Njësia bazë e matjes së tensionit elektrik është volt. Në varësi të vlerës, tensioni mund të matet në volt(V), kilovolt(1 kV = 1000 V), milivolt(1 mV = 0,001 V), mikrovolt(1 μV = 0,001mV = 0,000001V). Në praktikë, më shpesh, duhet të merreni me volt dhe milivolt.
Ekzistojnë dy lloje kryesore të tensioneve - të përhershme dhe e ndryshueshme... Bateritë dhe akumulatorët shërbejnë si një burim tensioni konstant. Burimi i tensionit të alternuar mund të jetë, për shembull, tensioni në rrjetin elektrik të një apartamenti ose shtëpie.
Për të matur përdorimin e tensionit voltmetër... Voltmetrat janë pjesëmarrja(analog) dhe dixhitale.
Sot, voltmetrat e numrit janë inferiorë ndaj voltmetrave dixhitalë, pasi këta të fundit janë më të përshtatshëm për t'u përdorur. Nëse, gjatë matjes me një voltmetër tregues, leximet e tensionit duhet të llogariten në një shkallë, atëherë në atë dixhitale rezultati i matjes shfaqet menjëherë në tregues. Dhe për sa i përket dimensioneve, pajisja treguese humbet ndaj asaj dixhitale.
Por kjo nuk do të thotë që matësat e numrave nuk përdoren fare. Ka disa procese që nuk mund të shihen me një pajisje dixhitale, prandaj, çelësat përdoren më shumë në ndërmarrjet industriale, laboratorët, dyqanet e riparimit, etj.
Në diagramet skematike elektrike, një voltmetër tregohet nga një rreth me një shkronjë latine të madhe " V" brenda. Pranë simbolit të voltmetrit, tregohet përcaktimi i shkronjës së tij " PU"Dhe numri i serisë në diagram. Për shembull. Nëse ka dy voltmetra në qark, atëherë pranë të parës shkruajnë " PU 1", Dhe në lidhje me të dytën" PU 2».
Kur matni tensionin DC, polariteti i lidhjes së voltmetrit tregohet në diagram, por nëse matet voltazhi AC, atëherë polariteti i lidhjes nuk tregohet.
Tensioni matet ndërmjet dy pika qarqet: në qarqet elektronike ndërmjet pozitive dhe minus shtyllat, në qarqet elektrike ndërmjet faza dhe zero... Voltmetri është i lidhur paralel me burimin e tensionit ose paralel me seksionin e zinxhirit- një rezistencë, llambë ose ngarkesë tjetër në të cilën dëshironi të matni tensionin:
Konsideroni lidhjen e një voltmetri: në diagramin e sipërm, voltazhi matet në të gjithë llambën HL1 dhe në të njëjtën kohë në furnizimin me energji elektrike GB1... Në qarkun e poshtëm, voltazhi matet në të gjithë llambën HL1 dhe rezistencë R1.
Përpara se të matni tensionin, përcaktoni atë pamje dhe të përafërt magnitudë... Fakti është se pjesa matëse e voltmetrave është projektuar vetëm për një lloj tensioni, dhe nga kjo rezultatet e matjes janë të ndryshme. Një voltmetër për matjen e një tensioni konstant nuk sheh një tension të alternuar, dhe një voltmetër për një tension alternativ, përkundrazi, mund të masë një tension konstant, por leximet e tij nuk do të jenë të sakta.
Është gjithashtu e nevojshme të dini vlerën e përafërt të tensionit të matur, pasi voltmetrat funksionojnë në një gamë të tensionit të përcaktuar rreptësisht dhe nëse bëni një gabim me zgjedhjen e diapazonit ose vlerës, pajisja mund të dëmtohet. Për shembull. Gama matëse e voltmetrit është 0 ... 100 volt, që do të thotë se voltazhi mund të matet vetëm brenda këtyre kufijve, pasi kur matet tensioni mbi 100 volt, pajisja do të dështojë.
Përveç pajisjeve që matin vetëm një parametër (tension, rrymë, rezistencë, kapacitet, frekuencë), ekzistojnë pajisje shumëfunksionale që matin të gjitha këto parametra në një pajisje. Një pajisje e tillë quhet testues(këto janë kryesisht matës dial) ose multimetër dixhital.
Ne nuk do të ndalemi në testuesin, kjo është një temë për një artikull tjetër, por le të shkojmë drejtpërdrejt te multimetri dixhital. Në pjesën më të madhe, multimetrat mund të matin dy lloje të tensionit në rangun prej 0 ... 1000 volt. Për lehtësinë e matjes, të dy tensionet ndahen në dy sektorë, dhe në sektorët në nënvargje: tensioni DC ka pesë nënvarg, dhe tensioni i ndryshueshëm ka dy.
