- tutorial
Uvod
Bok svima! Nakon završetka ciklusa o senzorima, pojavila su se pitanja drugačijeg plana za mjerenje parametara potrošnje kućanskih i ne baš električnih aparata. Tko koliko troši, kako povezati što mjeriti, koje su suptilnosti i tako dalje. Vrijeme je da otkrijemo sve karte u ovom području.U ovoj seriji članaka razmotrit ćemo temu mjerenja parametara električne energije. Ovi parametri su zapravo jako veliki broj, o čemu ću pokušati postupno govoriti u malim serijama.
Do sada su u pripremi tri serije:
- Mjerenje električne energije.
- Kvaliteta električne energije.
- Uređaji za mjerenje parametara električne energije.
Na temelju rezultata cijelog ciklusa izradit ćemo svojevrsno pametno električno brojilo s pristupom internetu. Apsolutno ozloglašeni ljubitelji upravljanja električnim uređajima svog pametnog doma mogu pružiti svu moguću pomoć u implementaciji komunikacijskog dijela baziranog na, primjerice, MajorDomou. Učinimo OpenSource pametni dom boljim, da tako kažem.
U ovoj seriji, u dva dijela, bavit ćemo se sljedećim pitanjima:
- Spajanje senzora struje i napona u istosmjernim uređajima, kao i jednofaznim i trofaznim AC krugovima;
- Mjerenje efektivnih vrijednosti struje i napona;
- Mjerenje faktora snage;
- Prividna, aktivna i jalova snaga;
- Potrošnja električne energije;
1. Priključak senzora
U prošlom ciklusu o senzorima napona i struje govorio sam o vrstama senzora, ali nisam govorio o tome kako ih koristiti i gdje ih staviti. Vrijeme je da se to popravi
Spajanje istosmjernih senzora
Jasno je da će cijeli ciklus biti posvećen izmjeničnim sustavima, ali brzo ćemo prijeći preko istosmjernih krugova, jer nam to može biti od koristi pri razvoju istosmjernih izvora napajanja. Uzmimo za primjer klasični PWM buck pretvarač:
Slika 1. PWM buck pretvarač
Naš zadatak je osigurati stabilizirani izlazni napon. Osim toga, na temelju informacija sa strujnog senzora, moguće je kontrolirati način rada induktora L1, sprječavajući njegovo zasićenje, a također i implementirati strujnu zaštitu pretvarača. I iskreno, nema posebnih opcija za ugradnju senzora.
Na izlazu pretvarača ugrađen je senzor napona u obliku otpornog razdjelnika R1-R2, koji jedini može raditi na istosmjernoj struji. U pravilu, specijalizirani mikrosklop pretvarača ima povratni ulaz i čini sve da ovaj ulaz (3) ima određenu razinu napona propisanu u dokumentaciji za mikrosklop. Na primjer 1,25 V. Ako naš izlazni napon odgovara ovoj razini - sve je u redu - izravno primjenjujemo izlazni napon na ovaj ulaz. Ako ne, onda postavite razdjelnik. Ako trebamo osigurati izlazni napon od 5V, tada djelitelj mora osigurati faktor podjele 4, tj. na primjer, R1 = 30k, R2 = 10k.
Senzor struje obično je instaliran između napajanja i pretvarača te na čipu. Razlikom potencijala između točaka 1 i 2, a uz poznati otpor otpornika Rs, moguće je odrediti trenutnu vrijednost struje naše prigušnice. Ugradnja strujnog senzora između izvora i opterećenja nije dobra ideja, budući da će filterski kondenzator biti odsječen otpornikom od potrošača impulsnih struja. Ugradnja otpornika u prekid u zajedničkoj žici također ne sluti na dobro - bit će dvije razine uzemljenja s kojima se petljati i dalje je zadovoljstvo.
Problemi s padom napona mogu se izbjeći korištenjem beskontaktnih strujnih senzora - npr. Hallovih senzora:
Slika 2. Beskontaktni strujni senzor
Međutim, postoji lukaviji način mjerenja struje. Uostalom, napon na tranzistoru pada na isti način i kroz njega teče ista struja kao induktivitet. Stoga se trenutna vrijednost struje može odrediti i iz pada napona na njoj. Da budem iskren, ako pogledate unutarnju strukturu mikro krugova pretvarača, na primjer, iz Texas Instrumentsa, tada se ova metoda pojavljuje jednako često kao i prethodne. Točnost ove metode zasigurno nije najveća, ali to je sasvim dovoljno da trenutni prekid radi.
