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introduzione

Ciao a tutti! Dopo il completamento del ciclo sui sensori, si è parlato di un diverso piano di misurazione dei parametri di consumo degli elettrodomestici e degli elettrodomestici poco elettrici. Chi consuma quanto, come cosa collegare per misurare, quali sono le sottigliezze e così via. È il momento di rivelare tutte le carte in quest'area.
In questa serie di articoli, esamineremo il tema della misurazione dei parametri elettrici. Esistono in realtà un numero molto elevato di questi parametri, di cui cercherò di parlarvi gradualmente in piccole serie.
Finora ci sono tre episodi nei piani:

• Misura dell'elettricità.
• Qualità dell'energia.
• Dispositivi per misurare i parametri dell'elettricità.

Nel processo di analisi, risolveremo alcuni problemi pratici sui microcontrollori fino al raggiungimento del risultato. Naturalmente gran parte di questo ciclo sarà dedicato alla misura della tensione alternata e potrà essere utile a tutti coloro che amano controllare gli elettrodomestici della propria smart home.
Sulla base dei risultati dell'intero ciclo, realizzeremo una sorta di contatore elettrico intelligente con accesso a Internet. Gli amanti abbastanza accaniti del controllo degli elettrodomestici della loro casa intelligente possono fornire tutta l'assistenza possibile nell'implementazione della parte di comunicazione sulla base, ad esempio, di MajorDomo. Rendiamo migliore la casa intelligente OpenSource, per così dire.
In questa serie, tratteremo le seguenti domande in due parti:

• Collegamento di sensori di corrente e tensione in dispositivi CC, nonché circuiti CA monofase e trifase;
• Misura dei valori effettivi di corrente e tensione;
• Misura del fattore di potenza;
• Potenza piena, attiva e reattiva;
• Consumo elettrico;

Di seguito troverai le risposte alle prime due domande di questo elenco. Non tocco deliberatamente i problemi dell'accuratezza degli indicatori di misurazione e di questa serie mi rallegro solo dei risultati ottenuti con una precisione di scarpe di rafia più o meno. Dedicherò sicuramente un articolo separato a questo problema nella terza serie.

1. Collegamento dei sensori

Nell'ultimo ciclo sui sensori di tensione e corrente, ho parlato dei tipi di sensori, ma non ho parlato di come usarli e dove metterli. È ora di aggiustarlo

Collegamento dei sensori CC

È chiaro che l'intero ciclo sarà dedicato ai sistemi CA, ma passeremo rapidamente anche ai circuiti CC, poiché ciò può essere utile per lo sviluppo di alimentatori CC. Prendiamo ad esempio un classico convertitore buck PWM:


Fig 1. Convertitore buck con PWM
Il nostro compito è fornire una tensione di uscita stabilizzata. Inoltre, sulla base delle informazioni provenienti dal sensore di corrente, è possibile controllare la modalità di funzionamento dell'induttanza L1, impedendone la saturazione, e anche implementare la protezione in corrente del convertitore. E ad essere onesti, non ci sono opzioni speciali per l'installazione dei sensori.
All'uscita del convertitore è installato un sensore di tensione sotto forma di un partitore resistivo R1-R2, che è l'unico in grado di funzionare in corrente continua. Di norma, un microcircuito convertitore specializzato ha un ingresso di feedback e fa ogni sforzo per garantire che un determinato livello di tensione, prescritto nella documentazione per il microcircuito, appaia su questo ingresso (3). Ad esempio 1,25V. Se la nostra tensione di uscita corrisponde a questo livello - va tutto bene - applichiamo direttamente la tensione di uscita a questo ingresso. In caso contrario, impostare il divisore. Se dobbiamo fornire una tensione di uscita di 5V, allora il divisore deve fornire un fattore di divisione di 4, cioè ad esempio R1 = 30k, R2 = 10k.
Il sensore di corrente è solitamente installato tra l'alimentatore e il convertitore e sul microcircuito. Per la differenza di potenziale tra i punti 1 e 2, e con una resistenza nota, i resistori Rs possono determinare il valore attuale della corrente della nostra induttanza. L'installazione di un sensore di corrente tra le sorgenti e il carico non è una buona idea, poiché il condensatore del filtro verrà interrotto dal resistore dai consumatori di corrente impulsiva. Anche l'installazione di un resistore nella rottura del filo comune è di buon auspicio: ci saranno due livelli di terra con i quali è ancora un piacere armeggiare.
I problemi di caduta di tensione possono essere evitati utilizzando sensori di corrente senza contatto come i sensori di hall:


Fig 2. Sensore di corrente senza contatto
Tuttavia, esiste un modo più complicato per misurare la corrente. In effetti, la tensione scende attraverso il transistor esattamente nello stesso modo e la stessa corrente scorre attraverso di esso come l'induttanza. Pertanto, dalla caduta di tensione su di esso, è anche possibile determinare il valore corrente della corrente. Ad essere onesti, se guardi la struttura interna dei microcircuiti del convertitore, ad esempio da Texas Instruments, questo metodo si verifica con la stessa frequenza dei precedenti. La precisione di questo metodo non è certamente la più alta, ma è abbastanza per far funzionare l'attuale cutoff.