Çdo nën-gamë ka kufirin e vet maksimal të matjes, i cili tregohet nga një vlerë dixhitale: 200 m, 2V, 20 V, 200 V, 600 V... Për shembull. Në kufirin "200V", voltazhi matet në intervalin 0 ... 200 volt.
Tani vetë procesi i matjes.
1. Matja e tensionit DC.
Së pari, ne përcaktojmë me lloj tensionin e matur (DC ose AC) dhe zhvendoseni çelësin në sektorin e dëshiruar. Për shembull, le të marrim një bateri të tipit gisht me një tension konstant prej 1.5 volt. Ne zgjedhim sektorin e tensionit konstant, dhe në të kufiri i matjes është "2V", diapazoni i matjes së të cilit është 0 ... 2 volt.
Telat e provës duhet të futen në vrimat siç tregohet në figurën e poshtme:
E kuqe sonda zakonisht quhet pozitive, dhe futet në prizën përballë së cilës shfaqen ikonat e parametrave të matur: "VΩmA";
e zezë sonda quhet minus ose i zakonshëm dhe futet në slot, përballë së cilës ka një ikonë "COM". Të gjitha matjet janë bërë ndaj kësaj sondë.
Polin pozitiv të baterisë e prekim me sondën pozitive, dhe polin negativ me atë negativ. Rezultati i matjes prej 1,59 volt është menjëherë i dukshëm në treguesin e multimetrit. Siç mund ta shihni, gjithçka është shumë e thjeshtë.
Tani për një nuancë tjetër. Nëse sondat në bateri janë të kundërta, atëherë një shenjë minus do të shfaqet përpara njësisë, duke sinjalizuar se polariteti i multimetrit është i kundërt. Shenja minus është shumë e përshtatshme në procesin e vendosjes së qarqeve elektronike, kur duhet të përcaktoni autobusin plus ose minus në tabelë.
Epo, tani le të shqyrtojmë opsionin kur vlera e tensionit është e panjohur. Le ta lëmë baterinë e gishtit si burim tensioni.
Le të themi se nuk e dimë tensionin e baterisë dhe për të mos djegur pajisjen, ne e nisim matjen nga kufiri shumë maksimal prej "600V", që i përgjigjet diapazonit të matjes prej 0 ... 600 Volt. Me sondat e multimetrit, ne prekim polet e baterisë dhe në tregues shohim rezultatin e matjes të barabartë me " 001 ". Këto shifra tregojnë se nuk ka tension ose vlera e tij është shumë e ulët, ose diapazoni i matjes është shumë i madh.
Ne zbresim më poshtë. E zhvendosim çelësin në pozicionin "200V", i cili korrespondon me diapazonin prej 0 ... 200 volt, dhe prekim polet e baterisë me sonda. Treguesi tregon lexime të barabarta me " 01,5 ". Në parim, këto lexime tashmë janë të mjaftueshme për të thënë se voltazhi i baterisë së llojit të gishtit është 1.5 volt.
Megjithatë, zeroja përpara sugjeron uljen e një kufiri më poshtë dhe matjen më të saktë të tensionit. Ne ulim në kufirin "20V", që korrespondon me diapazonin prej 0 ... 20 volt, dhe përsëri bëjmë një matje. Treguesi tregoi leximet " 1,58 ". Tani mund të themi me saktësi se voltazhi i baterisë së gishtit është 1.58 volt.
Në këtë mënyrë, duke mos ditur madhësinë e tensionit, ata e gjejnë atë, duke u ulur gradualisht nga një kufi i lartë matje në një kufi të ulët.
Ekzistojnë gjithashtu situata kur, kur matni në këndin e majtë të treguesit, njësia " 1 ". Njësia sinjalizon se voltazhi ose rryma e matur është më e lartë se kufiri i zgjedhur i matjes. Për shembull. Nëse një tension i barabartë me 3 volt matet në kufirin "2V", atëherë një njësi do të shfaqet në tregues, pasi diapazoni i matjes së këtij kufiri është vetëm 0 ... 2 volt.
Ekziston edhe një kufi “200m” me një diapazon matjeje prej 0…200 mV. Ky kufi synon të masë tensionet shumë të vogla (milivolt) që ndonjëherë duhet të ndeshen kur vendosni një dizajn radio amator.
2. Matja e tensionit të alternuar.
Procesi i matjes së tensionit AC nuk është i ndryshëm nga matja e DC. Dallimi i vetëm është se polariteti i sondave nuk kërkohet për tensionin e alternuar.
Sektori i tensionit AC është i ndarë në dy nënvarg 200 V dhe 600 V.