Slika 3. Tranzistor kao senzor struje
Isto radimo i u drugim krugovima sličnih pretvarača, bilo da se radi o pojačanju ili invertu.
Međutim, potrebno je posebno spomenuti transformatore naprijed i povratni pretvarač.
Slika 4. Spajanje strujnih senzora u povratnim pretvaračima
Također mogu koristiti ili vanjski otpor ili tranzistor u svojoj ulozi.
Na tome smo završili s povezivanjem senzora na DC pretvarače. Ako imate prijedloge za druge opcije, rado ću njima dopuniti članak.
1.2 Spajanje senzora na jednofazne AC krugove
U krugovima izmjenične struje imamo puno veći izbor mogućih senzora. Razmotrimo nekoliko opcija.Najjednostavnije je koristiti otporni djelitelj napona i strujni šant.
Slika 5. Spajanje senzora otpornika
Međutim, ima nekoliko značajnih nedostataka:
Prvo, ili ćemo dati značajnu amplitudu signala iz trenutnog šanta, dodijelivši mu veliku količinu snage, ili ćemo se zadovoljiti malom amplitudom signala i naknadno je pojačati. I drugo, otpornik stvara potencijalnu razliku između neutralne mreže i neutralne točke uređaja. Ako je uređaj izoliran, onda nije važno, ali 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, odnosno Hallov strujni senzor i naponski transformator. Mnogo je više mogućnosti za rad s 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, mora se uzeti u obzir da senzori strujnih i naponskih transformatora imaju ograničen frekvencijski odziv, a ako želimo mjeriti harmonijski sastav izobličenja, onda to nije činjenica koja će nam uspjeti.
Slika 6. Povezivanje transformatora i beskontaktnih senzora struje i napona
1.3 Spajanje senzora na višefazne krugove izmjenične mreže
U polifaznim mrežama naša sposobnost povezivanja strujnih senzora je nešto manja. To je zbog činjenice da se strujni šant uopće ne može koristiti, budući da će razlika potencijala između faznih shuntova fluktuirati unutar stotina volti, a ne poznajem niti jedan kontroler opće namjene čiji analogni ulazi mogu izdržati takvo izrugivanje.Jedan od načina korištenja strujnih shuntova je naravno - za svaki kanal morate napraviti galvanski izoliran analogni ulaz. Ali puno je lakše i pouzdanije koristiti druge senzore.
U svom analizatoru kvalitete koristim otporne djelitelje napona i udaljene senzore struje na temelju Hallovog efekta.
Slika 7. Senzori struje u trofaznoj mreži
Kao što možete vidjeti na slici, koristimo četverožičnu vezu. Naravno, umjesto strujnih senzora na efektu Halla, možete uzeti strujne transformatore ili Rogowskijevske petlje.
Umjesto otpornih razdjelnika mogu se koristiti naponski transformatori, kako za četverožični tako i za trožični sustav.
U potonjem slučaju primarni namoti naponskih transformatora spojeni su u trokut, a sekundarni namoti u zvijezdu, čija je zajednička točka zajednička točka mjernog kruga.
Slika 8. Korištenje naponskih transformatora u trofaznoj mreži
2 Efektivna vrijednost struje i napona
Vrijeme je da riješimo problem mjerenja naših signala. Praktični značaj za nas je prvenstveno efektivna vrijednost struje i napona.
Dopustite mi da vas podsjetim na materijale iz ciklusa senzora. Uz pomoć ADC-a našeg mikrokontrolera, u pravilnim intervalima, bilježit ćemo trenutnu vrijednost napona. Tako ćemo za razdoblje mjerenja imati niz podataka o razini trenutne vrijednosti napona (sve je slično za struju).
Slika 9. Niz trenutnih vrijednosti napona
Naš zadatak je izračunati efektivnu vrijednost. Prvo, upotrijebimo integralnu formulu:
(1)U digitalnom sustavu morate se ograničiti na određeni kvant vremena, pa idemo na zbroj:
(2)Gdje je razdoblje uzorkovanja našeg signala i broj uzoraka po razdoblju mjerenja. Negdje ovdje u videu počinjem trljati igru o jednakosti površina. Trebao sam spavati taj dan. =)
U mikrokontrolerima MSP430FE4252, koji se koriste u jednofaznim mjeračima Mercury, napravljeno je 4096 očitanja za razdoblje mjerenja od 1, 2 ili 4 sekunde. U nastavku ćemo se oslanjati na T=1s i N=4096. Štoviše, 4096 točaka u sekundi omogućit će nam korištenje brzih Fourierovih algoritama za određivanje harmonijskog spektra do 40. harmonika, kako zahtijeva GOST. Ali više o tome u sljedećoj epizodi.
