیاً مقاومت یک اختلاف پتانسیل بین خنثی شبکه و خنثی دستگاه ایجاد می کند. اگر دستگاه ایزوله باشد، این مهم نیست، اما اگر دستگاه دارای ترمینال زمین باشد، در این صورت در خطر باقی ماندن بدون سیگنال از سنسور فعلی هستیم، زیرا آن را اتصال 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. زیاد است امکانات بیشتربرای کار با تجهیزات، زیرا سیم خنثی هیچ تلفاتی ندارد و مهمتر از همه، در هر دو مورد وجود دارد جداسازی گالوانیکیتجهیزات اندازه گیری، که اغلب می تواند مفید باشد. با این حال، باید در نظر گرفت که سنسورهای جریان و ولتاژ ترانسفورماتور محدود هستند پاسخ فرکانسو اگر بخواهیم ترکیب هارمونیک اعوجاج ها را اندازه گیری کنیم، مطمئن نیستیم چه اتفاقی خواهد افتاد.


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

1.3 اتصال سنسورها به مدارهای AC چند فاز

در شبکه های چند فازی، توانایی ما برای اتصال سنسورهای جریان کمی کمتر است. این به این دلیل است که استفاده از شنت جریان به هیچ وجه امکان پذیر نخواهد بود، زیرا اختلاف پتانسیل بین شنت های فاز در صدها ولت در نوسان خواهد بود و من هیچ کنترل کننده همه منظوره ای را نمی شناسم که ورودی های آنالوگ بتواند مقاومت کند. چنین سوء استفاده ای
البته، یک راه برای استفاده از شنت های فعلی وجود دارد - برای هر کانال لازم است یک گالوانیکی ایزوله ساخته شود. ورودی آنالوگ. اما استفاده از سنسورهای دیگر بسیار ساده تر و قابل اعتمادتر است.
در آنالایزر کیفیت خود از تقسیم کننده های ولتاژ مقاومتی و سنسورهای از راه دورجریان بر روی اثر هال

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 اثر هال می توانید از ترانسفورماتورهای جریان یا حلقه های روگوفسکی استفاده کنید.
به جای تقسیم کننده های مقاومتی می توان از ترانسفورماتورهای ولتاژ هم برای سیستم های چهار سیمه و هم برای سه سیم استفاده کرد.
که در مورد دومسیم پیچ های اولیه ترانسفورماتورهای ولتاژ به صورت مثلثی و سیم پیچ های ثانویه به صورت ستاره ای متصل می شوند که نقطه مشترک آن نقطه مشترک مدار اندازه گیری است.


شکل 8. استفاده از ترانسفورماتورهای ولتاژ در شبکه سه فاز

2 مقدار RMS جریان و ولتاژ

زمان آن رسیده است که مشکل اندازه گیری سیگنال های خود را حل کنیم. از اهمیت عملی برای ما، اول از همه، مقدار موثر جریان و ولتاژ است.
اجازه دهید تجهیزات سری سنسورها را به شما یادآوری کنم. با استفاده از ADC میکروکنترلر خود، مقدار ولتاژ لحظه ای را در فواصل زمانی معین ثبت می کنیم. بنابراین، در طول دوره اندازه گیری، مجموعه ای از داده ها در سطح مقدار ولتاژ لحظه ای خواهیم داشت (برای جریان همه چیز مشابه است).


شکل 9. سری ارزش های آنیولتاژ
وظیفه ما شمردن است ارزش موثر. ابتدا از فرمول انتگرال استفاده می کنیم:
(1)
که در سیستم دیجیتالما باید خود را به یک کوانتوم زمان معین محدود کنیم، بنابراین به جمع می‌رویم:
(2)
دوره نمونه برداری سیگنال ما کجاست و تعداد نمونه ها در طول دوره اندازه گیری است. جایی در این ویدیو شروع به صحبت های مزخرف در مورد برابری مناطق می کنم. آن روز باید کمی می خوابیدم. =)
در میکروکنترلرهای MSP430FE4252 که در کنتورهای برق تک فاز جیوه استفاده می شود، 4096 شمارش در یک دوره اندازه گیری 1، 2 یا 4 ثانیه انجام می شود. در ادامه به T=1c 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 فراهم کنیم پرتاب پایدار ADC هر 1/8192 ثانیه، 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 می توانند این کار را انجام دهند.
ما برنامه آینده را روی آردوینو خواهیم نوشت، زیرا بسیاری از افراد آن را در دسترس دارند. در حال حاضر، علاقه ما صرفاً آکادمیک است.
با داشتن یک فرکانس کوارتز سیستم 16 مگاهرتز و یک تایمر 8 بیتی (به طوری که زندگی مانند عسل به نظر نمی رسد)، باید اطمینان حاصل کنیم که هر وقفه تایمر در فرکانس 8192 هرتز کار می کند.
ما ناراحتیم که 16 مگاهرتز به اندازه نیاز ما تقسیم نمی شود و فرکانس کاری نهایی تایمر 8198 هرتز است. ما چشمان خود را روی خطای 0.04٪ می بندیم و همچنان 4096 نمونه را در هر کانال می خوانیم.
ما ناراحت هستیم که وقفه سرریز در آردوینو مشغول محاسبه زمان است (مسئول میلی و تاخیر است، بنابراین به طور عادی کار نمی کند)، بنابراین از وقفه مقایسه استفاده می کنیم.
و ما ناگهان متوجه می شویم که سیگنالی که به ما می رسد دو قطبی است و msp430fe4252 به خوبی با آن مقابله می کند. ما به یک ADC تک قطبی راضی هستیم، بنابراین تقویت کننده عملیاتیبیایید یک مبدل سیگنال دوقطبی به تک قطبی ساده جمع کنیم:


شکل 10. مبدل سیگنال دوقطبی به تک قطبی
علاوه بر این، وظیفه ما این است که اطمینان حاصل کنیم که سینوسی ما نسبت به نصف ولتاژ مرجع نوسان می کند - سپس ما یا نصف محدوده را کم می کنیم یا گزینه را در تنظیمات ADC فعال می کنیم و مقادیر علامت گذاری شده را دریافت می کنیم.
آردوینو دارای یک ADC 10 بیتی است، بنابراین ما از نتیجه بدون علامت در محدوده 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 مطالب ویدیویی ما این را به صورت آزمایشی بیشتر تأیید می کنیم.


شکل 11. نتیجه شبیه سازی. سبز سیگنال منبع و آبی سیگنال 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 وقفه‌ها، چند پین سرویس را تحریف می‌کنیم تا فرکانس دیجیتالی شدن عملیات را به وضوح ببینیم.
چند کلمه در مورد اینکه ضریب 102 از کجا آمده است. در اولین استارت سیگنالی با دامنه های مختلف از ژنراتور ارائه شد، مقدار ولتاژ موثر از اسیلوسکوپ خوانده شد و مقدار محاسبه شده در واحدهای ADC مطلق از کنسول گرفته شد. .

Umax، V	اورمز، بی	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 دوم به طور میانگین 102 می گیریم. این ضریب "کالیبراسیون" ما خواهد بود. با این حال، می توانید متوجه شوید 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 یک سوکت به این شکل کاملاً ممکن باشد، استفاده از ADC 10 بیتی برای اندازه گیری جریان مصرف شده توسط بار، جرمی علیه مترولوژی خواهد بود. .

در این مرحله استراحت خواهیم کرد. در قسمت بعدی سه سوال دیگر این مجموعه را در نظر خواهیم گرفت 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 از مطالب ویدیویی فیلمبرداری می‌کنم) را در مخزن GitHub پیدا خواهید کرد.

جریان مستقیم اغلب توسط گالوانومترهای مغناطیسی، میکرو آمپرمترها، میلی‌آمپرمترها و آمپرمترها اندازه‌گیری می‌شود که بخش اصلی آن مکانیسم اندازه‌گیری مغناطیسی (متر) است. ساختار یکی از طرح های متداول یک شمارنده شمارنده در شکل 1 نشان داده شده است. 1. متر حاوی یک آهنربای نعل اسبی است. 1. در شکاف هوا بین قطعات قطب آن 2 و یک هسته استوانه ای ثابت 5 که از مواد مغناطیسی نرم ساخته شده است، یک میدان مغناطیسی یکنواخت ایجاد می شود که خطوط القایی آن عمود بر میدان است. سطح هسته در این شکاف، قاب 4 قرار می گیرد که با سیم عایق مسی نازک (قطر 0.02 ... 0.2 میلی متر) روی کاغذ سبک وزن یا قاب مستطیلی آلومینیومی پیچیده می شود. کادر می تواند با محور 6 و اشاره گر 10 که انتهای آن بالاتر از مقیاس حرکت می کند، بچرخد. فنرهای مارپیچی تخت 5 برای ایجاد لحظه ای که با چرخش قاب خنثی می کند و همچنین جریان را به قاب می رساند. یک فنر بین محور و بدنه ثابت است. فنر دوم از یک سر به محور و در سر دیگر به اهرم اصلاح کننده 7 که شاخک آن میله خارج از مرکز پیچ 8 را می پوشاند وصل می شود. با چرخاندن این پیچ، نشانگر به تقسیم مقیاس صفر تنظیم می شود. وزنه های 9 تعادل بخش متحرک متر را به منظور تثبیت موقعیت فلش در هنگام تغییر موقعیت دستگاه به کار می گیرند.

