- tutorial
Prezantimi
Pershendetje te gjitheve! Pas përfundimit të ciklit të sensorëve, u ngritën pyetje për një plan tjetër për matjen e parametrave të konsumit të pajisjeve shtëpiake dhe jo shumë elektrike. Kush sa konsumon, si të lidhni çfarë të masni, cilat janë hollësitë, etj. Është koha për të zbuluar të gjitha kartat në këtë fushë.Në këtë seri artikujsh, ne do të shqyrtojmë temën e matjes së parametrave të energjisë elektrike. Këta parametra janë në fakt shumë nje numer i madh i, të cilën do të përpiqem ta tregoj gradualisht në seri të vogla.
Ka tre seri në tubacion deri më tani:
- Matja e energjisë elektrike.
- Cilësia e energjisë elektrike.
- Pajisjet për matjen e parametrave të energjisë elektrike.
Bazuar në rezultatet e të gjithë ciklit, ne do të prodhojmë një lloj matësi elektrik inteligjent me akses në internet. Tifozët absolutisht famëkeq të kontrollit të pajisjeve elektrike të shtëpisë së tyre inteligjente mund të ofrojnë të gjithë ndihmën e mundshme në zbatimin e pjesës së komunikimit bazuar, për shembull, në MajorDomo. Le të bëjmë OpenSource Shtëpi e zgjuar më mirë, si të thuash.
Në këtë seri, në dy pjesë, do të trajtojmë pyetjet e mëposhtme:
- Lidhja e sensorëve të rrymës dhe tensionit në pajisje rrymë e vazhdueshme, si dhe njëfazor dhe qarqet trefazore rrymë alternative;
- Matja e vlerave efektive të rrymës dhe tensionit;
- Matja e faktorit të fuqisë;
- Fuqia e dukshme, aktive dhe reaktive;
- Konsumi i energjisë elektrike;
1. Lidhja e sensorit
Në ciklin e fundit për sensorët e tensionit dhe rrymës, fola për llojet e sensorëve, por nuk fola se si t'i përdorni dhe ku t'i vendosni ato. Është koha për ta rregulluar
Lidhja e sensorëve DC
Është e qartë se i gjithë cikli do t'i kushtohet sistemeve AC, por ne do të kalojmë shpejt në qarqet DC, pasi kjo mund të jetë e dobishme për ne kur zhvillojmë furnizime me energji DC. Merrni për shembull një konvertues klasik PWM buck:
Fig 1. Konvertuesi PWM buck
Detyra jonë është të sigurojmë një tension dalës të stabilizuar. Për më tepër, bazuar në informacionin nga sensori aktual, është e mundur të kontrollohet mënyra e funksionimit të induktorit L1, duke parandaluar ngopjen e tij, si dhe të zbatohet mbrojtja aktuale e konvertuesit. Dhe sinqerisht, nuk ka mundësi të veçanta për instalimin e sensorëve.
Një sensor tensioni në formën e një ndarësi rezistent R1-R2, i cili është i vetmi që mund të funksionojë me rrymë të drejtpërdrejtë, është instaluar në daljen e konvertuesit. Zakonisht mikroqark i specializuar konverteri ka një hyrje reagime, dhe bën çdo përpjekje për të siguruar që kjo hyrje (3) të ketë një nivel të caktuar tensioni, të përshkruar në dokumentacionin për mikroqarkun. Për shembull 1.25 V. Nëse jonë tensioni i daljes përkon me këtë nivel - gjithçka është në rregull - ne aplikojmë drejtpërdrejt tensionin e daljes në këtë hyrje. Nëse jo, atëherë vendosni ndarësin. Nëse duhet të sigurojmë një tension daljeje prej 5 V, atëherë ndarësi duhet të sigurojë një faktor ndarjeje prej 4, d.m.th., R1 = 30k, R2 = 10k.
Sensori aktual zakonisht instalohet midis furnizimit me energji elektrike dhe konvertuesit dhe në çip. Nga diferenca potenciale midis pikave 1 dhe 2, dhe me një rezistencë të njohur të rezistorëve Rs, është e mundur të përcaktohet vlera aktuale e rrymës së induktorit tonë. Instalimi i një sensori aktual midis burimeve dhe ngarkesës nuk është më i rëndësishmi nje ide e mire, pasi kondensatori i filtrit do të shkëputet nga një rezistencë nga konsumatorët rrymat e impulsit. Instalimi i një rezistence në një thyerje në telin e përbashkët gjithashtu nuk sjell mirë - do të ketë dy nivele të tokës me të cilat të ngatërroni është ende një kënaqësi.
Problemet e rënies së tensionit mund të shmangen duke përdorur sensorë të rrymës pa kontakt - p.sh. sensorë të sallës:
Fig 2. Sensori i rrymës pa kontakt
Megjithatë, ka më shumë mënyrë e ndërlikuar matjet aktuale. Në fund të fundit, voltazhi bie në tranzistor në të njëjtën mënyrë dhe e njëjta rrymë rrjedh përmes tij si induktanca. Prandaj, vlera aktuale e rrymës mund të përcaktohet edhe nga rënia e tensionit në të. Për të qenë i sinqertë, nëse shikoni strukturën e brendshmeçipat e konvertuesit, për shembull, nga Texas Instruments - atëherë kjo metodë ndodh aq shpesh sa ato të mëparshme. Saktësia e kësaj metode sigurisht nuk është më e larta, por kjo është mjaft e mjaftueshme që ndërprerja aktuale të funksionojë.