Nacrtajmo algoritam za naš program. Moramo osigurati stabilan start ADC-a svake 1/8192 sekunde, budući da imamo dva kanala i te ćemo podatke mjeriti naizmjenično. Da biste to učinili, postavite mjerač vremena i signal prekida automatski će ponovno pokrenuti ADC. Svi ADC-i to rade.
Napisat ćemo budući program na arduinu, budući da ga mnogi imaju pri ruci. Naš interes je isključivo akademski.
S kvarcnom frekvencijom sustava od 16 MHz i 8-bitnim timerom (tako da život ne izgleda kao med), moramo osigurati frekvenciju rada bilo kojeg prekida timera s frekvencijom od 8192 Hz.
Žalosni smo zbog činjenice da 16MHz nije podijeljeno koliko nam je potrebno, a konačna frekvencija timera je 8198Hz. Zatvaramo oči pred pogreškom od 0,04% i još uvijek čitamo 4096 uzoraka po kanalu.
Žalosni smo što je prekid preljeva u arduinu zauzet izračunavanjem vremena (odgovoran za milise i kašnjenje, pa će ovo prestati raditi normalno), pa koristimo prekid usporedbe.
I odjednom shvaćamo da nam signal dolazi bipolarno i da se msp430fe4252 savršeno nosi s njim. Zadovoljni smo unipolarnim ADC-om pa sastavljamo jednostavan pretvarač bipolarnog u unipolarni signal na operacijskom pojačalu:
Slika 10. Pretvarač bipolarnog u unipolarni signal
Štoviše, naš zadatak je osigurati oscilaciju naše sinusoide u odnosu na polovicu referentnog napona - tada ćemo ili oduzeti polovicu raspona ili aktivirati opciju u postavkama ADC-a i dobiti vrijednosti predznaka.
Arduino ima 10-bitni ADC, tako da ćemo od neoznačenog rezultata između 0-1023 oduzeti polovicu i dobiti -512-511.
Provjeravamo model sastavljen u LTSpiceIV i uvjeravamo se da sve radi kako treba. U video materijalu dodatno smo se uvjerili eksperimentalno.
Slika 11. Rezultat simulacije. Zelena je izvorni signal, plava je izlaz
Skica za Arduino za jedan kanal
void setup() (autoadcsetup(); DDRD |=(1<
Program je napisan u Arduino IDE za mikrokontroler ATmega1280. Na mojoj ploči za otklanjanje pogrešaka, prvih 8 kanala je usmjereno za interne potrebe ploče, tako da se koristi ADC8 kanal. Moguće je koristiti ovu skicu za ploču s ATmega168, ali morate odabrati ispravan kanal.
Unutar prekida iskrivljujemo par servisnih pinova kako bismo vizualno vidjeli radnu frekvenciju digitalizacije.
Nekoliko riječi o tome odakle dolazi koeficijent 102. Prilikom prvog pokretanja, iz generatora je dostavljen signal različitih amplituda, s osciloskopa je očitana indikacija efektivne vrijednosti napona, a izračunata vrijednost je preuzeta s konzole u apsolutne ADC jedinice.
| Umax, V | Urms, V | 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 trećeg stupca s vrijednostima drugog, dobivamo prosjek od 102. Ovo će biti naš koeficijent "kalibracije". Međutim, može se vidjeti da kako se napon smanjuje, točnost naglo pada. To je zbog niske osjetljivosti našeg ADC-a. Zapravo, 10 znamenki za točne izračune je katastrofalno malo, a ako je na ovaj način sasvim moguće izmjeriti napon u utičnici, onda će stavljanje 10-bitnog ADC-a za mjerenje struje koju troši opterećenje biti zločin protiv mjeriteljstva .
U ovom trenutku ćemo prekinuti. U sljedećem dijelu razmotrit ćemo ostala tri pitanja iz ove serije i glatko ćemo prijeći na izradu samog uređaja.
Predstavljeni firmware, kao i ostali firmware za ovu seriju (budući da brže snimam videe nego pripremam članke) možete pronaći u repozitoriju na GitHubu.
Mjerenje struje(skraćeno trenutno mjerenje) korisna je vještina koja će vam više puta u životu doći. Potrebno je znati veličinu struje kada je potrebno odrediti potrošnju energije. Za mjerenje struje koristi se uređaj koji se zove ampermetar.