برنج. 1. طراحی مکانیزم اندازه گیری مغناطیسی.

جریان اندازه گیری شده که از پیچ های قاب می گذرد، با میدان مغناطیسی آهنربای دائمی در تعامل است. گشتاور ایجاد شده در این حالت که جهت آن با قاعده معروف سمت چپ تعیین می شود، باعث می شود که قاب با زاویه ای بچرخد که در آن توسط گشتاور متقابلی که هنگام پیچاندن فنرها ایجاد می شود، متعادل شود. یکنواختی میدان مغناطیسی ثابت در شکاف هوا، گشتاور و در نتیجه زاویه انحرافات سوزن متناسب با جریان عبوری از قاب است. بنابراین، دستگاه های مغناطیسی دارای مقیاس های یکنواخت هستند. مقادیر دیگری که بر مقدار گشتاور تأثیر می گذارند - القای مغناطیسی در شکاف هوا، تعداد چرخش ها و سطح قاب - ثابت می مانند و همراه با نیروی کشسانی فنرها، حساسیت متر را تعیین می کنند.

هنگامی که قاب می چرخد، جریان هایی در قاب آلومینیومی آن ایجاد می شود که برهمکنش آن با میدان آهنربای دائمی، گشتاور ترمزی ایجاد می کند که به سرعت قسمت متحرک کنتور را آرام می کند (زمان ته نشینی بیش از 3 ثانیه نیست).

کنتورها با سه پارامتر الکتریکی مشخص می شوند: الف) جریان انحراف کل II، که باعث می شود سوزن به انتهای مقیاس منحرف شود. ب) ولتاژ انحراف کل Ui، یعنی ولتاژ روی قاب کنتور، ایجاد جریان Ii در مدار آن؛ ج) مقاومت داخلی Ri که همان مقاومت قاب است. این پارامترها توسط قانون اهم به هم مرتبط هستند:

در ابزارهای اندازه گیری رادیویی، انواع مختلفی از کنتورهای مغناطیسی استفاده می شود که جریان انحراف کلی آنها معمولاً در محدوده 10 ... 1000 μA قرار دارد. مترهایی که مجموع جریان انحراف آنها از 50-100 μA تجاوز نمی کند بسیار حساس در نظر گرفته می شوند.

برخی از مترها مجهز به یک شنت مغناطیسی به شکل صفحه فولادی هستند که می توان آن را به سطوح انتهایی قطعات قطب نزدیک کرد و آهنربا کرد یا از آنها جدا کرد. در این حالت، جریان انحراف کل I به ترتیب به دلیل تغییر در شار مغناطیسی وارد بر قاب به دلیل انشعاب بخشی از شار مغناطیسی کل از طریق شنت، در محدوده های کوچک کاهش یا افزایش می یابد.

مجموع انحراف ولتاژ Ui برای اکثر مترها در محدوده 30-300 میلی ولت قرار دارد. مقاومت قاب Ri به محیط قاب، تعداد دور و قطر سیم بستگی دارد. هر چه متر حساس تر باشد، قاب آن سیم نازک تری دارد و مقاومت آن بیشتر می شود. افزایش حساسیت کنتورها نیز با استفاده از آهنرباهای قوی تر، قاب های بدون قاب، فنرهای با ممان متقابل کوچک و تعلیق قسمت متحرک بر روی سیم های گای (دو رزوه نازک) حاصل می شود.

در مترهای حساس با قاب‌های بدون قاب، سوزن که توسط جریان عبوری از قاب منحرف می‌شود، قبل از توقف در وضعیت تعادل، یک سری نوسانات را ایجاد می‌کند. برای کاهش زمان ته نشینی سوزن، قاب با مقاومتی با مقاومتی در حد هزاران یا صدها اهم شنت می شود. نقش دومی گاهی اوقات توسط مدار الکتریکی دستگاه، متصل به موازات قاب انجام می شود.

متر با قاب متحرک به شما امکان می دهد زاویه انحراف کامل سوزن را تا 90-100 درجه بدست آورید. مترهای کوچک گاهی اوقات با یک قاب ثابت و یک آهنربای متحرک که روی همان محور با فلش نصب می شود ساخته می شود. در این حالت می توان زاویه انحراف کامل فلش را تا 240 درجه افزایش داد.

به ویژه کنتورهای حساسی که برای اندازه گیری جریان های بسیار کوچک (کمتر از 0.01 μA) و ولتاژ (کمتر از 1 μV) استفاده می شود، گالوانومتر نامیده می شوند. آنها اغلب به عنوان نشانگرهای تهی (شاخص عدم وجود جریان یا ولتاژ در مدار) هنگام اندازه گیری با روش های مقایسه استفاده می شوند. با توجه به روش خواندن، گالوانومترها به اشاره گر و آینه تقسیم می شوند. در دومی، علامت مرجع روی ترازو با استفاده از یک پرتو نور و یک آینه نصب شده بر روی قسمت متحرک دستگاه ایجاد می شود.

مترهای مغناطیسی فقط برای اندازه گیری جریان مستقیم مناسب هستند. تغییر جهت جریان در قاب منجر به تغییر جهت گشتاور و انحراف فلش در جهت مخالف می شود. هنگامی که متر به یک مدار جریان متناوب با فرکانس حداکثر 5-7 هرتز متصل می شود، سوزن به طور مداوم در اطراف صفر در مقیاس با این فرکانس نوسان می کند. در فرکانس جریان بالاتر، سیستم متحرک به دلیل اینرسی، زمانی را برای پیگیری تغییرات جریان ندارد و سوزن در موقعیت صفر باقی می ماند. اگر جریان ضربانی از متر عبور کند، انحراف سوزن توسط جزء ثابت این جریان تعیین می شود. برای جلوگیری از لرزش سوزن، متر با خازن شنت می شود ظرفیت بزرگ.

کنتورهایی که برای کار در یک مدار جریان مستقیم طراحی شده اند که جهت آن بدون تغییر است، دارای مقیاس یک طرفه هستند که یکی از انتهای آن تقسیم صفر است. برای به دست آوردن انحراف صحیح سوزن، لازم است که جریان از طریق قاب در جهتی از ترمینال با علامت "+" به ترمینال با علامت "-" عبور کند. کنتورهایی که برای کار در مدارهای جریان مستقیم طراحی شده اند که جهت آنها می تواند تغییر کند، مجهز به یک مقیاس دو طرفه هستند که تقسیم صفر آن معمولاً در وسط قرار دارد. هنگامی که جریان در دستگاه از ترمینال "+" به ترمینال "-" جریان می یابد، فلش به سمت راست منحرف می شود.

کنتورهای مغناطیسی می توانند اضافه بارهای کوتاه مدتی را که به 10 برابر مقدار فعلی Ii می رسد و 3 برابر اضافه بارهای طولانی مدت را تحمل کنند. آنها به میدان های مغناطیسی خارجی حساس نیستند (به دلیل وجود میدان مغناطیسی داخلی قوی)، انرژی کمی در طول اندازه گیری ها مصرف می کنند و در تمام کلاس های دقت قابل انجام هستند.

برای اندازه گیری جریان متناوب، متر مغناطیسی همراه با مبدل های نیمه هادی، الکترونیکی، فوتوالکتریک یا حرارتی استفاده می شود. آنها با هم به ترتیب یکسو کننده، الکترونیکی، فوتوالکتریک یا ترموالکتریک را تشکیل می دهند.

ابزارهای اندازه گیری گاهی اوقات از مترهای الکترومغناطیسی، الکترودینامیکی و فرودینامیکی استفاده می کنند که برای اندازه گیری مستقیم جریان های مستقیم و مقادیر rms جریان های متناوب با فرکانس حداکثر 2.5 کیلوهرتز مناسب هستند. با این حال، متر از این نوع به طور قابل توجهی پایین تر از مغناطیس الکتریکی از نظر حساسیت، دقت و مصرف برق در طول اندازه گیری است. علاوه بر این، دارای مقیاس ناهموار، فشرده در قسمت اولیه و حساس به اثرات میدان های مغناطیسی خارجی هستند که برای تضعیف آن استفاده از صفحه های مغناطیسی و پیچیده شدن طراحی دستگاه ها ضروری است.

تعیین پارامترهای الکتریکی کنتورهای مغناطیسی

هنگام استفاده از مکانیزم اندازه گیری از نوع ناشناخته به عنوان متر برای یک دستگاه مغناطیسی، پارامترهای دومی - جریان انحراف کل I و مقاومت داخلی R و - باید به طور تجربی تعیین شوند.