Fig 3. Transistor come sensore di corrente
Facciamo lo stesso in altri circuiti di convertitori simili, che si tratti di boost o di inversione.
Tuttavia, è necessario menzionare separatamente i convertitori forward e flyback del trasformatore.


Fig 4. Collegamento dei sensori di corrente nei convertitori flyback
Possono anche utilizzare una resistenza esterna o un transistor nel suo ruolo.
Questo completa il collegamento dei sensori ai convertitori DC/DC. Se hai suggerimenti per altre opzioni, integrerò volentieri l'articolo con loro.

1.2 Collegamento dei sensori a circuiti CA monofase

Nei circuiti CA, abbiamo una selezione molto più ampia di possibili sensori. Consideriamo diverse opzioni.
Il più semplice è utilizzare un partitore di tensione resistivo e uno shunt di corrente.


Fig 5 Collegamento dei sensori di resistenza
Tuttavia, ha un paio di svantaggi significativi:
Innanzitutto, o forniremo un'ampiezza di segnale significativa dallo shunt di corrente, avendo allocato una grande quantità di potenza su di esso, oppure ci accontenteremo di una piccola ampiezza del segnale e successivamente la amplificheremo. E in secondo luogo, il resistore crea una differenza di potenziale tra il neutro della rete e il neutro del dispositivo. Se il dispositivo è isolato, non importa, se il dispositivo ha un terminale di terra, rischiamo di rimanere senza segnale dal sensore di corrente, poiché lo cortocircuiteremo. Forse vale la pena provare sensori che funzionano su altri principi.
Ad esempio, utilizzeremo trasformatori di corrente e tensione, oppure un sensore di corrente ad effetto hall e un trasformatore di tensione. Ci sono molte più opportunità per lavorare con le apparecchiature, poiché il filo neutro non ha perdite e, soprattutto, in entrambi i casi c'è un isolamento galvanico dell'apparecchiatura di misurazione, che spesso può tornare utile. Tuttavia, va tenuto presente che i sensori di corrente e tensione del trasformatore hanno una risposta in frequenza limitata e se vogliamo misurare la composizione armonica delle distorsioni, questo non è un dato di fatto per noi.


Fig. 6 Collegamento trasformatore e sensori di prossimità di corrente e tensione

1.3 Collegamento dei sensori ai circuiti polifase delle reti in corrente alternata

Nelle reti multifase, la nostra capacità di collegare i sensori di corrente è leggermente inferiore. Ciò è dovuto al fatto che non funzionerà affatto per utilizzare lo shunt di corrente, poiché la differenza di potenziale tra gli shunt di fase oscillerà entro centinaia di volt e non conosco un singolo controller generico i cui ingressi analogici siano in grado di resistere a tale scherno.
Un modo per utilizzare gli shunt di corrente è ovviamente: per ogni canale è necessario creare un ingresso analogico galvanicamente isolato. Ma è molto più semplice e affidabile utilizzare altri sensori.
Nel mio analizzatore di qualità utilizzo divisori di tensione resistivi e sensori di corrente ad effetto hall esterni.

Figura 7 Sensori di corrente in una rete trifase
Come puoi vedere dall'immagine, stiamo usando una connessione a quattro fili. Ovviamente, invece dei sensori di corrente ad effetto hall, puoi prendere trasformatori di corrente o loop di Rogowski.
Invece dei divisori resistivi, i trasformatori di tensione possono essere utilizzati sia per sistemi a quattro fili che a tre fili.
In quest'ultimo caso, gli avvolgimenti primari dei trasformatori di tensione sono collegati a triangolo e il secondario a stella, il cui punto comune è il punto comune del circuito di misura


Figura 8: Utilizzo di trasformatori di tensione in una rete trifase

2 valore RMS di corrente e tensione

È tempo di risolvere il problema della misurazione dei nostri segnali. Prima di tutto, il valore effettivo di corrente e tensione è di importanza pratica per noi.
Lascia che ti ricordi il materiale del ciclo del sensore. Utilizzando l'ADC del nostro microcontrollore, ad intervalli regolari, registreremo il valore della tensione istantanea. Pertanto, per il periodo di misurazione, avremo una matrice di dati sul livello del valore della tensione istantanea (per la corrente, tutto è uguale).