Postoje izmjenična i istosmjerna struja, stoga se za njihovo mjerenje koriste različiti mjerni instrumenti. Struja se uvijek označava slovom I, a njezina snaga se mjeri u Amperima i označava slovom A. Na primjer, I = 2 A označava da je jačina struje u krugu koji se ispituje iznosi 2 Ampera.
Razmotrimo detaljno kako su različiti mjerni instrumenti označeni za mjerenje različitih vrsta struja.
- Na mjernom uređaju za mjerenje istosmjerne struje ispred slova A stavlja se simbol "-".
- Na mjernom uređaju za mjerenje izmjenične struje na istom mjestu se stavlja simbol "~".
- ~ Uređaj za mjerenje izmjenične struje.
- -Uređaj za mjerenje istosmjerne struje.
Ovdje je fotografija dizajniranog ampermetra za Mjerenja istosmjerne struje.
Prema zakonu, jačina struje koja teče u zatvorenom krugu, u bilo kojoj točki u njemu, jednaka je istoj vrijednosti. Kao rezultat toga, kako bi se izmjerila struja, potrebno je odspojiti krug na bilo kojem mjestu prikladnom za spajanje mjernog uređaja.
Treba imati na umu da veličina napona prisutnog u električnom krugu nema nikakav utjecaj na mjerenje struje. Izvor struje može biti ili kućansko napajanje od 220 V ili baterija od 1,5 V itd.
Ako ćete mjeriti struju u strujnom krugu, obratite pozornost na to da li struja teče u krugu, izravna ili izmjenična. Uzmite odgovarajući mjerni uređaj i ako ne znate očekivanu jačinu struje u strujnom krugu, postavite prekidač za mjerenje struje na maksimalan položaj.
Razmotrimo detaljno kako izmjeriti snagu struje električnim uređajem.
Za sigurnost mjerenja trenutne potrošnje električnih uređaja napravit ćemo domaći produžni kabel s dvije utičnice. Nakon montaže, dobivamo produžni kabel vrlo sličan standardnom dućanskom produžnom kabelu.
Ali ako rastavite i usporedimo jedni s drugima, domaći i kupljeni produžni kabel, tada ćemo jasno vidjeti razlike u unutarnjoj strukturi. Zaključci unutar utičnica domaćeg produžnog kabela spojeni su serijski, au trgovini su spojeni paralelno.
Fotografija jasno pokazuje da su gornji terminali međusobno povezani žutom žicom, a mrežni napon se dovodi do donjih terminala utičnica.
Sada počinjemo mjeriti struju, za to stavljamo utikač električnog uređaja u jednu od utičnica, a sonde ampermetra u drugu utičnicu. Prije mjerenja struje, ne zaboravite informacije koje ste pročitali o tome kako ispravno i sigurno izmjeriti struju.
Sada razmislite kako ispravno protumačiti očitanja pokazivača ampermetra. Na mjerenje potrošnje struje instrumenta, igla ampermetra se zaustavila na 50 podjela, prekidač je postavljen na maksimalnu granicu mjerenja od 3 ampera. Ljestvica mog ampermetra ima 100 podjela. To znači da je lako odrediti izmjerenu snagu struje formulom (3/100) X 50 = 1,5 Ampera.
Formula za izračun snage uređaja prema potrošenoj struji.
Imajući podatke o količini struje koju troši bilo koji električni uređaj (TV, hladnjak, glačalo, zavarivanje i sl.), lako možete odrediti koju potrošnju električne energije ima ovaj električni uređaj. U svijetu postoji fizički obrazac kojem se elektricitet uvijek pokorava. Otkrivači ovog uzorka, Emil Lenz i James Joule, iu njihovu čast, danas se naziva Joule-Lenzov zakon.
- I - jačina struje, mjerena u amperima (A);
- U - napon, mjeren u voltima (V);
- P je snaga, mjerena u vatima (W).
Izvršimo jedan od trenutnih izračuna.
Izmjerio sam trenutnu potrošnju hladnjaka i jednaka je 7 ampera. Napon u mreži je 220 V. Stoga je potrošnja energije hladnjaka 220 V X 7 A \u003d 1540 W.
Što se može učiniti na temelju malog Attiny13 mikrokontrolera? Puno stvari. Na primjer, mjerač napona, struje, temperature, s rezultatima prikazanim na displeju tipa HD44780. Dakle, sastavite ovaj univerzalni uređaj koji se može uspješno koristiti kao modul u napajanjima, punjačima, UMZCH-u i na mjestima gdje nije potrebna vrlo visoka točnost. Veličina ploče je samo 35 x 16 mm.
U, I, T mjerni krug na Attiny13
- Raspon mjerenja napona 0-99V s rezolucijom 0,1V.