Fig 3. Transistori si sensor i rrymës
Ne bëjmë të njëjtën gjë në qarqet e tjera të konvertuesve të ngjashëm, qoftë ai përforcues apo invert.
Sidoqoftë, është e nevojshme të përmenden veçmas konvertuesit e transformatorit përpara dhe fluturues.
Figura 4. Lidhja e sensorëve të rrymës në konvertuesit flyback
Ata gjithashtu mund të përdorin ose një rezistencë të jashtme ose një transistor në rolin e tij.
Për këtë, ne kemi përfunduar me lidhjen e sensorëve me konvertuesit DC. Nëse keni sugjerime për opsione të tjera, me kënaqësi do ta plotësoj artikullin me to.
1.2 Lidhja e sensorëve në qarqet njëfazore rrymë alternative
Në qarqet AC, ne kemi shumë më shumë zgjedhje sensorë të mundshëm. Le të shqyrtojmë disa opsione.Më e thjeshta është të përdorni një ndarës rezistent të tensionit dhe një shunt të rrymës.
Figura 5. Lidhja e sensorëve të rezistencës
Megjithatë, ajo ka disa të meta të rëndësishme:
Së pari, ose do të sigurojmë një amplitudë të konsiderueshme sinjali nga shunti aktual duke shpërndarë një sasi të madhe fuqie mbi të, ose do të kënaqemi me një amplitudë të vogël sinjali dhe më pas do ta amplifikojmë atë. Dhe së dyti, rezistenca krijon një ndryshim të mundshëm midis neutralit të rrjetit dhe neutralit të pajisjes. Nëse pajisja është e izoluar, atëherë nuk ka rëndësi, por nëse pajisja ka një terminal tokësor, atëherë rrezikojmë të mbetemi pa sinjal nga sensori aktual, pasi do ta shkurtojmë atë. Ndoshta ia vlen të provoni sensorë që punojnë në parime të tjera.
Për shembull, ne do të përdorim transformatorët e rrymës dhe tensionit, ose një sensor të rrymës së efektit të sallës dhe një transformator tensioni. Këtu shumë më shumë mundësi për të punuar me pajisje, pasi teli neutral nuk ka humbje, dhe më e rëndësishmja, në të dyja rastet ka izolimi galvanik pajisje matëse, të cilat shpesh mund të vijnë në ndihmë. Sidoqoftë, duhet të merret parasysh se sensorët e rrymës dhe tensionit të transformatorit kanë një kufi të kufizuar reagimi i frekuencës dhe nëse duam të masim përbërjen harmonike të shtrembërimeve, atëherë nuk kemi faktin se do të dalë.
Fig 6. Transformatori lidhës dhe sensorët e rrymës dhe tensionit pa kontakt
1.3 Lidhja e sensorëve me qarqet shumëfazore të rrjeteve AC
Në rrjetet polifazore, aftësia jonë për të lidhur sensorët aktualë është pak më e vogël. Kjo për faktin se shunti aktual nuk mund të përdoret fare, pasi ndryshimi i mundshëm midis shunteve fazore do të luhatet brenda qindra volteve, dhe unë nuk di ndonjë kontrollues për qëllime të përgjithshme, hyrjet analoge të të cilit mund t'i rezistojnë talljeve të tilla.Një mënyrë për të përdorur shuntet aktuale është sigurisht - për çdo kanal duhet të bëni të izoluar në mënyrë galvanike hyrje analoge. Por është shumë më e lehtë dhe më e besueshme të përdorësh sensorë të tjerë.
Në analizuesin tim të cilësisë përdor ndarës rezistent të tensionit dhe sensorë në distancë Rryma e efektit të sallës.
Fig 7. Sensorët e rrymës në një rrjet trefazor
Siç mund ta shihni nga figura, ne po përdorim një lidhje me katër tela. Sigurisht, në vend të sensorëve aktualë në efektin e sallës, mund të merrni transformatorë aktualë ose sythe Rogowski.
Në vend të ndarësve rezistues, mund të përdoren transformatorë të tensionit, si për një sistem me katër tela ashtu edhe për një sistem me tre tela.
AT rasti i fundit mbështjelljet kryesore të transformatorëve të tensionit janë të lidhura në një trekëndësh, dhe mbështjelljet dytësore në një yll, pika e përbashkët e të cilit është pika e përbashkët e qarkut matës
Figura 8. Përdorimi i transformatorëve të tensionit në një rrjet trefazor
2 Vlera efektive e rrymës dhe tensionit
Është koha për të zgjidhur problemin e matjes së sinjaleve tona. Rëndësia praktike për ne është kryesisht vlera efektive e rrymës dhe tensionit.
Më lejoni t'ju kujtoj materialin nga cikli i sensorit. Me ndihmën e ADC-së së mikrokontrolluesit tonë, në intervale të rregullta do të regjistrojmë vlerën e tensionit të menjëhershëm. Kështu, për periudhën e matjes, do të kemi një grup të dhënash për nivelin e vlerës së tensionit të menjëhershëm (gjithçka është e ngjashme për rrymën).