Në kufirin "200V", mund të matni, për shembull, tensionin e daljes së mbështjelljeve dytësore të transformatorëve të uljes, ose çdo tension tjetër në rangun prej 0 ... 200 volt. Në kufirin "600V", mund të matni tensionet prej 220 V, 380 V, 440 V ose çdo tension tjetër brenda intervalit 0 ... 600 volt.
Si shembull, le të matim tensionin e një rrjeti shtëpiak prej 220 volt.
Ne e zhvendosim çelësin në pozicionin "600V" dhe futim sondat e multimetrit në prizë. Treguesi tregoi menjëherë një rezultat matjeje prej 229 Volt. Siç mund ta shihni, gjithçka është shumë e thjeshtë.
Dhe një moment.
Përpara matjes së tensioneve të larta, GJITHMONË sigurohuni që izolimi i sondave dhe telave të voltmetrit ose multimetrit të jetë në gjendje të mirë, dhe gjithashtu kontrolloni kufirin e zgjedhur të matjes. Dhe vetëm pas të gjitha këtyre operacioneve bëni matje... Kjo do të shpëtojë veten dhe pajisjen nga surprizat e papritura.
Dhe nëse diçka nuk është e qartë, atëherë shikoni videon, e cila tregon matjen e tensionit dhe rrymës duke përdorur një multimetër.
- Tutorial
Prezantimi
Pershendetje te gjitheve! Pas përfundimit të ciklit në sensorë, 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 lidhet për të matur, cilat janë hollësitë e kështu me radhë. 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. Në fakt ka një numër shumë të madh të këtyre parametrave, të cilët do të përpiqem t'ju tregoj gradualisht në seri të vogla.
Deri më tani janë tre episode në plane:
- Matja e energjisë elektrike.
- Cilësia e energjisë.
- Pajisjet për matjen e parametrave të energjisë elektrike.
Bazuar në rezultatet e të gjithë ciklit, ne do të bëjmë një lloj matësi elektrik inteligjent me akses në internet. Dashamirët mjaft të zjarrtë të kontrollit të pajisjeve elektrike të shtëpisë së tyre inteligjente mund të ofrojnë të gjithë ndihmën e mundshme në zbatimin e pjesës së komunikimit në bazë të, për shembull, MajorDomo. Le ta bëjmë shtëpinë inteligjente OpenSource më të mirë, si të thuash.
Në këtë seri, ne do të mbulojmë pyetjet e mëposhtme në dy pjesë:
- Lidhja e sensorëve të rrymës dhe tensionit në pajisjet DC, si dhe qarqet AC njëfazore dhe trefazore;
- Matja e vlerave efektive të rrymës dhe tensionit;
- Matja e faktorit të fuqisë;
- Fuqia e plotë, aktive dhe reaktive;
- Konsumi i energjisë elektrike;
1. Lidhja e sensorëve
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 buck me PWM
Detyra jonë është të sigurojmë një tension dalës të stabilizuar. Për më tepër, në bazë të informacionit nga sensori aktual, është e mundur të kontrollohet mënyra e funksionimit të mbytjes L1, duke parandaluar ngopjen e tij, si dhe të zbatohet mbrojtja aktuale e konvertuesit. Dhe për të qenë i sinqertë, 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. Si rregull, një mikroqark i specializuar i konvertuesit ka një hyrje reagimi dhe bën çdo përpjekje për të siguruar që një nivel i caktuar tensioni, i përshkruar në dokumentacionin për mikroqarkun, të jetë në këtë hyrje (3). Për shembull 1.25 V. Nëse voltazhi ynë i daljes përputhet me këtë nivel - gjithçka është në rregull - ne aplikojmë drejtpërdrejt tensionin e daljes në këtë hyrje. Nëse jo, atëherë vendosni pjesëtuesin. Nëse duhet të sigurojmë një tension daljeje prej 5 V, atëherë ndarësi duhet të sigurojë një faktor ndarjeje prej 4, domethënë, për shembull, R1 = 30k, R2 = 10k.
Sensori aktual zakonisht instalohet midis furnizimit me energji elektrike dhe konvertuesit dhe në mikroqark. Nga diferenca potenciale midis pikave 1 dhe 2, dhe me një rezistencë të njohur, rezistorët Rs mund të përcaktojnë vlerën aktuale të rrymës së mbytjes sonë. Instalimi i një sensori të rrymës midis burimeve dhe ngarkesës nuk është një ide e mirë, pasi kondensatori i filtrit do të shkëputet nga rezistenca nga konsumatorët e rrymës së impulsit. Instalimi i një rezistence në thyerjen e telit të përbashkët gjithashtu premton mirë - do të ketë dy nivele tokësore me të cilat është ende një kënaqësi të kallajoni.