برنج. 2. طرح های اندازه گیری پارامترهای الکتریکی کنتورهای مغناطیسی

مقاومت قاب Ri را می توان تقریباً با اهم متری که حد اندازه گیری لازم را دارد اندازه گیری کرد. هنگام تست کنتورهای بسیار حساس باید مراقب باشید، زیرا جریان بالای اهم متر می تواند به آنها آسیب برساند. اگر از یک اهم متر باتری چند برد استفاده می شود، اندازه گیری باید با بالاترین حد مقاومت آغاز شود که در آن جریان در مدار برق اهم متر کمترین مقدار است. انتقال به محدودیت های دیگر تنها در صورتی مجاز است که این امر باعث خارج شدن سوزن متر از مقیاس نشود.

پارامترهای متر را می توان با استفاده از نمودار در شکل 1 به طور کاملاً دقیق تعیین کرد. 2، الف. مدار از یک منبع ولتاژ ثابت B از طریق مقاومت R1 تغذیه می شود، که برای محدود کردن جریان در مدار عمل می کند. رئوستات R2 برای انحراف سوزن متر و به مقیاس کامل استفاده می شود. در این مورد، مقدار فعلی Ii با استفاده از یک میکرو آمپرمتر استاندارد (مرجع) (میلی‌آمپرمتر) μA شمارش می‌شود (هنگام راه‌اندازی، بررسی و کالیبره کردن ابزار اندازه‌گیری، در غیاب ابزارها و اندازه‌گیری‌های استاندارد، ابزار کار و معیارهای کلاس دقت بالاتر. از مواردی که مورد آزمایش قرار می گیرند استفاده می شود؛ چنین دستگاه ها و اقداماتی پشتیبانی نامیده می شوند). سپس یک ذخیره مقاومت مرجع Ro به صورت موازی به کنتور متصل می شود که با تغییر مقاومت آن جریان عبوری از کنتور نسبت به جریان در مدار مشترک دقیقاً دو برابر کاهش می یابد. این با مقاومت Ro = Ri انجام خواهد شد. به جای یک مجله مقاومت، می توانید از هر مقاومت متغیری استفاده کنید و سپس مقاومت آن را با استفاده از اهم متر یا پل DC اندازه گیری کنید. همچنین می توان به موازات متر یک مقاومت تنظیم نشده با مقاومت شناخته شده R، ترجیحا نزدیک به مقاومت مورد انتظار R را به موازات متر وصل کرد. سپس مقدار دومی با فرمول تعیین می شود

Ri = (I/I1 - 1) * R،

که در آن I و I1 جریان هایی هستند که به ترتیب با دستگاه های μA و I اندازه گیری می شوند.

اگر I متر دارای یک مقیاس یکنواخت حاوی تقسیمات α باشد، می توانید طرح نشان داده شده در شکل را اعمال کنید. 2، ب. پارامترهای متر مورد نیاز با استفاده از فرمول های زیر محاسبه می شوند:

II = U/(R1+R2) * απ/α1; Ri = (α2 * R2)/(α1-α2) - R1،

که در آن U ولتاژ تغذیه است که با ولت متر اندازه گیری می شود V، α1 و α2 خوانش های مقیاس متر هنگامی که کلید B به ترتیب در موقعیت های 1 و 2 قرار می گیرد، و R1 و R2 مقاومت های شناخته شده مقاومت ها هستند که گرفته می شوند. تقریباً با همان مقادیر هرچه قرائت α1 به انتهای مقیاس نزدیکتر باشد، خطای اندازه گیری کوچکتر است که با انتخاب مناسب مقاومت به دست می آید.

میلی آمپرمتر و آمپرمتر مغناطیسی

کنتورهای مغناطیسی، هنگامی که مستقیماً به مدارهای الکتریکی متصل می شوند، فقط می توانند به عنوان میکرو آمپرمترهای جریان مستقیم با حد اندازه گیری برابر با جریان انحراف کل Ii استفاده شوند. برای گسترش حد اندازه گیری، I متر به مدار جریان به موازات شنت متصل می شود - یک مقاومت کم مقاومت Rsh (شکل 3). در این حالت فقط بخشی از جریان اندازه گیری شده از کنتور عبور می کند و هرچه کمتر باشد مقاومت Rsh در مقایسه با مقاومت کنتور Ri کمتر است. برای اندازه گیری های الکترونیکی، حداکثر حد مورد نیاز برای اندازه گیری جریان مستقیم به ندرت از 1000 میلی آمپر (1 آمپر) تجاوز می کند.

در مقدار محدود انتخاب شده جریان اندازه گیری شده Ip، جریان انحراف کل Ii باید از متر عبور کند. این در مقاومت شنت رخ خواهد داد

Rsh = Ri: (Ip/Ii - 1). (1)

به عنوان مثال، اگر لازم است حد اندازه گیری یک میکروآمپرمتر نوع M260 که دارای پارامترهای Ip = 0.2 میلی آمپر و Ri = 900 اهم است، به مقدار Ip = 20 میلی آمپر افزایش یابد، لازم است از یک شنت با مقاومت استفاده شود. Rsh = 900 / (100-1) = 9.09 اهم.

برنج. 3. نمودار کالیبراسیون میلی آمپرمتر مغناطیسی (آمپرمتر)

شنت های میلی متری از سیم منگنین یا کنستانتان ساخته می شوند. به دلیل مقاومت ویژه بالای مواد، ابعاد شنت ها کوچک است که امکان اتصال مستقیم بین پایانه های دستگاه در داخل یا خارج بدنه آن را فراهم می کند. اگر مقدار جریان Iп (بر حسب آمپر) مشخص باشد، قطر سیم شنت d (به میلی متر) از شرایط انتخاب می شود.

d >= 0.92 I p 0.5 , (2)

که طی آن چگالی جریان در شنت از 1.5 A/mm 2 تجاوز نمی کند. به عنوان مثال، یک شنت میلی‌متری با حد اندازه‌گیری Iп = 20 میلی آمپر باید از سیم با قطر 0.13 میلی‌متر ساخته شود.

با انتخاب یک سیم با قطر مناسب d (بر حسب میلی متر)، طول آن (بر حسب متر) مورد نیاز برای ساخت یک شنت با مقاومت Rsh (بر حسب اهم) تقریباً با فرمول بدست می آید.

L = (1.5...1.9)d 2 * Rsh (3)

و هنگام روشن شدن دستگاه طبق نمودار شکل 1 دقیقاً تنظیم می شود. 3 به صورت سری با میلی آمپر مرجع میلی آمپر.

شنت های جریان های بالا (به آمپرمتر) معمولاً از ورق منگنین ساخته می شوند. برای از بین بردن تأثیر مقاومت های گذرا کنتاکت ها و مقاومت هادی های اتصال، چنین شنت ها دارای چهار گیره هستند (شکل 4، a). گیره های حجیم خارجی گیره های جریان نامیده می شوند و برای گنجاندن یک شنت در مدار جریان اندازه گیری شده استفاده می شوند. پایانه های داخلی پتانسیل نامیده می شوند و برای اتصال کنتور در نظر گرفته شده اند. همچنین این طرح در صورت قطع تصادفی شنت، امکان آسیب دیدن کنتور را در اثر جریان زیاد از بین می برد.

برای کاهش خطای اندازه‌گیری دما ناشی از وابستگی‌های دمایی مختلف مقاومت‌های قاب کنتور و شنت، یک مقاومت منگنین Rk به صورت سری به متر متصل می‌شود (شکل 4، b). با افزایش مقاومت مدار متر، خطا کاهش می یابد. بیشتر بالاترین امتیازهابا روشن کردن ترمیستور Rк با ضریب مقاومت دمایی منفی به دست می آیند. هنگام محاسبه دستگاه با جبران دما تحت مقاومت R و in فرمول های محاسبهباید درک شود مقاومت کلمتر و مقاومت Rk.

برنج. 4. مدارهایی برای اتصال یک شنت برای جریان های بالا (الف) و یک عنصر جبران کننده دما (ب)

با در نظر گرفتن تأثیر شنت، مقاومت داخلی میلی‌متر (آمپرمتر)

Rma = RiRsh/(Ri+Rsh). (4)

برای ارائه کافی است دقت بالا V طیف گسترده ایجریان های اندازه گیری شده، دستگاه باید چندین محدودیت اندازه گیری داشته باشد. این امر با استفاده از یک سری از شنت های قابل تغییر طراحی شده به دست می آید معانی مختلفمحدود کردن IP فعلی

ضریب مقیاس انتقال N نسبت مقادیر حد بالایی دو حد اندازه گیری مجاور است. هنگامی که N = 10، به عنوان مثال، در یک میلی‌متر چهار حدی با محدودیت‌های 1، 10، 100 و 1000 میلی‌آمپر، مقیاس ابزار ساخته شده برای یکی از حدود (1 میلی آمپر) به راحتی می‌تواند برای اندازه‌گیری جریان‌های دیگر استفاده شود. محدودیت ها با ضرب قرائت در ضریب مربوطه 10، 100 یا 1000 است. در این حالت، محدوده اندازه گیری به 90 درصد محدوده قرائت می رسد، که منجر به افزایش محسوس خطای اندازه گیری آن مقادیر فعلی می شود که مطابق با خوانش های بخش های اولیه ترازو است.