Fig 9. Seria vlerat e çastit tensionit
Detyra jonë është të numërojmë vlerë efektive. Së pari, le të përdorim formulën integrale:
(1)AT sistemi dixhital duhet të kufizohemi në një sasi të caktuar kohe, kështu që shkojmë në shumën:
(2)Ku është periudha e marrjes së mostrave të sinjalit tonë dhe është numri i mostrave për periudhën e matjes. Diku këtu në video filloj të fërkoj lojën për barazinë e zonave. Duhet të kisha fjetur atë ditë. =)
Në mikrokontrolluesit MSP430FE4252, të cilët përdoren në matësit e Merkurit njëfazor, bëhen 4096 lexime për një periudhë matjeje prej 1, 2 ose 4 sekondash. Ne do të mbështetemi në T=1s dhe N=4096 në vijim. Për më tepër, 4096 pikë për sekondë do të na lejojnë të përdorim algoritme të shpejta të transformimit të Furierit për të përcaktuar spektrin harmonik deri në harmonikën e 40-të, siç kërkohet nga GOST. Por më shumë për këtë në episodin e ardhshëm.
Le të skicojmë një algoritëm për programin tonë. Ne duhet të ofrojmë nisje e qëndrueshme ADC çdo 1/8192 sekonda, pasi kemi dy kanale dhe këto të dhëna do t'i masim në mënyrë alternative. Për ta bërë këtë, konfiguroni një kohëmatës dhe sinjali i ndërprerjes do të rifillojë automatikisht ADC-në. Të gjitha ADC-të e bëjnë këtë.
Ne do të shkruajmë programin e ardhshëm në arduino, pasi shumë e kanë në dorë. Interesi ynë është thjesht akademik.
Duke pasur një frekuencë kuarci të sistemit prej 16 MHz dhe një kohëmatës 8-bit (në mënyrë që jeta të mos duket si mjaltë), duhet të sigurojmë frekuencën e funksionimit të çdo ndërprerjeje kohëmatës me një frekuencë prej 8192 Hz.
Na vjen keq për faktin se 16MHz nuk ndahet aq sa duhet dhe frekuenca përfundimtare e kohëmatësit është 8198Hz. Ne mbyllim sytë ndaj gabimit prej 0.04% dhe ende lexojmë 4096 mostra për kanal.
Jemi të trishtuar që ndërprerja e tejmbushjes në arduino është e zënë me llogaritjen e kohës (përgjegjëse për millis dhe vonesë, kështu që kjo do të ndalojë së punuari normalisht), kështu që ne përdorim ndërprerjen e krahasimit.
Dhe befas kuptojmë se sinjali na vjen bipolar, dhe se msp430fe4252 e përballon atë në mënyrë të përsosur. Ne jemi të kënaqur me një ADC unipolare, kështu me radhë përforcues operacional ne mbledhim një konvertues të thjeshtë të një sinjali bipolar në një unipolar:
Fig 10. Konvertuesi i sinjalit bipolar në unipolar
Për më tepër, detyra jonë është të sigurojmë lëkundjen e sinusoidit tonë në lidhje me gjysmën e tensionit të referencës - atëherë ose do të zbresim gjysmën e diapazonit ose do të aktivizojmë opsionin në cilësimet ADC dhe do të marrim vlerat e shenjave.
Arduino ka një ADC 10-bit, kështu që nga një rezultat i panënshkruar midis 0-1023 ne do të zbresim gjysmën dhe do të marrim -512-511.
Ne kontrollojmë modelin e montuar në LTSpiceIV dhe sigurohemi që gjithçka funksionon ashtu siç duhet. Në materialin video, ne gjithashtu jemi të bindur eksperimentalisht.
Figura 11. Rezultati i simulimit. E gjelbër është sinjali origjinal, blu është dalja
Skicë për Arduino për një kanal
void setup() ( autoadcsetup(); DDRD |=(1<
Programi është shkruar në Arduino IDE për mikrokontrolluesin ATmega1280. Në tabelën time të korrigjimit, 8 kanalet e para janë drejtuar për nevojat e brendshme të bordit, kështu që përdoret kanali ADC8. Është e mundur të përdoret kjo skicë për tabelën me ATmega168, por duhet të zgjidhni kanalin e duhur.
Brenda ndërprerjeve, ne shtrembërojmë disa kunja shërbimi për të parë vizualisht frekuencën e punës së dixhitalizimit.
Disa fjalë se nga erdhi koeficienti 102. Në fillimin e parë, një sinjal me amplituda të ndryshme u furnizua nga gjeneratori, treguesi i vlerës së tensionit efektiv u lexua nga oshiloskopi dhe vlera e llogaritur u mor nga tastiera në njësitë ADC absolute.
| Umax, V | Urms, V | i numëruar |
| 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 |
Duke pjesëtuar vlerat e kolonës së tretë me vlerat e së dytës, marrim një mesatare prej 102. Ky do të jetë koeficienti ynë i "kalibrimit". Megjithatë, mund të shihet se me uljen e tensionit, saktësia bie ndjeshëm. Kjo është për shkak të ndjeshmërisë së ulët të ADC-së tonë. Në fakt, 10 shifra për llogaritjet e sakta janë katastrofikisht të vogla dhe nëse është mjaft e mundur të matet tensioni në prizë në këtë mënyrë, atëherë vendosja e një ADC 10-bit për të matur rrymën e konsumuar nga ngarkesa do të jetë një krim kundër metrologjisë. .
Në këtë pikë, ne do të thyejmë. Në pjesën tjetër, ne do të shqyrtojmë tre pyetjet e tjera të kësaj serie dhe do të kalojmë pa probleme në krijimin e vetë pajisjes.