Problemet e rënies së tensionit mund të shmangen duke përdorur sensorë të rrymës pa kontakt, siç janë sensorët e sallës:
Fig 2. Sensori i rrymës pa kontakt
Megjithatë, ekziston një mënyrë më e ndërlikuar për të matur rrymën. Në të vërtetë, voltazhi bie në të gjithë tranzitorin në të njëjtën mënyrë dhe e njëjta rrymë rrjedh përmes tij si induktanca. Prandaj, nga rënia e tensionit në të, ju gjithashtu mund të përcaktoni vlerën aktuale të rrymës. Për të qenë i sinqertë, nëse shikoni strukturën e brendshme të mikroqarqeve të konvertuesit, për shembull, nga Texas Instruments, atëherë kjo metodë ndodh po 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 përmbysës.
Sidoqoftë, është e nevojshme të përmenden veçmas konvertuesit e transformatorit përpara dhe fluturues.
Fig 4. Lidhja e sensorëve të rrymës në konvertuesit flyback
Ata gjithashtu mund të përdorin ose një rezistencë të jashtme ose një tranzistor në rolin e tij.
Kjo përfundon lidhjen e sensorëve me konvertuesit DC / DC. Nëse keni ndonjë sugjerim për opsione të tjera, unë me kënaqësi do ta plotësoj artikullin me to.
1.2 Lidhja e sensorëve me qarqet AC njëfazore
Në qarqet AC, ne kemi një përzgjedhje shumë më të madhe të sensorëve të mundshëm. Le të shqyrtojmë disa opsione.Më e thjeshta është të përdorni një ndarës tensioni rezistent dhe një shunt të rrymës.
Fig 5 Lidhja e sensorëve të rezistencës
Sidoqoftë, ajo ka disa disavantazhe të rëndësishme:
Së pari, ose do të sigurojmë një amplitudë të konsiderueshme sinjali nga shunti aktual, pasi kemi ndarë një sasi të madhe fuqie në të, ose do të jemi të kënaqur 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, nuk ka rëndësi, nëse pajisja ka një terminal tokësor, atëherë rrezikojmë të mbetemi pa sinjal nga sensori aktual, pasi do ta lidhim atë të shkurtër. 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 hallës dhe një transformator tensioni. Ka shumë më tepër mundësi për të punuar me pajisje, pasi teli neutral nuk ka humbje, dhe më e rëndësishmja, në të dyja rastet ka një izolim galvanik të pajisjeve matëse, e cila shpesh mund të jetë e dobishme. Sidoqoftë, duhet të kihet parasysh se sensorët e rrymës dhe tensionit të transformatorit kanë një përgjigje të kufizuar frekuence dhe nëse duam të matim përbërjen harmonike të shtrembërimeve, atëherë ky nuk është një fakt për ne.
Fig. 6 Lidhja e transformatorit dhe sensorëve të afërsisë së rrymës dhe tensionit
1.3 Lidhja e sensorëve me qarqet polifazore të rrjeteve të rrymës alternative
Në rrjetet shumëfazore, aftësia jonë për të lidhur sensorët aktualë është pak më e vogël. Kjo për faktin se nuk do të funksionojë fare përdorimi i shuntit aktual, pasi diferenca e mundshme midis shuntit të fazës do të luhatet brenda qindra volteve dhe unë nuk njoh një kontrollues të vetëm për qëllime të përgjithshme, hyrjet analoge të të cilit janë të afta. të përballojë një tallje të tillë.Një mënyrë për të përdorur shuntet aktuale është sigurisht - për çdo kanal është e nevojshme të bëhet një hyrje analoge e izoluar në mënyrë galvanike. 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 të rrymës së jashtme të efektit të sallës.
Figura 7 Sensorët e rrymës në një rrjet trefazor
Siç mund ta shihni nga fotografia, ne po përdorim një lidhje me katër tela. Sigurisht, në vend të sensorëve aktualë të efektit të sallës, mund të merrni transformatorë të rrymës ose sythe Rogowski.
Në vend të ndarësve rezistent, transformatorët e tensionit mund të përdoren si për sistemet me katër tela ashtu edhe për ato me tre tela.
Në rastin e fundit, mbështjelljet primare të transformatorëve të tensionit lidhen me një trekëndësh, dhe sekondari me një yll, pika e përbashkët e së cilës është pika e përbashkët e qarkut matës.
Figura 8: Përdorimi i transformatorëve të tensionit në një rrjet trefazor
2 Vlera RMS e rrymës dhe tensionit
Është koha për të zgjidhur problemin e matjes së sinjaleve tona. Para së gjithash, vlera efektive e rrymës dhe tensionit është me rëndësi praktike për ne.