- Raspon mjerenja struje 0-9,99A s rezolucijom od 10 mA.
- Raspon mjerenja temperature 0-99C s rezolucijom 0,1C.
- Potrošnja struje samog mjerača je 35 mA.
Prije svega, morate znati u kojem rasponu napona će uređaj raditi. Da bi se to ustanovilo, potrebno je izračunati djelitelj napona. Na primjer, da biste dobili mjerenje od 10V, djelitelj bi bio 1/10 (množimo x 10 jer bi napon bio 10 puta veći od 1V), za 30V bi bio 1/30, i tako dalje. Zatim morate konfigurirati program za ovaj raspon. Tih 30 V pomnožimo sa 640, a rezultat podijelimo sa 1023. Dobiveni broj je otprilike napisan na početku programa, konstantni napon i program se mora sastaviti (za raspon od 100 V, 8,2k).
Također možemo postaviti trenutno mjerenje na sličan način, dati drugačiji razdjelnik, drugačiji raspon i navesti ga, ali neću to opisivati. Ovdje nema analogne kalibracije temperature, jer se činilo potpuno suvišnom.
Eksperimentalno ispravljamo u programu, za to je zaslužna konstanta const temp. 1K otpornik između uzemljenja i izlaza senzora postavlja napon, čak se može smanjiti na 100 ohma.
Kako shema funkcionira
Napon koji želimo izmjeriti primjenjujemo na točke V i V + na ploči, na GND točku spajamo ulaz mase napajanja, a izlaz mase na točku B (mjerenje se odvija na masi). Između točaka GND i V - spojen je šant. Mjerilo se napaja iz točke V i V+ preko regulatora 7805. Na ploči ima mjesta za regulator u paketu TO252, ali se može uspješno koristiti i veći regulator 78L05 u paketu TO92. Maksimalni napon koji se može odrediti za točke V i V + bit će do 35 V za obični 7805, za 78L05 će, naravno, biti manji, ali ne više od 30. Za mjerenje visokih napona, čip potrebno je posebno nadopuniti - na strani za ispis, prekinuti put ispod potenciometra za podešavanje napona i uključiti napajanje na točku A. Sustav radi s 16x1 zaslonom s HD44780 ili 16x2 kontrolerom.
Video mjerača
Kada treperite mikrokontroler, morate postaviti pin reset kao normalan pin (omogućite Fusebit RSTDISBL). Prije izvođenja ove operacije provjerite da li je sve dobro postavljeno, da je nakon gašenja resetirano i da nema pristup procesoru od strane normalnog programera! Izvori, kao i sva ostala dokumentacija i spisi, nalaze se
Uređaj mjeri istosmjerni napon od 0 do 51,1 V s rezolucijom od 0,1 V i istosmjernu struju od 0 do 5,11 A s rezolucijom od 0,01 A. Prototip mu je bio mjerač opisan u, koji je prilično jednostavnog dizajna i ima dobre parametre. Glavna ideja implementirana u njemu za korištenje jeftinog mikrokontrolera zaslužuje pozornost. Međutim, potreba za korištenjem operacijskog pojačala sposobnog za rad s unipolarnim napajanjem pri izlaznom naponu blizu nule, kao i prisutnost dodatnog izvora napajanja, nameću određena ograničenja u njegovoj upotrebi.
Digitalni mjerač napona i struje
Osim toga, indikatori na ploči prototipa nalaze se nezgodno, bolje ih je postaviti u nizu vodoravno i smanjiti dimenzije prednje ploče mjerača, približavajući ih dimenzijama korištenih indikatora. Shema strujnog kruga brojila prikazana je na web stranici www.site. Kako nije bilo moguće pronaći korištene čipove 74HC595N (registri pomaka s registrom za pohranu), korišteni su čipovi 74HC164N u kojima nema registra za pohranu. Također, korišteni su indikatori koji imaju mnogo veću svjetlinu pri niskoj struji, što je omogućilo smanjenje struje koju troši mjerač na 20 mA i napuštanje dodatnog +5 V regulatora napona.
Signal sa senzora struje (otpornik R1) se dovodi na ulaz GP1 mikrokontrolera preko invertnog pojačala na op-pojačalu DA1. Za razliku od (1J), ovdje se koristi bipolarno napajanje op-pojačala s naponom od ± 8 V, budući da nemaju sva op-pojačala svojstvo rail to rail i rade ispravno s unipolarnim napajanjem i gotovo nultim izlaznim naponom Bipolarno napajanje olakšava rješavanje ovog problema, omogućuje korištenje Postoji mnogo vrsta operacijskih pojačala, budući da napon na izlazu op-pojačala može biti u rasponu od 8 do 8 V. Za zaštitu ulaza mikrokontrolera od preopterećenja, koristi se restriktivni krug R10VD9.