برنج. 5. مقیاس میلی‌مترهای مگنتوالکتریک چند حدی

به منظور افزایش دقت اندازه گیری در برخی از ابزارها، مقادیر محدود کننده جریان های اندازه گیری شده از تعدادی اعداد 1، 5، 20، 100، 500 و غیره با استفاده از یک مقیاس مشترک با چندین ردیف عددی انتخاب می شوند. علائم برای خواندن (شکل 5، a). گاهی اوقات مقادیر حدی از یک سری اعداد 1، 3، 10، 30، 100 و غیره انتخاب می شوند، که امکان حذف شمارش در یک سوم اول مقیاس را فراهم می کند. با این حال، مقیاس باید دارای دو ردیف علامت باشد که در مقادیری که به ترتیب مضرب 3 و 10 هستند (شکل 5، b).

سوئیچینگ شنت های مورد نیاز برای حرکت از یک حد اندازه گیری به حد دیگر را می توان با استفاده از یک سوئیچ در هنگام استفاده از پایانه های ورودی مشترک در تمام محدودیت ها (شکل 6) یا با استفاده از سیستمی از سوکت های تقسیم، که نیمه های آن به یکدیگر متصل هستند، انجام داد. با یک دوشاخه فلزی سیم اندازه گیری (شکل 7). یکی از ویژگی های مدارها در شکل. 6، b و 7، b این است که شنت هر حد اندازه گیری شامل مقاومت های شنت های دیگر محدودیت های کمتر حساس است.

برنج. 6. طرح های میلی متر چند حد با سوئیچ از حد اندازه گیری.

هنگام سوئیچ کردن تحت جریان حد اندازه گیری دستگاه، در صورتی که متر به طور خلاصه بدون شنت به مدار جریان اندازه گیری شده متصل شود، آسیب به آن ممکن است. برای جلوگیری از این امر، طراحی سوئیچ ها (شکل 6) باید انتقال از یک کنتاکت به کنتاکت دیگر را بدون قطع شدن مدار تضمین کند. بر این اساس، طراحی سوکت‌های اسپلیت (شکل 7) باید اجازه دهد که دوشاخه سیم اندازه‌گیری، هنگام روشن شدن، ابتدا با شنت و سپس با مدار متر بسته شود.

برنج. 7. طرح‌های میلی‌متر چندمحدوده‌ای با سوئیچینگ پلاگین محدودیت‌های اندازه‌گیری.

به منظور محافظت از متر در برابر اضافه بارهای خطرناک، گاهی اوقات یک دکمه Kn با یک تماس قطعی به موازات آن قرار می گیرد (شکل 7، b). کنتور فقط در صورت فشار دادن دکمه وارد مدار می شود. راه موثرحفاظت از کنتورهای حساس، شنت آنها (در جهت جلو) با انتخاب ویژه است دیودهای نیمه هادی; با این حال، در این مورد، نقض یکنواختی مقیاس ممکن است.

در مقایسه با دستگاه‌های دارای شنت‌های قابل تغییر، دستگاه‌های چند بردی با شنت‌های جهانی قابل اطمینان‌تر هستند. یک شنت یونیورسال گروهی از مقاومت های متصل به سری است که همراه با متر تشکیل می شوند مدار بسته(شکل 8). برای اتصال به مدار مورد آزمایش از یک گیره منفی مشترک و یک گیره متصل به یکی از شیرهای شنت استفاده می شود. در این حالت دو شاخه موازی تشکیل می شود. به عنوان مثال، هنگامی که کلید B روی موقعیت 2 تنظیم می شود (شکل 8، a)، یک شاخه شامل مقاومت های بخش فعال شنت است که دارای مقاومت Rsh.d = Rsh2 + Rsh3 است و شاخه دوم شامل مقاومت Rsh1 است. به صورت سری با متر مقاومت Rsh.d باید به گونه ای باشد که در حداکثر جریان اندازه گیری شده Ip، کل جریان انحراف Ii از متر عبور کند. به طور کلی

Rsh.d = (Rsh + Ri) (Ii/Ip). (5)

که در آن Rsh = Rsh1 + Rsh2 + Rsh3 + ... مقاومت کل شنت است.

شنت یونیورسال به طور کلی عملکرد یک شنت فعال را در حد 1 انجام می دهد که مربوط به کوچکترین است مقدار محدودجریان اندازه گیری شده IP1; مقاومت آن را می توان با استفاده از فرمول (1) محاسبه کرد. اگر محدودیت های اندازه گیری انتخاب شده باشد Iп2 = = N12*Iп1. IP3 = N23 * IP2; Iп4 = N34*Iп3 و غیره، سپس مقاومت بخش های جداگانه شنت با عبارات تعیین می شود:

Rsh2 + Rsh3 + RSH4 + ... = Rsh/N12;

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

Rsh4 + ... = Rsh/(N12*N23*N34) و غیره. تفاوت مقاومت از دو برابری مجاور به ما امکان می دهد مقاومت را تعیین کنیم. اجزای فردیشانت Rsh1، Rsh2، Rsh3 و غیره

برنج. 8. طرح های میلی متر چند حد با شنت جهانی

از عبارات فوق واضح است که فاکتورهای انتقال N12، N23، N34 و غیره کاملاً با نسبت مقاومت های بخش های جداگانه شنت تعیین می شوند و کاملاً مستقل از داده های متر هستند. بنابراین، همان شنت جهانی، متصل به موازات مترهای مختلف، محدودیت های خود را به همان تعداد بار تغییر می دهد. در این مورد، حد اندازه گیری اولیه با فرمول تعیین می شود

Iп1 = Ii*(Ri/Rsh + 1). (6)

از نمودارهای شکل. 8 نشان می دهد که در دستگاه های دارای شنت جهانی، محدودیت های اندازه گیری را می توان هم با استفاده از سوئیچ ها و هم با استفاده از سوکت ها انتخاب کرد نوع معمولی. قطع شدن تماس در این مدارها برای کنتور بی خطر است. اگر مقدار تقریبی جریانی که باید اندازه‌گیری شود ناشناخته است، قبل از اتصال یک دستگاه چند حدی به مدار مورد آزمایش، باید بزرگترین حد اندازه‌گیری بالا تنظیم شود.

کالیبراسیون میلی آمپرمترها و آمپرمترهای مغناطیسی

کالیبراسیون یک دستگاه اندازه گیری شامل تعیین ویژگی کالیبراسیون آن است، یعنی رابطه بین مقادیر کمیت اندازه گیری شده و قرائت های دستگاه قرائت، که در قالب یک جدول، نمودار یا فرمول بیان می شود. در عمل، کالیبراسیون یک ابزار اشاره گر با اعمال تقسیماتی در مقیاس آن تکمیل می شود که با مقادیر عددی خاصی از کمیت اندازه گیری شده مطابقت دارد.

برای دستگاه های مغناطیسی با مقیاس های یکنواخت، وظیفه اصلی کالیبراسیون ایجاد مطابقت تقسیم مقیاس نهایی با مقدار محدود کننده مقدار اندازه گیری شده است، که می تواند با استفاده از نموداری مشابه آنچه در شکل نشان داده شده است انجام شود. 3. دستگاه در حال کالیبره به پایانه های 1 و 2 متصل می شود. با یک رئوستات R در مدار که توسط منبع جریان مستقیم تغذیه می شود، مقدار حدی Ip جریان با استفاده از دستگاه مرجع mA و نقطه مقیاسی که متر به آن می رسد تنظیم می شود. سوزن I منحرف می شود نقطه پایانمقیاس را می توان در هر نقطه نزدیک به توقف که حرکت فلش را محدود می کند گرفته شود. در ابزارهای چند حدی با مقیاس های متعدد، چنین انتخاب دلخواه پایان مقیاس را می توان تنها در یک حد، که به عنوان حد اولیه در نظر گرفت، انجام داد.

اگر فلش در Ip فعلی در تقسیم نهایی مقیاس نباشد، تنظیم دستگاه ضروری است. در دستگاه های تک لیمیت یا در حد اولیه دستگاه چند حدی، این تنظیم را می توان با استفاده از شنت مغناطیسی انجام داد. در غیاب مورد دوم، تنظیم با تنظیم مقاومت های شنت انجام می شود. اگر در جریان Ip فلش به تقسیم نهایی نرسد، مقاومت شنت Rsh باید افزایش یابد. هنگامی که فلش از مقیاس خارج می شود، مقاومت شانت کاهش می یابد.

هنگام کالیبره کردن دستگاه های چند حدی که مطابق با طرح های نشان داده شده در شکل 1 عمل می کنند. 6، b، 7، b و 8، تنظیم شنت ها باید به ترتیب خاصی انجام شود، با شروع مقاومت شنت Rsh، مطابق با بالاترین حد فعلی Iп3. سپس مقاومت شنت های Rsh2 و Rsh1 به ترتیب تنظیم می شوند. هنگام تعویض محدودیت ها، ممکن است نیاز به تعویض دستگاه مرجع باشد که حد بالای اندازه گیری آن در همه موارد باید برابر یا کمی بیشتر از مقدار حدی مقیاس کالیبره شده باشد.