Më lejoni t'ju kujtoj materialin nga cikli i sensorit. Duke përdorur ADC-në e mikrokontrolluesit tonë, në intervale të rregullta, ne 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 (për rrymën, gjithçka është e njëjtë).
Fig 9. Seritë e vlerave të tensionit të çastit
Detyra jonë është të llogarisim vlerën efektive. Së pari, le të përdorim formulën integrale:
(1)Në një sistem dixhital, ju duhet të kufizoni veten në një sasi të caktuar kohe, kështu që ne 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 njehsorët e energjisë elektrike Mercury njëfazore, bëhen 4096 lexime për një periudhë matjeje prej 1, 2 ose 4 sekondash. Ne do të mbështetemi në T = 1c dhe N = 4096 në të ardhmen. 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 serinë e ardhshme.
Le të skicojmë algoritmin për programin tonë. Ne duhet të sigurojmë një fillim të qëndrueshëm të ADC-së çdo 1/8192 sekondë, pasi kemi dy kanale dhe do t'i masim këto të dhëna në mënyrë alternative. Për ta bërë këtë, vendosni kohëmatësin dhe sinjali i ndërprerjes do të riniset automatikisht ADC. Të gjithë ADC-të mund ta bëjnë këtë.
Ne do të shkruajmë programin e ardhshëm në arduino, pasi shumë e kanë në dorë. Kemi një interes thjesht akademik deri tani.
Duke pasur një frekuencë kuarci të sistemit 16 MHz dhe një kohëmatës 8-bit (në mënyrë që jeta të mos duket si mjaltë), duhet të sigurojmë frekuencën e funksionimit të të paktën çdo ndërprerjeje të kohëmatësit me një frekuencë 8192 Hz.
Jemi të trishtuar për faktin se 16 MHz nuk ndahet në tërësi siç na nevojitet, dhe frekuenca përfundimtare e kohëmatësit është 8198 Hz. Mbyllni sytë ndaj gabimit 0,04% dhe lexoni përsëri 4096 mostra për kanal.
Jemi të trishtuar për faktin se ndërprerja e tejmbushjes në arduino është koha e zënë (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 është bipolar dhe se msp430fe4252 e përballon atë në mënyrë të përsosur. Ne jemi të kënaqur me një ADC unipolar, kështu që ne montojmë një konvertues të thjeshtë bipolar në njëpolar në një përforcues operacional:
Fig 10 Konvertuesi bipolar në unipolar
Për më tepër, detyra jonë është të sigurojmë lëkundjen e sinusoidit tonë në lidhje me gjysmën e tensionit të referencës - atëherë ne ose zbresim gjysmën e diapazonit ose aktivizojmë opsionin në cilësimet ADC dhe marrim vlera të nënshkruara.
Arduino ka një ADC 10-bit, kështu që ne zbresim gjysmën nga rezultati i panënshkruar në intervalin 0-1023 dhe marrim -512-511.
Ne kontrollojmë modelin e montuar në LTSpiceIV dhe sigurohemi që gjithçka funksionon ashtu siç duhet. Në video jemi bindur edhe eksperimentalisht.
Rezultati i simulimit Fig 11. E gjelbër është sinjali i burimit, blu është dalja
Skicë Arduino për një kanal
konfigurimi i zbrazët () (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 një tabelë me një ATmega168, megjithatë, duhet të zgjidhni kanalin e duhur.
Brenda ndërprerjeve, ne mashtrojmë disa kunja shërbimi për të parë qartë frekuencën e funksionimit të dixhitalizimit.
Disa fjalë se nga erdhi faktori 102. Në fillimin e parë, një sinjal me amplituda të ndryshme u furnizua nga gjeneratori, vlera aktuale e tensionit u lexua nga oshiloskopi dhe vlera e llogaritur në njësitë ADC absolute u mor nga tastiera. .
| Umax, V | Urms, B | 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 i ndarë vlerat e kolonës së tretë me vlerat e së dytës, marrim një mesatare prej 102. Ky do të jetë faktori ynë i "kalibrimit". Sidoqoftë, mund të shihni se saktësia bie ndjeshëm me uljen e tensionit. 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 tensioni në prizë mund të matet në këtë mënyrë do të funksionojë, atëherë vendosja e një ADC 10-bit për të matur rrymën e konsumuar nga ngarkesa do të jetë një krim kundër metrologjisë. .
Ne do të ndërpresim në këtë pikë. 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 (meqenëse unë xhiroj video më shpejt sesa përgatit artikuj), mund të gjenden në depo në GitHub.