Trimer otpornik R8 podešava pojačanje, a trimer otpornik R11 postavlja nulti napon na izlazu op-pojačala. Diode VD1 i VD2 štite ulaz op-pojačala od preopterećenja u slučaju prekida strujnog senzora. Zbog relativno niskog otpora strujnog senzora, odstupanje rezultata mjerenja napona pri promjeni struje opterećenja od nule do maksimuma (5,11 A) ne prelazi 0,06 V. Ako je mjerač ugrađen u izvor napona negativnog polariteta. strujni senzor se može uključiti prije djelitelja izlaznog napona i njegovog stabilizatora.
U tom slučaju, pad napona na strujnom senzoru će se kompenzirati povratnim krugom stabilizatora. Budući da je struja djelitelja obično mala, neće imati gotovo nikakvog utjecaja na očitanja ampermetra, štoviše, ovaj učinak može se kompenzirati subscript otpornikom R11. Mjerilo se napaja izlaznim naponom ispravljača napajanja. preko pretvarača na tranzistorima VT1 i VT2. To je nešto složenije nego u, jer zahtijeva proizvodnju impulsnog transformatora, ali nema problema s dobivanjem svih potrebnih napona. Pretvarač napona je najjednostavniji push-pull oscilator. čija je shema posuđena iz . Frekvencija konverzije je oko 80 kHz.
Zbog galvanske izolacije između ulaza i izlaza pretvarača, mjerač se može ugraditi u stabilizator napona bilo kojeg polariteta. S tranzistorima navedenim na dijagramu, radi na ulaznom naponu od 30 do 44 V. Istovremeno, izlazni naponi variraju od približno 8 do 12 V. Zbog činjenice da su otpori otpornika R5 i R6 odabrani su prilično veliki, pretvarač se ne boji izlaznih kratkih spojeva. U takvim slučajevima generacija jednostavno pukne.
Napon od 5 V za napajanje digitalnog dijela brojila dobiven je pomoću integralnog stabilizatora DA2. Nije potrebno stabilizirati napon napajanja operacijskog pojačala, budući da je on sam dovoljno otporan na njegove promjene. Napon mreškanja s frekvencijom pretvorbe potiskuju RC filteri na ulazima mikrokontrolera DD1. Ako su valovi s frekvencijom od 100 Hz preveliki, preporuča se koristiti metodu njihovog smanjenja, opisanu u. Ovdje je vrijedno reći nekoliko riječi o nestabilnosti niže znamenke rezultata mjerenja svojstvenoj sva digitalna brojila.
Uvijek se nasumično mijenja za jedan oko prave vrijednosti. Ove fluktuacije nisu posljedica kvara instrumenta, ali se ne mogu u potpunosti eliminirati, već se mogu smanjiti samo usrednjavanjem rezultata velikog broja mjerenja. Dijelovi mjerača postavljeni su na tri tiskane ploče izrađene od izolacijskog materijala s jedne strane folirane. Namijenjeni su za ugradnju mikrosklopova u DIP pakete.Indikatori su montirani na jednoj ploči (slika 2), a na drugoj su digitalni mikro krugovi i mikrokontroler (slika 3). Na trećoj ploči su ugrađeni pretvarač, stabilizator napona napajanja mikrokontrolera i pojačalo signala strujnog senzora (slika 4).
Postavljanje dijelova na ploče i spojevi ploča na ploču prikazani su na sl. 5. Crveni brojevi na njemu označavaju brojeve izlaza impulsnog transformatora T1 na mjestima njihovog spajanja na ploču. Sam transformator je pričvršćen na njega stezaljkama od izolirane montažne žice. Blokirajući kondenzatori C13 i C14 zalemljeni su izravno na napojne pinove mikro krugova DD2 i DD3. Kao što je praksa pokazala, mjerač radi normalno bez ovih kondenzatora.
Ploče mikrokontrolera i indikatora spojene su nosačima od pocinčanog čelika debljine 0,5 mm. Ploča pretvarača i pojačala pričvršćena je s dva M2 vijka. Udaljenost između ploča je oko 11 mm. Ova inačica dizajna uređaja (slika 6.) zauzima manje prostora na prednjoj ploči napajanja, u koju se ovaj uređaj mora ugraditi. Umjesto OU KR140UD708 možete koristiti npr. KR140UD1408 i mnoge druge vrste operacijskih pojačala Treba napomenuti da oni mogu zahtijevati druge korektivne krugove osim KR140UD708. To treba uzeti u obzir pri projektiranju tiskane ploče.