Firmware-i i paraqitur, si dhe firmuerët e tjerë për këtë seri (meqë unë xhiroj video më shpejt se sa përgatit artikuj) mund të gjenden në depo në GitHub.
Matja aktuale(shkurtuar si matje aktuale) është një aftësi e dobishme që do të jetë e dobishme më shumë se një herë në jetë. Është e nevojshme të dihet madhësia e rrymës kur është e nevojshme të përcaktohet konsumi i energjisë. Një pajisje e quajtur ampermetër përdoret për të matur rrymën.
Ka rrymë alternative dhe rrymë direkte, prandaj, për matjen e tyre përdoren instrumente të ndryshme matëse. Rryma shënohet gjithmonë me shkronjën I, dhe forca e saj matet në Amper dhe shënohet me shkronjën A. Për shembull, I \u003d 2 A tregon që forca aktuale në qarkun në provë është 2 Amper.
Le të shqyrtojmë në detaje se si shënohen instrumente të ndryshme matëse për matjen e llojeve të ndryshme të rrymave.
- Në një pajisje matëse për matjen e rrymës direkte, simboli "-" aplikohet përpara shkronjës A.
- Në një pajisje matëse për matjen e rrymës alternative, simboli "~" aplikohet në të njëjtin vend.
- ~ Një pajisje për matjen e rrymës alternative.
- - Një pajisje për matjen e rrymës direkte.
Këtu është një foto e një ampermetri të krijuar për të Matjet e rrymës DC.
Sipas ligjit, forca e rrymës që rrjedh në një qark të mbyllur, në çdo pikë të tij, është e barabartë me të njëjtën vlerë. Si rezultat, për të matur rrymën, është e nevojshme të shkëputni qarkun në çdo vend të përshtatshëm për lidhjen e pajisjes matëse.
Duhet mbajtur mend se madhësia e tensionit të pranishëm në qarkun elektrik nuk ka asnjë efekt në matje aktuale. Burimi aktual mund të jetë ose një furnizim me energji shtëpiake 220 V ose një bateri 1.5 V, etj.
Nëse do të matni rrymën në një qark, kushtojini vëmendje nëse rryma rrjedh në qark, e drejtpërdrejtë apo e alternuar. Merrni një pajisje matëse të përshtatshme dhe nëse nuk e dini fuqinë e pritshme të rrymës në qark, vendosni çelësin e matjes së rrymës në pozicionin maksimal.
Le të shqyrtojmë në detaje se si të matim fuqinë aktuale me një pajisje elektrike.
Per siguri matja e konsumit aktual elektroshtëpiake do të bëjmë një kordon zgjatues të bërë vetë me dy priza. Pas montimit, marrim një kordon zgjatues shumë të ngjashëm me një kordon zgjatues standard të dyqanit.
Por nëse çmontojmë dhe krahasojmë me njëri-tjetrin, një kordon zgjatues të bërë në shtëpi dhe të blerë në dyqan, atëherë do të shohim qartë ndryshimet në strukturën e brendshme. Përfundimet brenda prizave të një kordoni zgjatues të bërë në shtëpi janë të lidhura në seri, dhe në dyqan ato janë të lidhura paralelisht.
Fotografia tregon qartë se terminalet e sipërm janë të ndërlidhur me një tel të verdhë, dhe voltazhi i rrjetit furnizohet në terminalet e poshtme të prizave.
Tani fillojmë të matim rrymën, për këtë futim spinën e pajisjes elektrike në njërën nga prizat, dhe sondat e ampermetrit në prizën tjetër. Para matjes së rrymës, mos harroni informacionin që keni lexuar për mënyrën e matjes së saktë dhe të sigurt të rrymës.
Tani merrni parasysh se si të interpretoni saktë leximet e ampermetrit të treguesit. Në matja e konsumit aktual instrument, gjilpëra e ampermetrit ndaloi në ndarjen e 50, çelësi u vendos në kufirin maksimal të matjes prej 3 amperësh. Shkalla e ampermetrit tim ka 100 ndarje. Kjo do të thotë që është e lehtë të përcaktohet forca e rrymës së matur me formulën (3/100) X 50 \u003d 1.5 Amper.
Formula për llogaritjen e fuqisë së pajisjes sipas rrymës së konsumuar.
Duke pasur të dhëna për sasinë e rrymës që konsumon çdo pajisje elektrike (TV, frigorifer, hekur, saldim, etj.), mund të përcaktoni lehtësisht se çfarë konsumi të energjisë ka kjo pajisje elektrike. Ekziston një model fizik në botë që elektriciteti i bindet gjithmonë. Zbuluesit e këtij modeli, Emil Lenz dhe James Joule, dhe për nder të tyre, tani quhet Ligji Joule-Lenz.
- I - forca aktuale, e matur në Amper (A);
- U - tension, i matur në Volt (V);
- P është fuqia, e matur në Watts (W).
Le të bëjmë një nga llogaritjet aktuale.
Kam matur konsumin aktual të frigoriferit dhe është i barabartë me 7 amper. Tensioni në rrjet është 220 V. Prandaj, konsumi i energjisë i frigoriferit është 220 V X 7 A \u003d 1540 W.