Matja e rrymave të drejtpërdrejta më së shpeshti bëhet me galvanometra magnetoelektrikë, mikroampermetra, miliammetra dhe ampermetra, pjesa kryesore e të cilave është mekanizmi matës magnetoelektrik (metër). Pajisja e një prej modeleve të zakonshme të matësit të numrit është paraqitur në Fig. 1. Njehsori përmban një magnet në formë patkoi 1. Në hendekun e ajrit midis pjesëve të poleve të tij 2 dhe një bërthame cilindrike të palëvizshme 5 të bërë nga materiali i butë magnetik, krijohet një fushë magnetike uniforme, vijat e induksionit të së cilës janë pingul me sipërfaqen. të bërthamës. Në këtë boshllëk, vendoset një kornizë 4, e mbështjellë me një tel të hollë të izoluar prej bakri (0,02 ... 0,2 mm në diametër) në një kornizë drejtkëndore letre të lehtë ose alumini. Korniza mund të rrotullohet së bashku me boshtin 6 dhe shigjetën 10, fundi i së cilës lëviz mbi shkallën. Sustat spirale të sheshta 5 përdoren për të krijuar një moment që kundërshton rrotullimin e kornizës, si dhe për të furnizuar rrymë në kornizë. Një burim është i fiksuar midis boshtit dhe trupit. Susta e dytë është ngjitur në njërin skaj me boshtin dhe tjetri në levën e korrigjuesit 7, piruni i së cilës mbulon boshtin e çuditshëm të vidës 8. Duke e rrotulluar këtë vidë, shigjeta vendoset në ndarjen zero të shkallës . Kundërpeshat 9 shërbejnë për të balancuar pjesën lëvizëse të njehsorit në mënyrë që të stabilizohet pozicioni i shigjetës kur ndryshon pozicioni i instrumentit.
Oriz. 1. Pajisja e mekanizmit matës magnetoelektrik.
Rryma e matur, duke kaluar nëpër kthesat e kornizës, ndërvepron me fushën magnetike të magnetit të përhershëm. Çift rrotullimi i krijuar në këtë rast, drejtimi i të cilit përcaktohet nga rregulli i njohur i krahut të majtë, bën që korniza të rrotullohet me një kënd të tillë në të cilin balancohet nga momenti i kundërt që rrjedh nga përdredhja e burimeve 5. Për shkak të uniformitetit të fushës magnetike konstante në hendekun e ajrit, çift rrotullimi dhe, rrjedhimisht, këndi, devijimet e shigjetës rezultojnë të jenë proporcionale me rrymën që rrjedh nëpër kornizë. Prandaj, pajisjet magnetoelektrike kanë shkallë uniforme. Sasi të tjera që ndikojnë në vlerën e çift rrotullues, induksionin magnetik në hendekun e ajrit, numrin e kthesave dhe sipërfaqen e kornizës, mbeten konstante dhe, së bashku me forcën e sustës, përcaktojnë ndjeshmërinë e njehsorit.
Kur korniza rrotullohet, në kornizën e tij prej alumini induktohen rryma, ndërveprimi i të cilave me fushën e një magneti të përhershëm krijon një çift rrotullues frenimi që qetëson shpejt pjesën lëvizëse të njehsorit (koha e vendosjes nuk i kalon 3 s).
Matësit karakterizohen nga tre parametra elektrikë: a) rryma totale e devijimit Ii, e cila bën që treguesi të devijojë deri në fund të shkallës; b) tensionin e devijimit total Ui, pra tensionin në kornizën e njehsorit, i cili krijon një rrymë Ii në qarkun e tij; c) rezistenca e brendshme Ri, që është rezistenca e kornizës. Këta parametra janë të ndërlidhur nga ligji i Ohm-it:
Në pajisjet matëse të radios, përdoren lloje të ndryshme matësish magnetoelektrikë, rryma totale e devijimit të të cilave zakonisht qëndron në rangun prej 10 ... 1000 μA. Matësit në të cilët rryma totale e devijimit nuk kalon 50-100 μA konsiderohen shumë të ndjeshme.
Disa metra janë të pajisur me një devijim magnetik në formën e një pllake çeliku që mund të zhvendoset më afër ose larg sipërfaqeve fundore të pjesëve të shtyllave dhe magnetit. Në këtë rast, rryma totale e devijimit I në përputhje me rrethanat do të ulet ose rritet brenda kufijve të vegjël, për shkak të një ndryshimi në fluksin magnetik që vepron në kornizë për shkak të degëzimit të një pjese të fluksit total magnetik përmes shuntit.
Devijimi total i tensionit Ui për shumicën e njehsorëve qëndron në intervalin 30-300 mV. Rezistenca e kornizës Ri varet nga perimetri i kornizës, numri i kthesave dhe diametri i telit. Sa më i ndjeshëm të jetë njehsori, aq më shumë kthesa nga teli më i hollë ka korniza e tij dhe aq më e madhe është rezistenca e tij. Rritja e ndjeshmërisë së njehsorëve arrihet gjithashtu duke përdorur magnet më të fuqishëm, korniza pa kornizë, susta me një moment të vogël kundërshtar dhe një pezullim të pjesës lëvizëse në shenjat e shtrirjes (dy fije të hollë).