با دانستن موقعیت تقسیمات اولیه و نهایی یک مقیاس یکنواخت، تعیین موقعیت تمام تقسیمات میانی آسان است. با این حال، باید در نظر داشت که برخی از دستگاه های مغناطیسی، به دلیل نقص یا ویژگی های طراحی، مدار اندازه گیریممکن است تناسب دقیقی بین حرکت زاویه ای اشاره گر و جریان اندازه گیری شده وجود نداشته باشد. بنابراین، توصیه می شود کالیبراسیون ترازو را در چند مورد بررسی کنید نقاط میانی، تغییر جریان با رئوستات R. مقاومت Ro در خدمت محدود کردن جریان در مدار است.

کالیبراسیون باید با دستگاه کاملاً مونتاژ شده و در شرایط عملیاتی معمولی انجام شود. نقاط مرجع به دست آمده با یک مداد تیز شده (با شیشه برداشته شده از محفظه کنتور) روی سطح ترازو اعمال می شود یا با توجه به علائم موجود در مقیاس موجود دستگاه ثابت می شود. اگر ترازوی متر قدیمی غیرقابل استفاده باشد، یک ترازو جدید از کاغذ ضخیم و صاف ساخته می شود که به جای ترازو قدیمی با چسب مقاوم در برابر رطوبت چسبانده می شود. موقعیت ترازو جدید باید دقیقاً با موقعیت اشغال شده توسط ترازو قدیمی هنگام کالیبره کردن دستگاه مطابقت داشته باشد. با ترسیم یک ترازو با جوهر سیاه در مقیاس بزرگ شده و سپس تهیه یک فتوکپی از آن در اندازه مورد نیاز، نتایج خوبی حاصل می شود.

در بالا بحث شد اصول کلیفارغ التحصیلی برای اشاره گر اعمال می شود ابزار اندازه گیریبرای اهداف مختلف

ویژگی های اندازه گیری جریان مستقیم

برای اندازه گیری جریان، یک دستگاه (به عنوان مثال، یک میلی متر) به صورت سری به مدار مورد آزمایش متصل می شود. این منجر به افزایش مقاومت کل مدار و کاهش جریان جریان در آن می شود. درجه این کاهش (بر حسب درصد) با ضریب نفوذ میلی‌متر تخمین زده می‌شود

Vma = 100*Rma/(Rma + Rc)،

جایی که Rts است مقاومت کلمدارهای بین نقاط اتصال دستگاه (به عنوان مثال، پایانه های 1 و 2 در نمودار در شکل 3).

ضرب صورت و مخرج سمت راست فرمول در مقدار جریان در مدار I و در نظر گرفتن اینکه I * Rma افت ولتاژ روی میلی‌متر Uma است و I (Rma + Rc) برابر است emf E، با عمل در مدار مورد مطالعه، به دست می آوریم

Vma = 100*Uma/E.

در یک زنجیره پیچیده (شاخه ای) تحت e. d.s. باید ولتاژ مدار باز بین نقاط قطعی که دستگاه باید به آن وصل شود را درک کنید.

مقدار ولتاژ محدود کننده Uma افت ولتاژ در دستگاه Uп است که باعث می شود سوزن آن به علامت مقیاس نهایی منحرف شود. بنابراین، فوق العاده است معنی ممکنضریب تاثیر در هنگام استفاده از این دستگاه

Bp = 100Up/E. (7)

از فرمول های فوق چنین بر می آید که کمتر e. d.s. E، دستگاه با شدت بیشتری بر جریان اندازه گیری شده تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، اگر Up/E = 0.1، Vp = 10٪، یعنی روشن کردن دستگاه می تواند باعث کاهش 10٪ جریان در مدار شود. در Up/E = 0.01، کاهش فعلی از 1٪ تجاوز نمی کند. بنابراین، هنگام اندازه‌گیری جریان رشته‌ای لوله‌های رادیویی یا جریان امیتر ترانزیستورها، باید انتظار زیادی داشت. تغییر بیشترجریان در مدار نسبت به اندازه گیری جریان آند، صفحه یا کلکتور. همچنین بدیهی است که با همان محدودیت‌های اندازه‌گیری، دستگاهی که با مقدار ولتاژ پایین‌تر مشخص می‌شود، تأثیر کمتری بر جریان اندازه‌گیری شده دارد. در میلی‌مترهای چند بردی با شنت‌های سوئیچ‌پذیر (شکل 6 و 7)، در تمام محدودیت‌های اندازه‌گیری، حداکثر افت ولتاژ در سراسر دستگاه یکسان و برابر با ولتاژ انحراف کل کنتور است، یعنی بالا = Ui = Ii/ Ri، و توان مصرفی دستگاه به مقدار محدود می شود

Pn = IiUi = Ip*Ii*Ri. بر حسب میلی‌متر با شنت‌های جهانی (شکل 8)، افت ولتاژ در سراسر دستگاه تنها در حد اولیه 1 برابر است با Ii*Ii. در سایر محدودیت‌ها به مقدار Up ≈ Ii*(Rp + Rsh) افزایش می‌یابد (با افزایش توان مصرفی دستگاه در (Ri + Rsh)/Ri بار)، زیرا نشان دهنده مجموع افت ولتاژ روی متر و بخش شنت متصل به صورت سری با آن است. در نتیجه، دستگاهی با یک شنت جهانی، در حالی که همه چیزهای دیگر برابر هستند، نسبت به دستگاهی با شنت‌های قابل تغییر، تأثیر قوی‌تری بر روی حالت مدارهای مورد مطالعه دارد.

اگر مقاومت کل شنت جهانی Rsh >> Ri را در نظر بگیریم، آنگاه کمترین حد میلی‌متر نزدیک به Ii خواهد بود، اما در سایر محدودیت‌ها افت ولتاژ در دستگاه ممکن است بیش از حد بزرگ باشد. اگر مقاومت Rsh را کوچک در نظر بگیریم، کوچکترین جریان حدی Iп1 دستگاه افزایش می یابد. بنابراین، در هر مورد خاص لازم است که موضوع حل شود ارزش قابل قبولمقاومت شانت Rsh.

هنگامی که یک دستگاه مغناطیسی الکتریکی به یک تپنده یا جریان پالسبرای اندازه گیری مولفه مستقیم این جریان، باید یک خازن بزرگ را به موازات دستگاه وصل کرد که مقاومتی برای جزء متناوب جریان دارد که به طور قابل توجهی کمتر است. مقاومت داخلیدستگاه Rma. به منظور از بین بردن تأثیر ظرفیت خازن دستگاه نسبت به بدنه تأسیسات مورد مطالعه، محل اتصال دستگاه به مدارهای فرکانس بالا به گونه ای انتخاب می شود که یکی از پایانه های آن مستقیماً یا از طریق یک دستگاه متصل شود. خازن با ظرفیت بالا به بدنه

در برخی موارد، در مدارهای مختلف تست دستگاه رادیو الکترونیکیشامل شنت‌های دائمی است که اجازه می‌دهد از همان متر مغناطیسی برای نظارت متناوب جریان‌ها در این مدارها بدون شکستن آنها استفاده شود.

وظیفه 1. محاسبه مدار یک میلی‌متر با یک شنت جهانی (شکل 8) برای سه حد اندازه‌گیری: 0.2; 2 و 20 میلی آمپر با ضریب انتقال N = 10. دستگاه متر - میکرو آمپرمتر نوع M94 - دارای داده های: Ii = 150 μA = 0.15 میلی آمپر، Ri = 850 اهم، Ui = Ii/Ri = 0.128 V. برای هر حد، در صورت وجود جریان الکتریکی در مدار دوم، ولتاژ افت دستگاه را در حداکثر جریان و همچنین حداکثر تأثیر ممکن دستگاه بر جریان اندازه گیری شده را پیدا کنید. d.s. E = 20 ولت.

1. در حد 1 (Iп1 = 0.2 میلی آمپر)، شنت به متر به طور کلی یک شنت جهانی است. امپدانسدومی، با فرمول (1)، Rsh = 2550 اهم تعیین می شود.

افت ولتاژ در سراسر دستگاه در حداکثر جریان Up1 = Ui = 0.128 V است. حداکثر ضریب تأثیر ممکن میلی‌آمتر Vp1 = (Up1/E) * 100 = 0.64٪ است.

2. برای حد 2 (Ip2 = 2 mA)، مقاومت بخش شنت شنت جهانی Rsh2+ Rsh3 = Rsh/N = 255 اهم است. بنابراین، مقاومت Rsh1 = Rsh - (Rsh2 + Rsh3) = 2295 اهم.

حداکثر افت ولتاژ در دستگاه Up2 = Ii/(Ri + Rsh1) = 0.727 V. ضریب تأثیر محدود Vp2 = 100*Up2/E = 3.63%.