Fig 9. Serie di valori istantanei di tensione
Il nostro compito è calcolare il valore effettivo. Per prima cosa usiamo la formula integrale:
(1)
In un sistema digitale, devi limitarti a un certo periodo di tempo, quindi andiamo alla somma:
(2)
Dov'è il periodo di campionamento del nostro segnale ed è il numero di campioni per il periodo di misurazione. Da qualche parte qui, nel video, comincio a strofinare il gioco sull'uguaglianza delle aree. Avrei dovuto dormire quel giorno. =)
Nei microcontrollori MSP430FE4252, utilizzati nei contatori elettrici Mercury monofase, vengono effettuate 4096 letture per un periodo di misurazione di 1, 2 o 4 secondi. Faremo affidamento su T = 1c e N = 4096 in futuro. Inoltre, 4096 punti al secondo ci consentiranno di utilizzare algoritmi di trasformata di Fourier veloci per determinare lo spettro armonico fino alla 40a armonica, come richiesto da GOST. Ma ne parleremo nella prossima serie.
Facciamo uno schizzo dell'algoritmo per il nostro programma. Dobbiamo garantire un avvio stabile dell'ADC ogni 1/8192 di secondo, poiché abbiamo due canali e misureremo questi dati alternativamente. Per fare ciò, impostare il timer e il segnale di interruzione riavvierà automaticamente l'ADC. Tutti gli ADC possono farlo.
Scriveremo il futuro programma su arduino, visto che molti ce l'hanno a portata di mano. Finora abbiamo un interesse puramente accademico.
Avendo una frequenza al quarzo di sistema a 16 MHz e un timer a 8 bit (in modo che la vita non sembri miele), dobbiamo garantire la frequenza di funzionamento di almeno qualsiasi interruzione del timer con una frequenza di 8192 Hz.
Siamo tristi per il fatto che 16 MHz non siano divisi nel loro insieme di cui abbiamo bisogno e la frequenza finale del timer è 8198 Hz. Chiudi gli occhi con un errore dello 0,04% e leggi ancora 4096 campioni per canale.
Siamo tristi per il fatto che l'interrupt di overflow in arduino è occupato (responsabile di millis e delay, quindi questo smetterà di funzionare normalmente), quindi usiamo l'interrupt di confronto.
E all'improvviso ci rendiamo conto che il segnale è bipolare e che l'msp430fe4252 lo gestisce perfettamente. Ci accontentiamo di un ADC unipolare, quindi assembliamo un semplice convertitore bipolare-unipolare su un amplificatore operazionale:


Fig 10 Convertitore da bipolare a unipolare
Inoltre, il nostro compito è garantire l'oscillazione della nostra sinusoide rispetto alla metà della tensione di riferimento, quindi sottraiamo metà dell'intervallo o attiviamo l'opzione nelle impostazioni ADC e otteniamo valori con segno.
L'Arduino ha un ADC a 10 bit, quindi sottraiamo metà dal risultato senza segno nell'intervallo 0-1023 e otteniamo -512-511.
Controlliamo il modello assemblato in LTSpiceIV e ci assicuriamo che tutto funzioni come dovrebbe. Nel video, siamo inoltre convinti sperimentalmente.


Fig 11 risultato della simulazione. Il verde è il segnale sorgente, il blu è l'uscita

Schizzo Arduino per un canale

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

Il programma è stato scritto nell'IDE Arduino per il microcontrollore ATmega1280. Sulla mia scheda di debug, i primi 8 canali vengono instradati per le esigenze interne della scheda, quindi viene utilizzato il canale ADC8. È possibile utilizzare questo schizzo per una scheda con un ATmega168, tuttavia, è necessario selezionare il canale corretto.
All'interno degli interrupt, agitiamo un paio di pin di servizio per vedere chiaramente la frequenza di digitalizzazione di lavoro.
Qualche parola sulla provenienza del coefficiente 102. Al primo avvio, è stato fornito un segnale di varie ampiezze dal generatore, il valore effettivo della tensione è stato letto dall'oscilloscopio e il valore calcolato in unità ADC assolute è stato preso dalla console .

Umax, V	Urms, B	contato
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

Dividendo i valori della terza colonna per i valori della seconda, otteniamo una media di 102. Questo sarà il nostro fattore di "calibrazione". Tuttavia, puoi vedere che la precisione diminuisce bruscamente con la diminuzione della tensione. Ciò è dovuto alla bassa sensibilità del nostro ADC. In effetti, 10 cifre per calcoli accurati sono catastroficamente piccole e se la tensione nella presa viene misurata in questo modo funzionerà, quindi mettere un ADC a 10 bit per misurare la corrente consumata dal carico sarà un crimine contro la metrologia.

Interrompiamo a questo punto. Nella parte successiva, prenderemo in considerazione le altre tre domande di questa serie e passeremo senza problemi alla creazione del dispositivo stesso.

Il firmware presentato, così come altri firmware per questa serie (dal momento che scatto video più velocemente della preparazione degli articoli), può essere trovato nel repository su GitHub.