Çfarë mund të bëhet bazuar në një mikrokontrollues të vogël Attiny13? Shume gjera. Për shembull, një matës i tensionit, rrymës, temperaturës, me rezultatet e shfaqura në një ekran të tipit HD44780. Pra, le të montojmë këtë pajisje universale që mund të përdoret me sukses si modul në furnizimin me energji elektrike, karikues, UMZCH dhe në ato vende ku nuk kërkohet saktësi shumë e lartë. Madhësia e tabelës është vetëm 35 x 16 mm.
Qarku i njehsorit U, I, T në Attiny13
- Gama e matjes së tensionit 0-99V me rezolucion 0.1V.
- Gama e matjes aktuale 0-9,99A me rezolucion prej 10 mA.
- Gama e matjes së temperaturës 0-99C me rezolucion 0.1C.
- Konsumi aktual i vetë njehsorit është 35 mA.
Para së gjithash, duhet të dini se në cilën gamë të tensionit do të funksionojë pajisja. Për ta vendosur këtë, është e nevojshme të llogaritet ndarësi i tensionit. Për shembull, për të marrë një matje prej 10 V, pjesëtuesi do të ishte 1/10 (shumezojmë x 10 sepse voltazhi do të ishte 10 herë më i madh se 1 V), për 30 V do të ishte 1/30, e kështu me radhë. Pastaj ju duhet të konfiguroni programin për këtë varg. Ne i shumëzojmë këto 30 V me 640, dhe rezultatin e ndajmë me 1023. Numri që rezulton shkruhet afërsisht në fillim të programit, tension konstant dhe programi duhet të kompilohet (për intervalin 100 V, 8.2k).
Ne gjithashtu mund të vendosim matjen aktuale në një mënyrë të ngjashme, të japim një ndarës të ndryshëm, një diapazon të ndryshëm dhe ta rendisim atë, por unë nuk do ta përshkruaj. Këtu nuk ka kalibrim analog të temperaturës, sepse dukej krejtësisht i tepërt.
Ne korrigjojmë eksperimentalisht në program, konstanta e tempit të konstit është përgjegjëse për këtë. Rezistenca 1K midis tokës dhe daljes së sensorit vendos tensionin, madje mund të reduktohet në 100 ohmë.
Si funksionon skema
Tensioni që duam të matim zbatohet në pikat V dhe V + në tabelë, ne lidhim pikën GND me hyrjen e masës së furnizimit me energji elektrike, dhe në pikën B - daljen e masës (matja bëhet në tokë). Midis pikave GND dhe V - lidhet një shunt. Matësi furnizohet me energji nga pika V dhe V+ përmes rregullatorit 7805. Ka vend në tabelë për rregullatorin në paketën TO252, por rregullatori më i madh 78L05 në paketën TO92 gjithashtu mund të përdoret me sukses. Tensioni maksimal që mund të specifikohet për pikat V dhe V + do të jetë deri në 35 V për një 7805 të rregullt, për 78L05, natyrisht, do të jetë më pak, por jo më shumë se 30. Për të matur tensionet e larta, çipi duhet të rimbushet veçmas - në anën e printimit, ndërpritet shtegu nën potenciometrin e rregullimit të tensionit dhe apliko fuqinë në pikën A. Sistemi funksionon me një ekran 16x1 me një kontrollues HD44780 ose 16x2.
Video e njehsorit
Kur ndizni mikrokontrolluesin, duhet të vendosni rivendosjen e pinit si një pin normal (aktivizo fusebit RSTDISBL). Përpara se të kryeni këtë veprim, sigurohuni që gjithçka të jetë e rregulluar mirë, që pas mbylljes të rivendoset dhe të mos ketë akses në procesor nga një programues normal! Burimet, si dhe gjithë dokumentacioni dhe dosjet e tjera, gjenden
Pajisja mat tensionin direkt nga 0 në 51.1 V me një rezolucion prej 0.1 V dhe rrymën direkte nga 0 në 5.11 A me një rezolucion prej 0.01 A. Prototipi i tij ishte njehsori i përshkruar në, i cili është mjaft i thjeshtë në dizajn dhe ka parametra të mirë. Ideja kryesore e zbatuar në të për të përdorur një mikrokontrollues të lirë meriton vëmendje. Sidoqoftë, nevoja për të përdorur një amplifikator të aftë të funksionojë me një furnizim unipolar me një tension daljeje afër zeros, si dhe prania e një burimi shtesë të energjisë, imponojnë disa kufizime në përdorimin e tij.
Matësi dixhital i tensionit dhe rrymës
Për më tepër, treguesit në tabelën e prototipit janë të vendosur në mënyrë të papërshtatshme, është më mirë t'i instaloni ato në një rresht horizontalisht dhe të zvogëloni dimensionet e panelit të përparmë të njehsorit, duke i afruar ato me dimensionet e treguesve të përdorur. Diagrami i qarkut të njehsorit është paraqitur në faqen e internetit www.site. Meqenëse nuk ishte e mundur të gjendeshin çipat e përdorur 74HC595N (regjistrat e ndërrimit me një regjistër ruajtjeje), u përdorën çipat 74HC164N, në të cilët nuk ka regjistër ruajtjeje. Gjithashtu, u përdorën tregues që kanë një shkëlqim shumë më të lartë në rrymë të ulët, gjë që bëri të mundur uljen e rrymës së konsumuar nga njehsori në 20 mA dhe braktisjen e rregullatorit shtesë të tensionit +5 V.