3. برای محدودیت 3 (IP3 = 20 میلی آمپر) Rsh3 = Rsh/N 2 = 25.5 اهم. Rsh2 = 255-25.5 = 229.5 اهم. Up3 = Iп*(Ri + Rsh1 + Rsh2) = 0.761 V; Bp3 = 100*p3/E = 3.80%.

وظیفه 2. مدار یک میلی‌متر را با یک شنت جهانی برای سه حد اندازه‌گیری محاسبه کنید: 5، 50 و 500 میلی‌آمپر. دستگاه متر - میکرو آمپرمتر نوع M260M - دارای داده های زیر است: Ii = 500 µA، Ri = 150 اهم. اگر اندازه گیری هایی در محدوده 5 و 50 میلی آمپر در مدارهایی انجام می شود که در آنها به عنوان مثال، تأثیر دستگاه را بر جریان اندازه گیری شده تعیین کنید. d.s. نه کمتر از 200 ولت و در حد 500 میلی آمپر - در مدار رشته ای یک لوله رادیویی که از باتری با emf تغذیه می شود. 6 V.

پاسخ: Rsh = 16.67 اهم; Rsh1 = 15 اهم؛ Rsh2= 1.5 اهم; Rsh3=0.17 اهم; Up1 = 75 mV; Bp1 = 0.037%؛ Up2 = 82.5 میلی ولت؛ Bp2 = 0.041٪; Up3 = 83 mV; VP3= 1.4%.

پاسخ: 1) Rsh1 = 16.67 اهم; Rsh2 = 1.52 0m; Rsh3=0.15 اهم; 2) Rsh1 = 15.15 اهم؛ Rsh2= 1.37 اهم; Rsh3 = 0.15 اهم.

میکرو آمپرمترهای DC ترانزیستوری

در صورت نیاز به اندازه گیری جریان های بسیار کوچک، به طور قابل توجهی کمتر از کل جریان انحراف I متر مغناطیسی موجود، دومی همراه با تقویت کننده جریان مستقیم استفاده می شود. ساده ترین و مقرون به صرفه ترین تقویت کننده های مبتنی بر ترانزیستورهای دوقطبی. تقویت جریان را می توان با اتصال ترانزیستورها با استفاده از مدارهایی با یک امیتر مشترک و یک کلکتور مشترک بدست آورد، اما مدار اول ترجیح داده می شود زیرا کمتر ارائه می دهد. امپدانس ورودیتقویت کننده

برنج. 9. مدارهای میکرو آمپرمترهای DC تک ترانزیستوری

ساده ترین طرح یکی است میکرو آمپرمتر ترانزیستوری، از منبعی با emf تغذیه می شود. E = 1.5 ... 4.5 V، نشان داده شده در شکل. 9، یک، خطوط جامد. جریان پایه Ib جریان اندازه گیری شده است، در یک مقدار اسمی معین که در یک جریان Ik در مدار کلکتور جریان دارد، برابر با کل جریان انحراف Ii متر I. ضریب انتقال جریان استاتیک Vst = Ik/Ib = Ii/ در، از جایی که جریان نامی اندازه گیری شده In = Ii/Bst. به عنوان مثال، هنگام استفاده از یک ترانزیستور نوع GT115A با Vst = 60، و یک متر نوع M261 با جریان Ii = 500 μA، جریان نامی In = 500/60 ≈ 8.3 μA است. از آنجایی که رابطه بین جریان های Ik و Ib نزدیک به خطی است، مقیاس متر که در مقادیر جریان اندازه گیری شده درجه بندی شده است، تقریباً یکنواخت خواهد بود (به استثنای بخش اولیه کوچکی از مقیاس تا 10٪ از آن. طول). با اتصال یک شنت انتخاب شده ویژه بین پایانه های ورودی، می توانید حداکثر جریان اندازه گیری شده را به مقدار مناسب برای محاسبات افزایش دهید (به عنوان مثال، تا 10 μA).

که در مدارهای واقعیمیکرو آمپرمترهای ترانزیستوری اقداماتی را با هدف تثبیت حالت کار و اصلاح انحرافات احتمالی آن انجام می دهند. اول از همه، غیرقابل قبول است (مخصوصاً وقتی افزایش ولتاژمنبع تغذیه) مدار باز پایه ترانزیستور، که ممکن است در حین اندازه گیری رخ دهد. بنابراین، پایه از طریق یک مقاومت مقاومت کوچک یا همانطور که با خط چین در شکل نشان داده شده است به امیتر متصل می شود. 9، a، با قطب منفی منبع از طریق یک مقاومت Rb با مقاومتی در حد صدها کیلو اهم. در مورد دوم، یک ولتاژ بایاس به پایه عرضه می شود که حالت عملکرد تقویت کننده را تنظیم می کند. سپس، به منظور تنظیم مورد نیاز جریان نامی(با فرض 10 µA برای مثال بالا) مقاومت پیرایش Rsh = (2...5) Ri را موازی با متر (یا به صورت سری با آن) روشن کنید.

باید در نظر داشت که در صورت عدم وجود جریان اندازه گیری شده، جریان اولیه کلکتور Ik.n از متر عبور می کند و به 5-20 μA می رسد و به دلیل وجود یک جریان کلکتور معکوس کنترل نشده Ik.o و جریان در مدار مقاومت پایه Rb. اثر جریان Ik.n را می توان با صفر کردن سوزن متر با استفاده از یک اصلاح کننده مکانیکی دستگاه جبران کرد. با این حال، انجام آن منطقی تر است نصب برقبه عنوان مثال، با استفاده از یک باتری کمکی E0 و یک رئوستات R0 = (5...10) رند، در مدار متر یک جریان جبرانی I0، برابر با مقدار، اما در جهت مخالف جریان Ik.n ایجاد می کند. به جای دو منبع تغذیه، می توانید از یکی (شکل 9، ب) استفاده کنید، که به موازات آن یک تقسیم کننده ولتاژ متشکل از دو مقاومت R1 و R2 با مقاومت های مرتبه صدها اهم متصل می شود. این یک مدار پل DC ایجاد می کند (به روش پل برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی مراجعه کنید)، که با تغییر مقاومت یکی از بازوها (R0) متعادل می شود.

نیاز به پیچیده کردن مدار اصلی تقویت کننده تک ترانزیستوری منجر به این واقعیت می شود که افزایش جریان

Ki = Ui/In (8)

معلوم می شود که کمتر از ضریب انتقال جریان Vst ترانزیستور مورد استفاده است. علاوه بر این، عملیات قابل اعتمادمیکرو آمپرمتر ترانزیستوری تنها در صورت انتخاب Ki می تواند ارائه شود<< Вст.

همانطور که مشخص است، پارامترهای ترانزیستور به طور قابل توجهی به دمای محیط بستگی دارد. تغییر در حالت دوم منجر به نوسانات خود به خودی (رانش) جریان کلکتور معکوس Ik.o می شود که در ترانزیستورهای ژرمانیومی به ازای هر 10 کلوین افزایش دما تقریباً 2 برابر افزایش می یابد. این باعث تغییر قابل توجهی در بهره جریان Ki و مقاومت ورودی تقویت کننده می شود که می تواند منجر به نقض کامل ویژگی کالیبراسیون دستگاه شود. همچنین باید تغییر برگشت ناپذیر پارامترها ("پیری") ترانزیستورهای مشاهده شده در طول زمان را در نظر گرفت که نیاز به بررسی دوره ای و اصلاح ویژگی های کالیبراسیون دستگاه ترانزیستور را ایجاد می کند.

اگر بتوان تغییر Ik.o فعلی را تا حدی با تنظیم صفر قبل از شروع اندازه گیری جبران کرد، باید اقدامات خاصی برای تثبیت بهره Ki انجام شود. بنابراین، بایاس به پایه (شکل 9، b) از طریق یک تقسیم‌کننده ولتاژ از مقاومت‌های Rb1 و Rb2 تامین می‌شود و گاهی اوقات از یک ترمیستور با ضریب مقاومت دمایی منفی به عنوان دومی استفاده می‌شود. ترمیستور را می توان با دیود D که موازی با مقاومت Rb1 متصل است جایگزین کرد. با افزایش دما، مقاومت معکوس دیود کاهش می یابد، که منجر به توزیع مجدد ولتاژ بین الکترودهای ترانزیستور می شود که با افزایش جریان کلکتور مقابله می کند. بازخورد منفی بین کلکتور و پایه در همان جهت عمل می کند که به دلیل اتصال خروجی مقاومت Rb2 به کلکتور (و نه منبع تغذیه منهای) ظاهر می شود. موثرترین اثر با بازخورد منفی است که زمانی رخ می دهد که یک مقاومت Re به مدار امیتر متصل شود.

افزایش پایداری تقویت کننده با استفاده از بازخورد منفی به اندازه کافی عمیق منجر به نسبت کمی از ضرایب Ki/Bst می شود. بنابراین، برای به دست آوردن یک بهره Ki برابر با چند ده، لازم است یک ترانزیستور ژرمانیومی با ضریب انتقال جریان بالا برای میکرو آمپرمتر انتخاب شود: Vst = 120...200.