Umjesto registara pomaka 74HC164, možete koristiti 74HC4015, ali ćete morati promijeniti topologiju vodiča tiskanog kruga ploče. Diode KD522B mogu se zamijeniti s KD510A. Trimer otpornici R8 i R11 - SPZ19. R9 - uvezeno. Trajni kondenzatori se također uvoze. Otpornik R1 (strujni senzor) može se izraditi od nikromske žice ili koristiti gotov, kao što je učinjeno u (1). Napravio sam ga od komada nihrom trake presjeka 2,5 × 0,8 mm i duljine (uzimajući u obzir lisirane krajeve) od oko 25 mm, uklonjene s toplinskog releja TRN-a.
Transformator T1 je namotan na feritni prsten veličine 10x6x3 mm, uklonjen s neispravnog CFL-a. Svi namoti su namotani žicom PEV-2 promjera 0,18 mm. Namot 2-3 sadrži 83 zavoja, namoti 1-2 i 4-5 - po 13 zavoja, a namotavanje 6-7-8 80 zavoja s pipom iz sredine. Ako je izlazni napon ispravljača manji od 30 V, broj zavoja namota 2-3 morat će se smanjiti na približno 4 zavoja po voltu. Namoti 1-2-3 i 4-5 međusobno su izolirani jednim slojem kondenzatorskog papira debljine 0,1 mm, a od namota 6-7-8 - s dva sloja takvog papira.
Program mikrokontrolera napisan je u MPLAB IDE v8.92 okruženju u MPASM asembler jeziku. Nude se dvije opcije. Datoteke prve opcije nalaze se u mapi "Općenito. katoda" i namijenjeni su uređaju s LED indikatorima s uobičajenim katodama za pražnjenje, uključujući i one prikazane na dijagramu na sl. 1. Datoteke druge opcije iz mape "Common. anoda” treba koristiti kada su u uređaj ugrađeni LED indikatori s uobičajenim anodama za pražnjenje. Međutim, ova verzija programa nije testirana u praksi. Programiranje mikrokontrolera provedeno je pomoću programa IC-prog i jednostavnog uređaja opisanog u (4).
Uspostavljanje mjerača sastoji se od postavljanja trimer otpornika R11 na nulu na izlazu op-pojačala DA 1 u odsutnosti struje u mjerenom krugu. Zatim se na ovaj krug primjenjuje struja. blizu granice mjerenja, ali manje od nje. Kontroliranjem struje primjernim ampermetrom, trim otpornik R8 postiže jednakost u očitanjima uzornog i podešenog uređaja. Nakon primjene i kontrole izmjerenog napona uzornim voltmetrom, postavite odgovarajuća očitanja na indikator uređaja s trimmetrom. otpornik R9. Više detalja o prilagodbi napisano je u (1).
Mjerenja napona u praksi se moraju provoditi dosta često. Napon se mjeri u radiotehnici, električnim uređajima i strujnim krugovima itd. Vrsta izmjenične struje može biti pulsna ili sinusna. Izvori napona su ili strujni generatori.
Napon impulsne struje ima parametre amplitude i prosječnog napona. Generatori impulsa mogu biti izvori takvog napona. Napon se mjeri u voltima i označava se "V" ili "V". Ako je napon promjenjiv, tada se simbol " ~ “, za konstantni napon, označen je simbol “-”. Izmjenični napon u kućnoj kućnoj mreži označen je s ~ 220 V.
To su uređaji dizajnirani za mjerenje i kontrolu karakteristika električnih signala. Osciloskopi rade na principu skretanja snopa elektrona, što stvara sliku vrijednosti varijabli na zaslonu.
Mjerenje izmjeničnog napona
Prema regulatornim dokumentima, vrijednost napona u kućnoj mreži trebala bi biti jednaka 220 volti s točnošću odstupanja od 10%, odnosno napon može varirati u rasponu od 198-242 volta. Ako je rasvjeta u vašoj kući postala slabija, svjetiljke su počele često otkazivati ili su kućanski uređaji počeli raditi nestabilno, tada da biste saznali i riješili ove probleme, prvo morate izmjeriti napon u mreži.
Prije mjerenja potrebno je pripremiti svoj postojeći mjerni uređaj za rad:
- Provjerite cjelovitost izolacije kontrolnih žica sondama i vrhovima.