Në njehsorët e ndjeshëm me korniza pa kornizë, shigjeta, duke u devijuar nën veprimin e rrymës që kalon nëpër kornizë, bën një sërë lëkundjesh përpara se të ndalet në pozicionin e ekuilibrit. Për të zvogëluar kohën e vendosjes së shigjetës, korniza mbyllet me një rezistencë me një rezistencë të rendit të mijëra ose qindra ohmave. Roli i kësaj të fundit ndonjëherë kryhet nga qarku elektrik i pajisjes, i lidhur paralelisht me kornizën.
Matësit me korniza të lëvizshme ju lejojnë të merrni një kënd të devijimit të plotë të shigjetës deri në 90-100 °. Matësit me përmasa të vogla ndonjëherë bëhen me një kornizë fikse dhe një magnet të lëvizshëm të montuar në të njëjtin aks me shigjetën. Në këtë rast, është e mundur të rritet këndi i devijimit të plotë të shigjetës deri në 240 °.
Matësit veçanërisht të ndjeshëm që përdoren për të matur rrymat shumë të ulëta (më pak se 0,01 μA) dhe tensionet (më pak se 1 μV) quhen galvanometra. Ato shpesh përdoren si tregues zero (tregues të mungesës së rrymës ose tensionit në një qark) kur maten me metoda krahasimi. Sipas metodës së numërimit, dallohen galvanometrat dial dhe pasqyrë; në këtë të fundit, leximi i rrezikut në peshore krijohet me ndihmën e një rreze drite dhe një pasqyre, të fiksuar në pjesën lëvizëse të pajisjes.
Matësit magnetoelektrikë janë të përshtatshëm vetëm për matjet e rrymës së drejtpërdrejtë. Ndryshimi i drejtimit të rrymës në kornizë çon në ndryshimin e drejtimit të çift rrotullues dhe devijimin e shigjetës në drejtim të kundërt. Kur njehsori është i lidhur me një qark të rrymës alternative me një frekuencë deri në 5-7 Hz, shigjeta do të lëkundet vazhdimisht rreth zeros së shkallës me këtë frekuencë. Në një frekuencë më të lartë të rrymës, sistemi celular, për shkak të inercisë së tij, nuk ka kohë të ndjekë ndryshimet në rrymë dhe shigjeta mbetet në pozicionin zero. Nëse një rrymë pulsuese rrjedh nëpër njehsor, atëherë devijimi i shigjetës përcaktohet nga përbërësi konstant i kësaj rryme. Për të përjashtuar kërcitjen e shigjetës, njehsori shuhet me një kondensator të madh.
Matësit e projektuar për të funksionuar në një qark DC, drejtimi i të cilit është i pandryshuar, kanë një shkallë të njëanshme, një nga skajet e së cilës është një ndarje zero. Për të marrë devijimin e saktë të shigjetës, është e nevojshme që rryma të rrjedhë nëpër kornizë në drejtim nga terminali i shënuar "+" në terminalin e shënuar "-". Matësit e projektuar për të funksionuar në qarqet DC, drejtimi i të cilave mund të ndryshohet, janë të pajisur me një shkallë të dyanshme, ndarja zero e së cilës zakonisht ndodhet në mes; kur rryma rrjedh në pajisje nga terminali "+" në terminalin "-", shigjeta devijon në të djathtë.
Matësit magnetoelektrikë mund të përballojnë mbingarkesën afatshkurtër, duke arritur 10 herë mbingarkesën aktuale Ii dhe 3 herë mbingarkesën afatgjatë. Ata janë të pandjeshëm ndaj fushave magnetike të jashtme (për shkak të pranisë së një fushe magnetike të brendshme të fortë), konsumojnë pak energji gjatë matjeve dhe mund të kryhen në të gjitha klasat e saktësisë.
Për matjet në rrymën alternative, matësit magnetoelektrikë përdoren në lidhje me konvertuesit gjysmëpërçues, elektronikë, fotoelektrikë ose termikë; të marra së bashku, ato formojnë, përkatësisht, pajisje ndreqëse, elektronike, fotoelektrike ose termoelektrike.