در میکروآمپرمترها می توان از ترانزیستورهای سیلیکونی استفاده کرد که در مقایسه با ژرمانیوم دارای پارامترهایی هستند که هم در طول زمان و هم با توجه به تأثیرات دما پایدارتر هستند. با این حال، ضریب Vst برای ترانزیستورهای سیلیکونی معمولاً کوچک است. می توان آن را با استفاده از مدار ترانزیستور مرکب افزایش داد (شکل 9، ج). دومی دارای ضریب انتقال جریان Vst تقریبا برابر حاصلضرب ضرایب مربوط به ترانزیستورهای سازنده آن است، یعنی Vst ≈ Vst1*Vst2. با این حال، جریان کلکتور معکوس ترانزیستور کامپوزیت:

Ik.o ≈ Ik.o2 + Bst2*Ik.o1

به طور قابل توجهی از جریان های مربوط به اجزای آن فراتر می رود و در معرض نوسانات دمایی قابل توجه است که منجر به نیاز به تثبیت حالت تقویت کننده می شود.

هنگامی که تقویت کننده آن در یک مدار متعادل با دو ترانزیستور معمولی یا مرکب، که مخصوصاً با توجه به هویت پارامترهای آنها انتخاب می شوند (در درجه اول، با توجه به برابری تقریبی ضرایب Vst) تنظیم شده است، پایداری بالای عملکرد یک میکرو آمپرمتر ترانزیستوری آسان تر است. و جریانات Ik.o). یک نمودار معمولی از چنین دستگاهی با عناصر تثبیت و اصلاح در شکل نشان داده شده است. 10. از آنجایی که جریانهای کلکتور اولیه ترانزیستورها تقریباً به طور مساوی به دما و ولتاژ تغذیه بستگی دارند و از طریق کنتور در جهت مخالف جریان می یابند و یکدیگر را جبران می کنند، پایداری موقعیت صفر سوزن کنتور و یکنواختی مقیاس آن افزایش می یابد. بازخورد منفی عمیق ارائه شده توسط مقاومت های Re و Rb.k باعث افزایش پایداری بهره جریان می شود. مدار متعادل همچنین حساسیت میکروآمپرمتر را افزایش می دهد، زیرا جریان اندازه گیری شده پتانسیل هایی با علائم مختلف در الکترودهای ورودی هر دو ترانزیستور ایجاد می کند. در نتیجه مقاومت داخلی یک ترانزیستور افزایش می یابد و دیگری کاهش می یابد که عدم تعادل نقطه جریان مستقیم را افزایش می دهد که در مورب آن متر AND گنجانده شده است.

هنگام تنظیم یک میکروآمپرمتر متعادل، پتانسیومتر تنظیم کننده Rk برای یکسان سازی پتانسیل های کلکتور استفاده می شود، که با عدم خوانش کنتور در هنگام اتصال کوتاه پایانه های ورودی کنترل می شود. تنظیم صفر در حین کار با استفاده از پتانسیومتر Rb با یکسان سازی جریان های پایه با پایانه های ورودی باز انجام می شود. باید در نظر داشت که این دو تنظیم به یکدیگر وابسته هستند و هنگام اشکال زدایی دستگاه باید چندین بار به نوبه خود تکرار شوند.

برنج. 10. مدار متعادل میکرو آمپرمتر ترانزیستوری

مقاومت ورودی میکرو آمپرمتر Rmka عمدتاً با مقاومت کل R = Rb1 + Rb2 + R6 تعیین می شود که بین پایه های ترانزیستورها عمل می کند و تقریباً (0.8...0.9) * R است. تعیین دقیق آن، و همچنین جریان محدود کننده نامی در، باید به صورت تجربی تعیین شود. تنظیم مقدار مورد نیاز جریان نامی با استفاده از زنجیره ای از مقاومت ها راحت است که مقاومت آن باید هنگام تعیین مقاومت ورودی Rμm در نظر گرفته شود.

پایداری مقاومت ورودی امکان گسترش حد اندازه گیری را در جهت کاهش حساسیت با استفاده از شنت ها فراهم می کند. مقاومت شنت مورد نیاز برای به دست آوردن حداکثر جریان اندازه گیری شده Iп،

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

با داده های عددی نشان داده شده در نمودار و استفاده از ترانزیستورهای با Vst ≈ 150، میکروآمپرمتر متعادل دارای بهره Ki ≈ 34 است و می تواند با استفاده از یک مقاومت برش Rm به جریان نامی In = 10 μA تنظیم شود. اگر لازم باشد جریان نامی تقریباً 1 میکروآمپر به دست آید، تقویت کننده با مرحله دوم تکمیل می شود، که اغلب در مدار پیرو امیتر اجرا می شود، که تطبیق امپدانس خروجی تقویت کننده را با امپدانس پایین آسان تر می کند. AND متر

هنگام آزمایش مدارهای الکتریکی قدرت، اغلب نیاز به اندازه گیری جریان وجود دارد. برای اندازه گیری مقدار جریان مستقیم، به عنوان یک قاعده، از یک شنت مقاومت استفاده می شود که به صورت سری با بار متصل می شود، ولتاژی که بر روی آن متناسب با جریان است. با این حال، اگر نیاز به اندازه‌گیری جریان‌های بزرگ وجود داشته باشد، یک شنت با قدرت چشمگیر مورد نیاز خواهد بود، بنابراین توصیه می‌شود از روش‌های اندازه‌گیری دیگر استفاده کنید.

در این راستا، من این ایده را داشتم که یک جریان سنج بر اساس سنسور هال مونتاژ کنم. نمودار آن در شکل نشان داده شده است.

ویژگی های آمپرمتر:

• جریان AC یا DC را بدون تماس الکتریکی با مدار اندازه گیری کنید
• جریان RMS واقعی را بدون توجه به شکل موج و همچنین حداکثر مقدار را در یک دوره (تقریباً 0.5 ثانیه) اندازه گیری می کند.
• نمایش اطلاعات روی نمایشگر LCD کاراکتری
• دو حالت اندازه گیری (تا 10 آمپر و تا 50 آمپر)

این طرح به شرح زیر عمل می کند. سیم حامل جریان در داخل حلقه فریت قرار دارد و میدان مغناطیسی ایجاد می کند که بزرگی آن با شدت جریان مستقیماً متناسب است. یک سنسور هال واقع در شکاف هوای هسته، مقدار القایی میدان را به ولتاژ تبدیل می‌کند و این ولتاژ به تقویت‌کننده‌های عملیاتی تامین می‌شود. آمپرهای عملیاتی برای تطبیق سطوح ولتاژ از سنسور تا محدوده ولتاژ ورودی ADC مورد نیاز است. داده های دریافتی توسط میکروکنترلر پردازش شده و بر روی صفحه نمایش LCD نمایش داده می شود.

محاسبه اولیه طرح

یک حلقه R20*10*7 از مواد N87 به عنوان هسته استفاده می شود. سنسور هال - SS494B.

با استفاده از یک فایل، شکافی در حلقه به ضخامتی ایجاد می شود که سنسور می تواند در آنجا قرار گیرد، یعنی حدود 2 میلی متر. در این مرحله می توان حساسیت سنسور به جریان و حداکثر جریان اندازه گیری شده را تقریباً تخمین زد.

نفوذپذیری معادل یک هسته با شکاف تقریباً برابر با نسبت طول خط مغناطیسی به اندازه شکاف است:

سپس، با جایگزینی این مقدار به فرمول محاسبه القاء در هسته و ضرب همه آن در حساسیت سنسور، وابستگی ولتاژ خروجی سنسور به قدرت جریان را پیدا می کنیم:

اینجا K B- حساسیت سنسور به القای میدان مغناطیسی، بیان شده در V/T (برگرفته از برگه داده).

مثلا در مورد من لساعت= 2 میلی متر = 0.002 متر،K B= 5 mV/Gauss = 50 V/T،جایی که به دست می آوریم:

حساسیت واقعی به جریان برابر بود 0.03V/A، یعنی محاسبه بسیار دقیق معلوم می شود.

با توجه به برگه اطلاعات SS494B، حداکثر القایی اندازه گیری شده توسط سنسور 420 گاوس است، بنابراین حداکثر جریان اندازه گیری شده:

عکس سنسور در شکاف:

محاسبه مدارهای آپ امپ

آمپرمتر دارای دو کانال است: حداکثر 10 A (پایه 23 MK) و تا 50 A (پایه 24 MK). مولتی پلکسر ADC حالت ها را تغییر می دهد.