Sinjali nga sensori aktual (rezistenca R1) futet në hyrjen GP1 të mikrokontrolluesit përmes një amplifikuesi përmbysës në op-amp DA1. Ndryshe nga (1J), këtu përdoret një furnizim bipolar i op-amp me një tension prej ± 8 V, pasi jo të gjithë op-amps kanë pronësinë e hekurudhës në hekurudhë dhe punojnë në mënyrë korrekte me një furnizim unipolar dhe tension dalje pothuajse zero. furnizimi e bën të lehtë zgjidhjen e këtij problemi, lejon përdorimin Ka shumë lloje op-amp, pasi voltazhi në daljen e op-amp mund të jetë në intervalin nga 8 në 8 V. Për të mbrojtur hyrjen e mikrokontrolluesit nga mbingarkesa, përdoret një qark kufizues R10VD9.
Rezistenca e prerësit R8 rregullon fitimin dhe rezistenca e prerësit R11 vendos tensionin zero në daljen e op-amp. Diodat VD1 dhe VD2 mbrojnë hyrjen e op-amp nga mbingarkesa në rast të prishjes së sensorit aktual. Për shkak të rezistencës relativisht të ulët të sensorit aktual, devijimi i matjes së tensionit rezulton kur rryma e ngarkesës ndryshon nga zero në maksimum (5.11 A) nuk kalon 0.06 V. Nëse njehsori është i ndërtuar në një burim tensioni me polaritet negativ. sensori i rrymës mund të ndizet përpara ndarësit të tensionit të daljes dhe stabilizatorit të tij.
Në këtë rast, rënia e tensionit në sensorin aktual do të kompensohet nga qarku i reagimit të stabilizatorit. Meqenëse rryma e ndarësit është zakonisht e vogël, ajo nuk do të ketë pothuajse asnjë efekt në leximet e ampermetrit, përveç kësaj, ky efekt mund të kompensohet nga një rezistencë e nënligjshme R11. Matësi ushqehet me tensionin e daljes së ndreqësit të furnizimit me energji elektrike përmes një konverteri në transistorët VT1 dhe VT2. Kjo është disi më e ndërlikuar sesa në, pasi kërkon prodhimin e një transformatori pulsi, por nuk ka probleme me marrjen e të gjitha vlerësimeve të tensionit të kërkuar. Konvertuesi i tensionit është oshilatori më i thjeshtë me shtytje-tërheqje. skema e së cilës është huazuar nga . Frekuenca e konvertimit është rreth 80 kHz.
Për shkak të izolimit galvanik midis hyrjes dhe daljes së konvertuesit, njehsori mund të ndërtohet në një stabilizues të tensionit të çdo polariteti. Me transistorët e treguar në diagram, ai funksionon me një tension të hyrjes prej 30 deri në 44 V. Në këtë rast, tensionet e daljes ndryshojnë nga afërsisht 8 në 12 V. Për shkak të faktit se rezistencat e rezistorëve R5 dhe R6 janë i zgjedhur mjaft i madh, konverteri nuk ka frikë nga qarqet e shkurtra të daljes. Në raste të tilla, gjenerata thjesht prishet.
Tensioni prej 5 V për fuqizimin e pjesës dixhitale të njehsorit është marrë duke përdorur një stabilizues integral DA2. Nuk kërkohet të stabilizohet tensioni i furnizimit të amplifikatorit, pasi ai vetë është mjaft rezistent ndaj ndryshimeve të tij. Tensioni i valëzimit me frekuencën e konvertimit shtypet nga filtrat RC në hyrjet e mikrokontrolluesit DD1. Nëse valëzimet me një frekuencë prej 100 Hz janë shumë të mëdha, rekomandohet të përdorni metodën e reduktimit të tyre, të përshkruar në. të gjithë njehsorët dixhitalë.
Gjithmonë ndryshon rastësisht me një rreth vlerës së vërtetë. Këto luhatje nuk janë për shkak të një mosfunksionimi të instrumentit, por ato nuk mund të eliminohen plotësisht, ato mund të zvogëlohen vetëm duke mesatarizuar rezultatet e një numri të madh matjesh. Pjesët e njehsorit janë montuar në tre dërrasa qark të printuar të bërë nga materiali izolues i foliuar në njërën anë. Ato janë projektuar për instalimin e mikroqarqeve në paketat DIP.Në njërën pllakë janë montuar treguesit (Fig. 2), mikroqarqet dixhitale dhe një mikrokontrollues janë montuar në të dytën (Fig. 3). Konvertuesi, stabilizuesi i tensionit të furnizimit të mikrokontrolluesit dhe amplifikuesi i sinjalit të sensorit të rrymës janë instaluar në tabelën e tretë (Fig. 4).
Vendosja e pjesëve në dërrasa dhe lidhjet nga dërrasa në dërrasë janë paraqitur në fig. 5. Numrat e kuq mbi të tregojnë numrat e daljeve të transformatorit të pulsit T1 në vendet e lidhjes së tyre me tabelën. Vetë transformatori është i fiksuar mbi të me kapëse të bëra me tela montimi të izoluar. Kondensatorët bllokues C13 dhe C14 janë ngjitur drejtpërdrejt në kunjat e fuqisë së mikroqarqeve DD2 dhe DD3. Siç ka treguar praktika, njehsori funksionon normalisht pa këta kondensatorë.