Misurazione della corrente(abbreviato - misurazione corrente) è un'abilità utile che tornerà utile più di una volta nella vita. È necessario conoscere l'entità della forza attuale quando è necessario determinare il consumo di energia. Un dispositivo chiamato amperometro viene utilizzato per misurare la corrente.

Esiste una corrente alternata e una corrente continua, quindi per misurarli vengono utilizzati vari strumenti di misura. La corrente è sempre indicata dalla lettera I e la sua forza è misurata in Ampere ed è indicata dalla lettera A. Ad esempio, I = 2 A mostra che la corrente nel circuito testato è di 2 Ampere.

Consideriamo in dettaglio come sono contrassegnati vari strumenti di misura per misurare diversi tipi di correnti.

• Su un misuratore di corrente CC, un simbolo "-" è scritto davanti alla lettera A.
• Sul contatore AC, il simbolo "~" è inciso nello stesso punto.

• ~ Un dispositivo per misurare la corrente alternata.
• -Un dispositivo per misurare la corrente continua.

Ecco una foto di un amperometro progettato per Misura della corrente CC.

Secondo la legge, la forza della corrente che scorre in un circuito chiuso in qualsiasi punto è uguale allo stesso valore. Di conseguenza, per misurare la corrente, è necessario scollegare il circuito in qualsiasi punto conveniente per il collegamento di un dispositivo di misurazione.

Va ricordato che l'entità della tensione presente nel circuito elettrico non ha alcun effetto su misurazione della corrente... La fonte di corrente può essere un alimentatore domestico da 220 V o una batteria da 1,5 V, ecc.

Quando si misura la corrente in un circuito, prestare molta attenzione a quale corrente scorre nel circuito, diretta o alternata. Prendi un dispositivo di misurazione appropriato e se non conosci la corrente stimata nel circuito, metti l'interruttore per misurare la corrente nella posizione massima.

Consideriamo in dettaglio come misurare la forza attuale con un apparecchio elettrico.

Per sicurezza misurazioni del consumo di corrente con gli elettrodomestici realizzeremo una prolunga fatta in casa con due prese. Dopo il montaggio, otteniamo una prolunga molto simile a una normale prolunga da negozio.

Ma se si smonta e si confronta tra loro una prolunga fatta in casa e acquistata in negozio, allora vedremo chiaramente le differenze nella struttura interna. Le conclusioni all'interno delle prese della prolunga fatta in casa sono collegate in serie e nel negozio sono collegate in parallelo.

La foto mostra chiaramente che i terminali superiori sono collegati tra loro con un filo giallo e la tensione di rete viene fornita ai terminali inferiori delle prese.

Ora iniziamo a misurare la corrente, per questo inseriamo la spina dell'elettrodomestico in una delle prese e le sonde dell'amperometro nell'altra presa. Prima di misurare la corrente, non dimenticare le informazioni che abbiamo letto su come misurare la corrente in modo corretto e sicuro.

Ora diamo un'occhiata a come interpretare correttamente le letture dell'amperometro. A misurazione del consumo di corrente dello strumento, la freccia dell'amperometro si è fermata alla divisione 50, l'interruttore è stato impostato sul limite massimo di misura di 3 Ampere. La scala del mio amperometro ha 100 divisioni. Ciò significa che è facile determinare l'intensità di corrente misurata con la formula (3/100) X 50 = 1,5 Ampere.

La formula per calcolare la potenza del dispositivo in base alla corrente consumata.

Avendo i dati sulla dimensione della corrente consumata da qualsiasi dispositivo elettrico (TV, frigorifero, ferro da stiro, saldatura, ecc.), È possibile determinare facilmente quale consumo energetico ha questo dispositivo elettrico. C'è una legge fisica nel mondo, alla quale l'elettricità obbedisce sempre. Gli scopritori di questo modello sono Emil Lenz e James Joule, e in loro onore è ora chiamata Legge di Joule-Lenz.

• I - forza attuale, misurata in Ampere (A);
• U è la tensione misurata in Volt (V);
• P è la potenza misurata in Watt (W).

Eseguiamo uno dei calcoli della corrente.

Ho misurato il consumo di corrente del frigorifero ed è pari a 7 Ampere. La tensione nella rete è di 220 V. Pertanto, il consumo di energia del frigorifero è di 220 V X 7 A = 1540 W.

Cosa si può fare sulla base del piccolo microcontrollore Attiny13? Molte cose. Ad esempio, un misuratore di tensione, corrente, temperatura, con l'output dei risultati su un display come HD44780. Quindi mettiamo insieme questo dispositivo universale che può essere utilizzato con successo come modulo in alimentatori, caricabatterie, UMZCH e in quei luoghi in cui non è richiesta una precisione molto elevata. La dimensione della scheda è di soli 35 x 16 mm.