یون داخلی به عنوان ولتاژ مرجع ADC انتخاب می شود، بنابراین سیگنال باید به محدوده 0 - 2.56 V برسد. هنگام اندازه گیری جریان های ± 10 A، ولتاژ سنسور 2.5 ± 0.3 V است، بنابراین لازم است آن را تقویت و جابجا کنید تا نقطه صفر دقیقاً در وسط محدوده ADC باشد. برای این منظور از op-amp IC2:A استفاده می شود که به عنوان یک تقویت کننده غیر معکوس متصل می شود. ولتاژ در خروجی آن با معادله توصیف می شود:

در اینجا، R2 به معنای R2 و P2 به ترتیب متصل شده است، و R3، به ترتیب، R3 و P3، به طوری که بیان بیش از حد دست و پا گیر به نظر نمی رسد. برای یافتن مقاومت های مقاومت، معادله را دو بار می نویسیم (برای جریان های -10A و +10A):

ما ولتاژها را می شناسیم:

با تنظیم R4 برابر با 20 کیلو اهم، سیستمی متشکل از دو معادله را بدست می آوریم که متغیرهای آن R2 و R3 هستند. راه حل سیستم را می توان به راحتی با استفاده از بسته های ریاضی مانند MathCAD پیدا کرد (فایل محاسبه ضمیمه مقاله است).

مدار دوم متشکل از IC3:A و IC3:B به روشی مشابه محاسبه می شود. در آن، سیگنال سنسور ابتدا از تکرار کننده IC3:A عبور می کند و سپس به تقسیم کننده روی مقاومت های R5، R6، P5 می رود. پس از تضعیف سیگنال، توسط op-amp IC3:B بیشتر بایاس می شود.

شرح عملکرد میکروکنترلر

میکروکنترلر ATmega8A سیگنال های آپ امپ را پردازش می کند و نتایج را روی نمایشگر نمایش می دهد. کلاک آن از یک نوسانگر داخلی در 8 مگاهرتز است. فیوزها به استثنای CKSEL استاندارد هستند. در PonyProg آنها به این صورت تنظیم می شوند:

ADC برای کار در 125 کیلوهرتز پیکربندی شده است (ضریب تقسیم 64). هنگامی که تبدیل ADC کامل شد، کنترل کننده وقفه فراخوانی می شود. حداکثر مقدار جریان را ذخیره می کند و مجذور جریان نمونه های متوالی را نیز خلاصه می کند. هنگامی که تعداد نمونه ها به 5000 رسید، میکروکنترلر مقدار RMS جریان را محاسبه می کند و داده ها را روی نمایشگر نمایش می دهد. سپس متغیرها ریست می شوند و همه چیز از ابتدا اتفاق می افتد. نمودار صفحه نمایش WH0802A را نشان می دهد، اما هر صفحه نمایش دیگری با کنترلر HD44780 قابل استفاده است.

سیستم عامل میکروکنترلر، یک پروژه برای CodeVision AVR و یک فایل شبیه سازی در Proteus به مقاله پیوست شده است.

راه اندازی طرح

راه‌اندازی دستگاه به تنظیم مقاومت‌های پیرایش می‌رسد. ابتدا باید کنتراست نمایشگر را با چرخاندن P1 تنظیم کنید.

سپس، با تغییر با دکمه S1 به حالت تا 10A، P2 و P3 را پیکربندی می کنیم. یکی از مقاومت ها را تا جایی که ممکن است به سمت راست می چرخانیم و با چرخاندن مقاومت دوم به عدد صفر روی دستگاه می رسیم. ما سعی می کنیم جریانی را اندازه گیری کنیم که مقدار آن دقیقاً مشخص است و قرائت آمپرمتر باید کمتر از مقدار واقعی باشد. هر دو مقاومت را کمی به سمت چپ می پیچیم تا نقطه صفر حفظ شود و دوباره جریان را اندازه می گیریم. این بار خوانش ها باید کمی بالاتر باشد. این کار را تا زمانی ادامه می دهیم که به نمایش دقیق مقدار فعلی دست یابیم.

حالا بیایید به حالت تا 50 آمپر برویم و آن را پیکربندی کنیم. مقاومت P4 روی نمایشگر صفر می کند. مقداری جریان را اندازه می گیریم و به قرائت ها نگاه می کنیم. اگر آمپرمتر آنها را بیش از حد تخمین زد، P5 را به چپ بچرخانید و اگر آن را دست کم گرفت، سپس به سمت راست بپیچید. دوباره آن را روی صفر قرار می دهیم، خوانش ها را در یک جریان مشخص بررسی می کنیم و غیره.

عکس دستگاه

اندازه گیری جریان DC:

به دلیل کالیبراسیون دقیق ناکافی، مقادیر کمی بیش از حد تخمین زده می شوند.

اندازه گیری جریان متناوب با فرکانس 50 هرتز، آهن به عنوان بار استفاده می شود:

در تئوری، جریان rms یک سینوسی برابر با 0.707 حداکثر است، اما با قضاوت بر اساس قرائت ها، این ضریب برابر با 0.742 است. پس از بررسی شکل ولتاژ در شبکه، معلوم شد که فقط شبیه یک موج سینوسی است. با در نظر گرفتن این موضوع، چنین خوانش های ابزار کاملاً قابل اعتماد به نظر می رسند.

دستگاه هنوز هم ایرادی دارد. صدای ثابتی در خروجی سنسور وجود دارد. با عبور از op-amp، آنها به میکروکنترلر می رسند، در نتیجه رسیدن به صفر کامل غیرممکن است (تقریباً 30-40 میلی آمپر RMS به جای صفر نمایش داده می شود). این را می توان با افزایش ظرفیت C7 اصلاح کرد، اما پس از آن ویژگی های فرکانس بدتر می شود: در فرکانس های بالا قرائت ها دست کم گرفته می شود.

منابع مورد استفاده

فهرست عناصر رادیویی

تعیین	تایپ کنید	فرقه	تعداد	توجه داشته باشید	خرید کنید	دفترچه یادداشت من
IC1	MK AVR 8 بیتی	ATmega8A	1	DIP-28		به دفترچه یادداشت
IC2، IC3	تقویت کننده عملیاتی	MCP6002	2	SOIC-8		به دفترچه یادداشت
IC4	تنظیم کننده خطی	L78L05	1			به دفترچه یادداشت
IC5	سنسور هال	SS494B	1			به دفترچه یادداشت
C1-C7	خازن	100 nF	9	K10-17b		به دفترچه یادداشت
R1، R3، R6، R9	مقاومت	10 کیلو اهم	4	اس ام دی 1206		به دفترچه یادداشت
R2	مقاومت	12 کیلو اهم	1	اس ام دی 1206		به دفترچه یادداشت
R4	مقاومت	20 کیلو اهم	1	اس ام دی 1206		به دفترچه یادداشت
R5	مقاومت	6.8 کیلو اهم	1	اس ام دی 1206		به دفترچه یادداشت
R7، R8	مقاومت	100 کیلو اهم	2	اس ام دی 1206		به دفترچه یادداشت
P1	مقاومت تریمر	10 کیلو اهم	1	3362P		به دفترچه یادداشت
P2	مقاومت تریمر	4.7 کیلو اهم	1	3362P

من می خواهم یک نسخه ارتقا یافته برای منبع تغذیه آزمایشگاهی را مورد توجه شما قرار دهم. قابلیت خاموش کردن بار در صورت تجاوز از جریان از پیش تعیین شده مشخص اضافه شده است. می توانید برای یک ولتامتر بهبودیافته سیستم عامل را فلش کنید.

مدار دیجیتالی جریان و ولتاژ سنج

چندین جزئیات نیز به نمودار اضافه شد. از کنترل ها یک دکمه و یک مقاومت متغیر با مقدار 10 کیلو اهم تا 47 کیلو اهم وجود دارد. مقاومت آن برای مدار حیاتی نیست، و همانطور که می بینید، می تواند در محدوده نسبتاً وسیعی متفاوت باشد. ظاهر روی صفحه نیز کمی تغییر کرده است. اضافه شدن نمایشگر قدرت و آمپر ساعت.

متغیر جریان سفر در EEPROM ذخیره می شود. بنابراین، پس از خاموش کردن، دیگر نیازی به پیکربندی همه چیز ندارید. برای ورود به منوی تنظیمات فعلی، باید دکمه را فشار دهید. با چرخاندن دستگیره مقاومت متغیر، باید جریانی را تنظیم کنید که رله در آن خاموش شود. از طریق سوئیچ ترانزیستوری به خروجی متصل می شود PB5میکروکنترلر Atmega8.

در لحظه خاموش شدن، صفحه نمایش نشان می دهد که از حداکثر جریان تنظیم شده فراتر رفته است. پس از فشار دادن دکمه به منوی تنظیمات حداکثر جریان برمی گردیم. برای تغییر حالت اندازه گیری باید دوباره دکمه را فشار دهید. به سمت خروجی PB5میکروکنترلر log 1 را ارسال می کند و رله روشن می شود. این نوع نظارت فعلی نیز معایبی دارد. حفاظت فوراً کار نخواهد کرد. تحریک ممکن است چند ده میلی ثانیه طول بکشد. برای اکثر دستگاه های آزمایشی، این اشکال حیاتی نیست. این تاخیر برای انسان قابل مشاهده نیست. همه چیز یکباره اتفاق می افتد. هیچ PCB جدیدی ساخته نشد. هرکسی که بخواهد دستگاه را تکرار کند، می تواند برد مدار چاپی نسخه قبلی را کمی ویرایش کند. تغییرات قابل توجهی نخواهد بود.