- Postavite prekidač na izmjenični napon, s gornjom granicom od 250 volti ili više.
- Umetnite vrhove kontrolnih žica u utičnice mjernog uređaja, na primjer, . Kako ne biste pogriješili, bolje je pogledati oznake utičnica na kućištu.
- Uključite uređaj.
Na slici je vidljivo da je na testeru odabrana granica mjerenja od 300 volti, a na multimetru 700 volti. Neki uređaji zahtijevaju postavljanje nekoliko različitih prekidača na željeni položaj za mjerenje napona: vrstu struje, vrstu mjerenja, kao i umetanje žičanih papučica u određene utičnice. Kraj crnog vrha u multimetru je utaknut u COM utičnicu (zajednička utičnica), crveni vrh je umetnut u utičnicu s oznakom "V". Ova utičnica je uobičajena za mjerenje bilo koje vrste napona. Utičnica s oznakom "ma" služi za mjerenje malih struja. Utičnica s oznakom "10 A" koristi se za mjerenje značajne količine struje, koja može doseći 10 ampera.
Ako izmjerite napon sa žicom umetnutom u utičnicu "10 A", uređaj će pokvariti ili će osigurač izgorjeti. Stoga, pri obavljanju mjernih radova, trebate biti oprezni. Najčešće se pogreške javljaju u slučajevima kada je prvo izmjeren otpor, a zatim, zaboravljajući prijeći na drugi način, počinje mjerenje napona. Istodobno, unutar uređaja gori otpornik odgovoran za mjerenje otpora.
Nakon pripreme uređaja, možete početi s mjerenjem. Ako se ništa ne pojavi na indikatoru kada uključite multimetar, to znači da je baterija koja se nalazi unutar uređaja istekla i da je treba zamijeniti. Najčešće u multimetrima postoji "Krona", koja proizvodi napon od 9 volti. Vijek trajanja mu je oko godinu dana, ovisno o proizvođaču. Ako multimetar nije korišten dulje vrijeme, krunica je možda još uvijek neispravna. Ako je baterija dobra, multimetar bi trebao pokazati jednu.
Žičane sonde moraju se umetnuti u utičnicu ili dodirnuti golim žicama.
Na zaslonu multimetra, vrijednost mrežnog napona će se odmah pojaviti u digitalnom obliku. Na pokazivaču strelica će odstupiti za određeni kut. Tester pokazivača ima nekoliko stupnjevanih ljestvica. Ako ih pažljivo razmotrite, onda sve postaje jasno. Svaka skala je dizajnirana za određena mjerenja: struje, napona ili otpora.
Granica mjerenja na uređaju postavljena je na 300 volti, tako da treba računati na drugu skalu koja ima granicu od 3, dok se očitanja uređaja moraju pomnožiti sa 100. Skala ima vrijednost podjele od 0,1 volta , pa dobivamo rezultat prikazan na slici, oko 235 volti. Ovaj rezultat je u prihvatljivim granicama. Ako se očitanja instrumenta stalno mijenjaju tijekom mjerenja, može doći do lošeg kontakta u priključcima električnih ožičenja, što može dovesti do iskrenja i kvarova u mreži.
Mjerenje istosmjernog napona
Izvori konstantnog napona su baterije, niskonaponske ili baterije čiji napon nije veći od 24 volta. Stoga dodirivanje polova baterije nije opasno, a nema potrebe za posebnim sigurnosnim mjerama.
Za procjenu performansi baterije ili drugog izvora potrebno je izmjeriti napon na njegovim polovima. Za prstne baterije, stupovi za napajanje nalaze se na krajevima kućišta. Pozitivni pol označen je "+".
Istosmjerna struja mjeri se na isti način kao i izmjenična struja. Razlika je samo u postavljanju uređaja na odgovarajući način rada i promatranju polariteta izlaza.
Napon baterije obično je označen na kućištu. Ali rezultat mjerenja još ne ukazuje na zdravlje baterije, budući da se u ovom slučaju mjeri elektromotorna sila baterije. Trajanje rada uređaja u koji će se ugraditi baterija ovisi o njegovom kapacitetu.
Za točnu procjenu performansi baterije potrebno je izmjeriti napon s priključenim opterećenjem. Za bateriju za prste, obična svjetiljka od 1,5 volta prikladna je kao opterećenje. Ako napon lagano padne kada je svjetlo uključeno, odnosno ne više od 15%, tada je baterija prikladna za korištenje. Ako napon puno više padne, onda takva baterija i dalje može služiti samo u zidnom satu, koji troši vrlo malo energije.