Schema del contatore U, I, T su Attiny13

• Campo di misura della tensione 0-99V con una risoluzione di 0,1 V.
• Campo di misura della corrente 0-9,99 A con una risoluzione di 10 mA.
• Intervallo di misurazione della temperatura 0-99°C con risoluzione 0,1°C.
• Il consumo di corrente del contatore stesso è di 35 mA.

Prima di tutto, devi sapere in quale intervallo di tensione funzionerà il dispositivo. Per stabilire ciò, è necessario calcolare il partitore di tensione. Ad esempio, per ottenere una misura di 10V, il divisore dovrebbe essere 1/10 (moltiplichiamo x 10 perché la tensione sarà 10 volte la base 1V), per 30V sarà 1/30, e così via. Quindi è necessario configurare il programma per questo intervallo. Moltiplichiamo questi 30 V per 640 e dividiamo il risultato per 1023. Il numero risultante viene approssimativamente scritto all'inizio del programma, tensione costante, e il programma deve essere compilato (per l'intervallo di 100 V, 8,2 k).

Possiamo anche regolare la misurazione corrente in un modo simile, dare un divisore diverso, un intervallo diverso ed elencarlo, ma non lo descriverò. Non esiste una calibrazione della temperatura analogica qui perché sembrava completamente ridondante.

Lo correggiamo sperimentalmente nel programma, la costante const temp è responsabile di questo. Un resistore da 1K tra la massa e l'uscita del sensore imposta la tensione, può anche essere ridotta a 100 ohm.

Come funziona il circuito

La tensione che vogliamo misurare viene applicata ai punti V e V + sulla scheda, ci colleghiamo al punto GND dall'ingresso della massa dell'alimentatore, e al punto B - l'uscita della massa (il la misurazione avviene alla massa). Uno shunt è collegato tra i punti GND e V. Il misuratore è alimentato dai punti V e V + attraverso il regolatore 7805. C'è spazio per il regolatore nel pacchetto TO252 sulla scheda, ma il regolatore 78L05 più grande nel pacchetto TO92 può essere utilizzato con successo. La tensione massima che può essere specificata per il punto V e V +, per un normale 7805 sarà fino a 35V, per 78L05 sarà, ovviamente, inferiore, ma non superiore a 30. Per misurare tensioni elevate, il il chip deve essere rifornito separatamente - lato stampa, è necessario interrompere il percorso sotto il potenziometro di regolazione della tensione e fornire alimentazione al punto A. Il sistema funziona con un display 16x1 con un controller HD44780 o 16x2.

Video sul funzionamento del misuratore

Quando si esegue il flashing del microcontrollore, è necessario impostare il ripristino del pin come un pin normale (abilitare fusebit RSTDISBL). Prima di eseguire questa operazione, assicurati che tutto sia ben stabilito, che dopo lo spegnimento venga ripristinato e che non sia possibile accedere al processore con un programmatore convenzionale! Le fonti, così come tutta la documentazione e i file, si trovano

Il dispositivo misura una tensione costante da 0 a 51,1 V con una risoluzione di 0,1 V e una corrente continua da 0 a 5,11 A con una risoluzione di 0,01 A. Il suo prototipo era il contatore descritto in, che è abbastanza semplice in termini di schema e ha buoni parametri. L'idea principale implementata in esso per utilizzare un microcontrollore economico merita attenzione. Tuttavia, la necessità di utilizzare un amplificatore operazionale in grado di funzionare con un alimentatore unipolare con una tensione di uscita prossima allo zero, nonché la presenza di una fonte di alimentazione aggiuntiva, impongono alcune limitazioni al suo utilizzo.

Misuratore di tensione e corrente digitale

Inoltre, gli indicatori sulla scheda del prototipo sono posizionati in modo scomodo, è meglio posizionarli orizzontalmente in fila e ridurre le dimensioni del pannello frontale del contatore, avvicinandoli alle dimensioni degli indicatori utilizzati. Il diagramma schematico del contatore è presentato sul sito web www.site. Poiché non è stato possibile reperire gli shift register con il registro di memorizzazione utilizzati nei microcircuiti 74HC595N, abbiamo utilizzato i microcircuiti 74HC164N, nei quali il registro di memorizzazione è assente. Sono stati utilizzati anche indicatori con una luminosità molto più elevata a bassa corrente, che ha permesso di ridurre la corrente consumata dal contatore a 20 mA e di abbandonare lo stabilizzatore di tensione aggiuntivo di +5 V.