Pllakat e mikrokontrolluesit dhe treguesit janë të lidhur me kllapa të bëra prej çeliku të galvanizuar 0,5 mm të trasha. Pllaka e konvertuesit dhe amplifikatorit është e fiksuar me dy vida M2. Distanca midis dërrasave është rreth 11 mm. Ky version i dizajnit të pajisjes (Fig. 6) zë më pak hapësirë në panelin e përparmë të furnizimit me energji elektrike, në të cilin duhet të ndërtohet kjo pajisje. Në vend të OU KR140UD708, mund të përdorni, për shembull. KR140UD1408 dhe shumë lloje të tjera op-amp Duhet të theksohet se ata mund të kërkojnë qarqe të tjera korrigjuese përveç KR140UD708.Kjo duhet të merret parasysh gjatë projektimit të një bord qarku të printuar.
Në vend të regjistrave të ndërrimit 74HC164, mund të përdorni 74HC4015, por do t'ju duhet të ndryshoni topologjinë e përçuesve të qarkut të printuar të tabelës. Diodat KD522B mund të zëvendësohen nga KD510A. Rezistenca prerëse R8 dhe R11 - SPZ19. R9 - i importuar. Gjithashtu importohen kondensatorë të përhershëm. Rezistenca R1 (sensori aktual) mund të bëhet nga tela nikromi ose të përdoret i gatshëm, siç është bërë në (1). E bëra nga një copë shirit nikromi me një seksion kryq 2.5 × 0.8 mm dhe një gjatësi (duke marrë parasysh skajet e konservuar) rreth 25 mm, të hequr nga stafeta termike e TRN.
Transformatori T1 është mbështjellë në një unazë ferriti me madhësi 10x6x3 mm, i hequr nga një CFL me defekt. Të gjitha mbështjelljet janë mbështjellë me tel PEV-2 me diametër 0,18 mm. Dredha-dredha 2-3 përmban 83 kthesa, dredha-dredha 1-2 dhe 4-5 - 13 rrotullime secila dhe dredha-dredha 6-7-8 80 rrotullime me një trokitje nga mesi. Nëse voltazhi i daljes së ndreqësit është më i vogël se 30 V, numri i kthesave të mbështjelljes 2-3 do të duhet të reduktohet në afërsisht 4 rrotullime për volt. Dredha-dredha 1-2-3 dhe 4-5 janë të izoluara midis njëra-tjetrës me një shtresë letre kondensator 0,1 mm të trashë, dhe nga mbështjellja 6-7-8 - me dy shtresa letre të tillë.
Programi i mikrokontrolluesit është shkruar në mjedisin MPLAB IDE v8.92 në gjuhën e montimit MPASM. Ofrohen dy opsione. Skedarët e opsionit të parë janë në dosjen "Përgjithshme. katodë” dhe janë të destinuara për një pajisje me tregues LED me katodë të zakonshme shkarkimi, duke përfshirë ato të treguara në diagramin në Fig. 1. Skedarët e opsionit të dytë nga dosja "Common. anoda” duhet të përdoret kur në pajisje janë instaluar tregues LED me anoda shkarkimi të zakonshme. Megjithatë, ky version i programit nuk është testuar në praktikë. Programimi i mikrokontrolluesit u krye duke përdorur programin IC-prog dhe pajisjen e thjeshtë të përshkruar në (4).
Vendosja e njehsorit konsiston në vendosjen e rezistencës së prerësit R11 në zero në daljen e op-amp DA 1 në mungesë të rrymës në qarkun e matur. Pastaj rryma aplikohet në këtë qark. afër kufirit të matjes, por më pak se ai. Duke kontrolluar rrymën me një ampermetër shembullor, rezistenca e prerësit R8 arrin barazi në leximet e pajisjeve shembullore dhe të rregulluara. Pasi të keni aplikuar dhe kontrolluar tensionin e matur me një voltmetër shembullor, vendosni leximet përkatëse në treguesin e pajisjes me një makinë prerëse. rezistenca R9. Më shumë detaje rreth rregullimit janë shkruar në (1).
Matjet e tensionit në praktikë duhet të kryhen mjaft shpesh. Tensioni matet në radio inxhinieri, pajisje elektrike dhe qarqe, etj. Lloji i rrymës alternative mund të jetë pulsues ose sinusoidal. Burimet e tensionit janë ose gjeneratorë të rrymës.
Tensioni i rrymës së pulsit ka parametrat e amplitudës dhe tensionit mesatar. Gjeneratorët e impulsit mund të jenë burime të një tensioni të tillë. Tensioni matet në volt dhe emërtohet "V" ose "V". Nëse voltazhi është i ndryshueshëm, atëherë simboli " ~ ", për tension konstant, tregohet simboli "-". Tensioni i alternuar në rrjetin e shtëpisë shtëpiake është shënuar ~ 220 V.
Këto janë pajisje të dizajnuara për të matur dhe kontrolluar karakteristikat e sinjaleve elektrike. Oshiloskopët punojnë në parimin e devijimit të një rreze elektronike, e cila prodhon një imazh të vlerave të variablave në ekran.
Matja e tensionit AC
Sipas dokumenteve rregullatore, voltazhi në rrjetin shtëpiak duhet të jetë i barabartë me 220 volt me një saktësi devijimi prej 10%, domethënë, voltazhi mund të ndryshojë në intervalin 198-242 volt. Nëse ndriçimi në shtëpinë tuaj është bërë më i zbehtë, llambat filluan të dështojnë shpesh ose pajisjet shtëpiake filluan të funksionojnë të paqëndrueshme, atëherë për të zbuluar dhe rregulluar këto probleme, së pari duhet të matni tensionin në rrjet.