Il segnale dal sensore di corrente (resistenza R1) viene inviato all'ingresso GP1 del microcontrollore attraverso un amplificatore invertente all'amplificatore operazionale DA1. A differenza di (1J, qui viene utilizzata un'alimentazione bipolare dell'amplificatore operazionale con una tensione di ± 8 V, poiché non tutti gli amplificatori operazionali hanno la proprietà rail-to-rail e funzionano correttamente con un'alimentazione unipolare e una tensione quasi zero all'uscita L'alimentazione bipolare semplifica la risoluzione di questo problema, consente l'uso di Esistono molti tipi di amplificatori operazionali, poiché la tensione all'uscita dell'amplificatore operazionale può essere compresa tra 8 e 8 V. Per proteggere il ingresso del microcontrollore da sovraccarico, viene utilizzato un circuito di limitazione R10VD9.

Il trimmer R8 regola il guadagno e il trimmer R11 imposta la tensione zero all'uscita dell'amplificatore operazionale. I diodi VD1 e VD2 proteggono l'ingresso dell'amplificatore operazionale dal sovraccarico in caso di rottura del sensore di corrente. A causa della resistenza relativamente bassa del sensore di corrente, la deviazione del risultato della misurazione della tensione quando la corrente di carico cambia da zero al massimo (5,11 A) non supera 0,06 V. Se lo strumento è integrato in una sorgente di tensione di polarità negativa. il sensore di corrente può essere acceso davanti al partitore di tensione di uscita il suo stabilizzatore”.

In questo caso, la caduta di tensione attraverso il sensore di corrente sarà compensata dall'anello di retroazione dello stabilizzatore. Poiché la corrente del divisore è solitamente piccola, non avrà quasi alcun effetto sulle letture dell'amperometro, inoltre, questo effetto può essere compensato da un resistore di riga R11. Il misuratore viene alimentato con la tensione di uscita del raddrizzatore di alimentazione attraverso un convertitore su transistor VT1 e VT2. Questo è un po 'più complicato che in, poiché richiede la produzione di un trasformatore di impulsi, ma non ci sono problemi con l'ottenimento di tutte le tensioni nominali richieste. Il convertitore di tensione è il più semplice autogeneratore push-pull. il cui schema è preso in prestito. La frequenza di conversione è di circa 80 kHz.

Grazie all'isolamento galvanico tra l'ingresso e l'uscita del convertitore, il misuratore può essere integrato in uno stabilizzatore di tensione di qualsiasi polarità. Con i transistor indicati nello schema, è operativo con una tensione di ingresso da 30 a 44 V. Allo stesso tempo, le tensioni di uscita variano da circa 8 a 12 V. A causa del fatto che le resistenze dei resistori R5 e R6 sono scelti abbastanza grandi, il convertitore non ha paura dei cortocircuiti in uscita. In questi casi, la generazione semplicemente fallisce.

La tensione di 5 V per l'alimentazione della parte digitale del contatore è stata ottenuta utilizzando uno stabilizzatore integrato DA2. Non è necessario stabilizzare la tensione di alimentazione dell'amplificatore operazionale, poiché esso stesso è sufficientemente resistente ai suoi cambiamenti. La tensione di ripple con la frequenza di conversione viene soppressa dai filtri RC agli ingressi del microcontrollore DD1. Se le pulsazioni con una frequenza di 100 Hz sono troppo grandi, si consiglia di utilizzare il metodo per ridurle descritto in. Qui vale la pena di dire alcune parole sull'instabilità del bit meno significativo del risultato della misurazione inerente a tutti i digitali metri.

Cambia sempre di uno caoticamente intorno al valore vero. Queste fluttuazioni non sono il risultato di un malfunzionamento del dispositivo, ma non possono essere eliminate completamente, possono essere ridotte solo facendo la media dei risultati di un gran numero di misurazioni. Le parti del contatore sono montate su tre circuiti stampati in materiale isolante laminato su un lato. Sono progettati per l'installazione di microcircuiti in custodie DIP Su una scheda (Fig. 2) sono montati gli indicatori, sulla seconda (Fig. 3) - microcircuiti digitali e un microcontrollore. Sulla terza scheda sono installati il ​​convertitore, il regolatore di tensione di alimentazione del microcontrollore e l'amplificatore di segnale del sensore di corrente (Fig. 4).

Il posizionamento delle parti sulle schede e le connessioni scheda-scheda sono mostrate in Fig. 5. I numeri rossi su di esso indicano i numeri dei terminali del trasformatore di impulsi T1 nei punti in cui sono collegati alla scheda. Il trasformatore stesso è fissato ad esso con morsetti realizzati con filo di installazione isolato. I condensatori di blocco C13 e C14 sono saldati direttamente ai pin di alimentazione dei microcircuiti DD2 e DD3. Come ha dimostrato la pratica, lo strumento funziona bene senza questi condensatori.

Il microcontrollore e le schede di segnalazione sono collegati da staffe in acciaio zincato di spessore 0,5 mm. La scheda convertitore e amplificatore è fissata con due viti M2. La distanza tra le tavole è di circa 11 mm. Questa versione del design del dispositivo (Fig. 6) occupa meno spazio sul pannello anteriore dell'alimentatore, in cui deve essere integrato questo dispositivo. Invece di OU KR140UD708, puoi applicare, ad esempio. KR140UD1408 e molti altri tipi di amplificatori operazionali Va notato che potrebbero richiedere circuiti di correzione diversi rispetto a KR140UD708 Questo dovrebbe essere preso in considerazione quando si progetta un circuito stampato.

Invece dei registri a scorrimento 74HC164, puoi usare 74HC4015, ma dovrai cambiare la topologia dei conduttori stampati della scheda. I diodi KD522B possono essere sostituiti con KD510A. Resistenze trimmer R8 e R11 - SPZ19. R9 viene importato. Vengono importati anche i condensatori fissi. Il resistore R1 (sensore di corrente) può essere realizzato in filo di nichelcromo o utilizzato come già pronto, come fatto in (1). L'ho realizzato da un pezzo di nastro nicromo con una sezione trasversale di 2,5 × 0,8 mm e una lunghezza (tenendo conto delle estremità stagnate) di circa 25 mm, estratto da un relè termico TRN.

Il trasformatore T1 è avvolto su un anello di ferrite 10x6x3 mm rimosso da un CFL difettoso. Tutti gli avvolgimenti sono avvolti con filo PEV-2 con un diametro di 0,18 mm. L'avvolgimento 2-3 contiene 83 giri, gli avvolgimenti 1-2 e 4-5 - 13 giri ciascuno e l'avvolgimento 6-7-8 ha 80 giri con un tocco dal centro. Se la tensione di uscita del raddrizzatore è inferiore a 30 V, il numero di spire dell'avvolgimento 2-3 dovrà essere ridotto alla velocità di circa 4 spire per volt. Tra di loro, gli avvolgimenti 1-2-3 e 4-5 sono isolati con uno strato di carta del condensatore di 0,1 mm di spessore e dall'avvolgimento 6-7-8 - con due strati di tale carta.Dopo aver verificato l'operabilità, il trasformatore è impregnato con vernice XB-784.

Il programma del microcontrollore è scritto in MPLAB IDE v8.92 nel linguaggio assembly MPASM. Vengono offerte due opzioni. I file della prima opzione si trovano nella cartella Generale. catodo" e sono destinati ad un dispositivo con indicatori a LED con catodi a scarica comune, compresi quelli indicati nello schema di Fig. 1. File della seconda opzione dalla cartella Generale. anodo "dovrebbe essere utilizzato quando si installano indicatori LED con anodi di scarica comuni nel dispositivo. Tuttavia, questa versione del programma non è stata testata nella pratica. Il microcontrollore è stato programmato utilizzando il programma IC-prog e un semplice dispositivo descritto in (4).

La regolazione del misuratore consiste nell'azzerare la resistenza di trimming R11 all'uscita dell'amplificatore operazionale DA 1 in assenza di corrente nel circuito misurato. Quindi viene applicata una corrente a questo circuito. vicino al limite di misurazione, ma inferiore ad esso. Controllando la corrente con un amperometro esemplare, il resistore di regolazione R8 raggiunge l'uguaglianza delle letture dell'esemplare e dei dispositivi regolati Alimentando e controllando la tensione misurata con un voltmetro modello, impostare le letture corrispondenti sull'indicatore del dispositivo con il trimmer R9. Maggiori dettagli sullo stabilimento sono scritti in (1).

In pratica, le misurazioni della tensione devono essere eseguite abbastanza spesso. La tensione viene misurata nell'ingegneria radio, nei dispositivi e nei circuiti elettrici, ecc. Il tipo di corrente alternata può essere pulsata o sinusoidale. Le sorgenti di tensione sono generatori di corrente.

La tensione della corrente impulsiva ha i parametri della tensione di picco e media. I generatori di impulsi possono essere sorgenti di tale tensione. La tensione viene misurata in volt ed è indicata con "V" o "V". Se la tensione è variabile, il simbolo " ~ ", Per tensione costante viene indicato il simbolo" - ". La tensione alternata nella rete domestica è contrassegnata con ~ 220 V.

Sono dispositivi progettati per misurare e controllare le caratteristiche dei segnali elettrici. Gli oscilloscopi funzionano secondo il principio della deviazione di un raggio di elettroni, che visualizza i valori delle variabili sul display.

Misura della tensione CA

Secondo i documenti normativi, la tensione nella rete domestica dovrebbe essere pari a 220 volt con una precisione di deviazione del 10%, ovvero la tensione può variare nell'intervallo 198-242 volt. Se l'illuminazione della tua casa è diventata più debole, le lampade hanno iniziato a guastarsi spesso oi dispositivi domestici hanno iniziato a funzionare in modo instabile, quindi per scoprire ed eliminare questi problemi, devi prima misurare la tensione nella rete.