Para matjes, duhet të përgatisni pajisjen tuaj matëse ekzistuese për punë:
- Kontrolloni integritetin e izolimit të telave të kontrollit me sonda dhe këshilla.
- Vendoseni çelësin në tension AC, me një kufi të sipërm prej 250 volt ose më të lartë.
- Futni majat e telave të kontrollit në prizat e pajisjes matëse, për shembull, . Për të mos gabuar, është më mirë të shikoni përcaktimet e prizave në trup.
- Ndizni pajisjen.
Nga figura mund të shihet se kufiri i matjes prej 300 volt është zgjedhur në testues, dhe 700 volt në multimetër. Disa pajisje kërkojnë që disa çelësa të ndryshëm të vendosen në pozicionin e dëshiruar për të matur tensionin: llojin e rrymës, llojin e matjes dhe gjithashtu futjen e telave në priza të caktuara. Fundi i majës së zezë në multimetër është futur në folenë COM (fole e zakonshme), maja e kuqe futet në prizën e shënuar "V". Kjo prizë është e zakonshme për matjen e çdo lloj tensioni. Priza e shënuar "ma" përdoret për matjen e rrymave të vogla. Priza e shënuar "10 A" përdoret për të matur një sasi të konsiderueshme rryme, e cila mund të arrijë 10 amper.
Nëse matni tensionin me telin e futur në prizën "10 A", pajisja do të dështojë ose siguresa do të fryjë. Prandaj, kur kryeni punë matëse, duhet të keni kujdes. Më shpesh, gabimet ndodhin në rastet kur rezistenca u mat fillimisht, dhe më pas, duke harruar të kaloni në një mënyrë tjetër, fillon matja e tensionit. Në të njëjtën kohë, një rezistencë përgjegjëse për matjen e rezistencës digjet brenda pajisjes.
Pas përgatitjes së pajisjes, mund të filloni matjen. Nëse asgjë nuk shfaqet në tregues kur ndizni multimetrin, kjo do të thotë se bateria e vendosur brenda pajisjes ka skaduar dhe duhet të zëvendësohet. Më shpesh në multimetra ekziston një "Krona", e cila prodhon një tension prej 9 volt. Jeta e tij e shërbimit është rreth një vit, në varësi të prodhuesit. Nëse multimetri nuk është përdorur për një kohë të gjatë, atëherë kurora mund të jetë ende e gabuar. Nëse bateria është e mirë, atëherë multimetri duhet të tregojë një të tillë.
Sondat e telit duhet të futen në prizë ose të preken me tela të zhveshur.
Në ekranin e multimetrit, vlera e tensionit të rrjetit do të shfaqet menjëherë në formë dixhitale. Në pajisjen treguese, shigjeta do të devijojë me një kënd të caktuar. Testuesi i treguesit ka disa shkallë të shkallëzuara. Nëse i konsideroni me kujdes, atëherë gjithçka bëhet e qartë. Çdo shkallë është projektuar për matje specifike: rrymë, tension ose rezistencë.
Kufiri i matjes në pajisje u vendos në 300 volt, kështu që duhet të llogarisni në shkallën e dytë, e cila ka një kufi prej 3, ndërsa leximet e pajisjes duhet të shumëzohen me 100. Shkalla ka një vlerë ndarjeje prej 0,1 volt. , pra marrim rezultatin e treguar në figurë, rreth 235 volt. Ky rezultat është brenda kufijve të pranueshëm. Nëse matja ndryshon vazhdimisht gjatë matjes, mund të ketë kontakt të dobët në lidhjet e instalimeve elektrike, gjë që mund të çojë në shkëndija dhe keqfunksionime në rrjet.
Matja e tensionit DC
Burimet e tensionit konstant janë bateritë, të tensionit të ulët ose bateritë, voltazhi i të cilave nuk është më shumë se 24 volt. Prandaj, prekja e shtyllave të baterisë nuk është e rrezikshme dhe nuk ka nevojë për masa të veçanta sigurie.
Për të vlerësuar performancën e një baterie ose një burimi tjetër, është e nevojshme të matni tensionin në polet e tij. Për bateritë e gishtave, shtyllat e rrymës janë të vendosura në skajet e kutisë. Poli pozitiv është shënuar "+".
Rryma direkte matet në të njëjtën mënyrë si rryma alternative. Dallimi qëndron vetëm në vendosjen e pajisjes në modalitetin e duhur dhe vëzhgimin e polaritetit të daljeve.
Tensioni i baterisë zakonisht shënohet në kasë. Por rezultati i matjes nuk tregon ende shëndetin e baterisë, pasi forca elektromotore e baterisë matet në këtë rast. Kohëzgjatja e funksionimit të pajisjes në të cilën do të instalohet bateria varet nga kapaciteti i saj.
Për të vlerësuar me saktësi performancën e baterisë, është e nevojshme të matni tensionin me ngarkesën e lidhur. Për një bateri me gisht, një llambë e zakonshme elektrik dore 1,5 volt është e përshtatshme si ngarkesë. Nëse voltazhi bie pak kur drita është e ndezur, domethënë jo më shumë se 15%, atëherë bateria është e përshtatshme për përdorim. Nëse voltazhi bie shumë më tepër, atëherë një bateri e tillë ende mund të shërbejë vetëm në një orë muri, e cila konsumon shumë pak energji.