Prima di misurare, è necessario preparare il dispositivo di misurazione esistente per l'uso:

• Verificare l'integrità dell'isolamento dei cavi di controllo con sonde e puntali.
• Impostare l'interruttore sulla tensione CA, con un limite superiore di 250 volt o superiore.
• Ad esempio, inserire le punte dei cavi di prova nelle prese del dispositivo di misurazione. Per non sbagliare, è meglio guardare le designazioni dei nidi sul caso.
• Accendi il dispositivo.

Si può vedere dalla figura che il limite di misurazione di 300 volt è selezionato sul tester e 700 volt sul multimetro. Alcuni dispositivi richiedono la misurazione della tensione per impostare diversi interruttori nella posizione desiderata: tipo di corrente, tipo di misurazione e inserire anche le punte dei cavi in ​​determinate prese. L'estremità della punta nera nel multimetro è inserita nella presa COM (presa comune), la punta rossa è inserita nella presa contrassegnata con "V". Questo jack è comune per misurare qualsiasi tipo di tensione. La presa contrassegnata con "ma" viene utilizzata per misurare piccole correnti. La presa etichettata "10 A" viene utilizzata per misurare una quantità significativa di corrente, che può raggiungere i 10 ampere.

Se si misura la tensione con un filo collegato alla presa "10 A", il dispositivo si guasterà o il fusibile si brucerà. Pertanto, quando si eseguono lavori di misurazione, è necessario prestare attenzione. Molto spesso, si verificano errori nei casi in cui la resistenza è stata misurata per la prima volta e quindi, dimenticando di passare a un'altra modalità, viene avviata la misurazione della tensione. In questo caso, il resistore all'interno del dispositivo si brucia, che è responsabile della misurazione della resistenza.

Dopo aver preparato il dispositivo, puoi iniziare a misurare. Se non appare nulla sull'indicatore quando accendi il multimetro, significa che la batteria situata all'interno del dispositivo è scaduta e deve essere sostituita. Il più delle volte nei multimetri è "Krona", che emette una tensione di 9 volt. La sua durata è di circa un anno, a seconda del produttore. Se il multimetro non è stato utilizzato per molto tempo, la corona potrebbe essere ancora difettosa. Se la batteria è buona, il multimetro dovrebbe mostrarne uno.

Le sonde a filo devono essere inserite in una presa o toccati i fili scoperti.

Il display del multimetro visualizzerà immediatamente il valore della tensione di rete in forma digitale. Su un dispositivo puntatore, la freccia devierà di un certo angolo. Il tester puntatore ha diverse scale graduate. Se li esamini attentamente, allora tutto diventa chiaro. Ogni scala è progettata per misurazioni specifiche: corrente, tensione o resistenza.

Il limite di misurazione sul dispositivo è stato fissato a 300 volt, quindi è necessario contare sulla seconda scala, che ha un limite di 3, mentre le letture del dispositivo devono essere moltiplicate per 100. La scala ha un valore di divisione di 0,1 volt , quindi otteniamo il risultato mostrato in figura, circa 235 volt. Questo risultato rientra nei limiti accettabili. Se le letture del contatore cambiano costantemente durante la misurazione, è possibile che vi sia uno scarso contatto nei collegamenti dei cavi elettrici, che può portare a archi elettrici e malfunzionamenti nella rete.

Misura della tensione CC

Le fonti di tensione costante sono accumulatori, a bassa tensione o batterie, la cui tensione non è superiore a 24 volt. Pertanto, toccare i poli della batteria non è pericoloso e non sono necessarie particolari misure di sicurezza.

Per valutare le prestazioni di una batteria o altra sorgente, è necessario misurare la tensione ai suoi poli. Per le batterie a dito, i poli di alimentazione si trovano alle estremità della custodia. Il polo positivo è contrassegnato con "+".

La corrente continua viene misurata allo stesso modo di quella alternata. L'unica differenza consiste nell'impostare il dispositivo sulla modalità appropriata e nell'osservare la polarità dei terminali.

La tensione della batteria è solitamente indicata sulla custodia. Ma il risultato della misurazione non indica ancora lo stato di salute della batteria, poiché viene misurata la forza elettromotrice della batteria. La durata del funzionamento del dispositivo, in cui verrà installata la batteria, dipende dalla sua capacità.

Per una valutazione accurata delle prestazioni della batteria, è necessario misurare la tensione con il carico collegato. Per una batteria a penna, una normale lampadina da 1,5 volt è adatta come carico. Se la tensione diminuisce leggermente quando la lampadina è accesa, cioè non più del 15%, quindi la batteria è adatta al funzionamento. Se la tensione scende molto di più, una tale batteria può ancora funzionare solo in un orologio da parete, che consuma pochissima energia.