Në instrumentet matëse, ndonjëherë përdoren njehsorë elektromagnetikë, elektrodinamikë dhe ferodinamikë, të cilët janë të përshtatshëm për matjen e drejtpërdrejtë të rrymave direkte dhe vlerave rms të rrymave alternative me një frekuencë deri në 2.5 kHz. Sidoqoftë, njehsorët e këtyre llojeve janë dukshëm inferiorë ndaj matësit magnetoelektrikë për sa i përket ndjeshmërisë, saktësisë dhe konsumit të energjisë në matje. Përveç kësaj, ato kanë një shkallë të pabarabartë, të ngjeshur në pjesën fillestare dhe janë të ndjeshme ndaj ndikimit të fushave magnetike të jashtme, për dobësimin e të cilave është e nevojshme të përdoren mburoja magnetike dhe të ndërlikojnë dizajnin e pajisjeve.
Përcaktimi i parametrave elektrikë të njehsorëve magnetoelektrikë
Kur një mekanizëm matës i një lloji të panjohur përdoret si matës i një pajisjeje magnetoelektrike, parametrat e kësaj të fundit - rryma totale e devijimit Ii dhe rezistenca e brendshme Ri - duhet të përcaktohen në mënyrë empirike.
Oriz. 2. Qarqet për matjen e parametrave elektrikë të njehsorëve magnetoelektrikë
Rezistenca e kornizës Ri mund të matet përafërsisht me një ohmmetër që ka kufirin e kërkuar të matjes. Duhet pasur kujdes gjatë kontrollit të njehsorëve shumë të ndjeshëm, pasi rryma e lartë e ohmmetrit mund t'i dëmtojë ata. Nëse përdoret një ohmmetër me bateri me shumë rreze, matja duhet të fillojë në kufirin më të lartë të rezistencës në të cilin rryma në qarkun e furnizimit të ohmmetrit është më e ulëta. Kalimi në kufijtë e tjerë lejohet vetëm nëse kjo nuk shkakton tejkalim të shigjetës së njehsorit.
Me mjaft saktësi, parametrat e njehsorit mund të përcaktohen sipas diagramit në Fig. 2, a. Qarku mundësohet nga një burim i tensionit konstant B përmes një rezistence R1, e cila shërben për të kufizuar rrymën në qark. Me reostatin R2 arrihet devijimi i gjilpërës së njehsorit DHE i gjithë shkallës. Në këtë rast, vlera e rrymës Ii matet sipas një mikroammetri referencë (referencë) (miliammetri) μA referencë thirrjeje). Pastaj, paralelisht me njehsorin, lidhet një kuti e rezistencës referuese R®, duke ndryshuar rezistencën e së cilës, rryma përmes njehsorit zvogëlohet saktësisht dy herë në krahasim me rrymën në qarkun e përbashkët. Kjo do të ndodhë kur rezistenca Ro = Ri. Në vend të një kutie rezistence, mund të përdorni çdo rezistencë të ndryshueshme, e ndjekur nga matja e rezistencës së saj R® = R dhe duke përdorur një ohmmetër ose një urë DC. Është gjithashtu e mundur të lidhni paralelisht me njehsorin një rezistencë të parregulluar me një rezistencë të njohur R, mundësisht afër rezistencës së pritur Ri; atëherë vlera e kësaj të fundit përcaktohet me formulë
Ri = (I / I1 - 1) * R,
ku I dhe I1 janë rrymat e matura, përkatësisht, nga μA dhe I.
Nëse njehsori Dhe ka një shkallë uniforme që përmban ndarje αp, atëherë mund të aplikoni qarkun e treguar në Fig. 2, b. Parametrat e kërkuar të njehsorit llogariten nga formula:
Ii = U / (R1 + R2) * αп / α1; Ri = (α2 * R2) / (α1-α2) - R1,
ku U është tensioni i furnizimit i matur me voltmetrin V, α1 dhe α2 janë leximet në shkallën e njehsorit kur çelësi B vendoset në pozicionet 1 dhe 2, përkatësisht, dhe R1 dhe R2 janë rezistencat e njohura të rezistorëve, të cilat janë marrë përafërsisht të njëjtat emërtime. Gabimi i matjes është sa më i vogël, aq më afër leximi α1 në fund të shkallës, i cili arrihet me zgjedhjen e duhur të rezistencës.
Miliammetra dhe ampermetra magnetoelektrikë
Matësit magnetoelektrikë, kur lidhen drejtpërdrejt me qarqet elektrike, mund të përdoren vetëm si mikroampermetra DC me një kufi matës të barabartë me rrymën totale të devijimit II. Për të zgjeruar kufirin e matjes, njehsori Dhe përfshihet në qarkun aktual paralelisht me shunt - një rezistencë me rezistencë të ulët Rsh (Fig. 3); në këtë rast, vetëm një pjesë e rrymës së matur do të rrjedhë përmes njehsorit, dhe sa më e vogël, aq më e vogël është rezistenca Rsh në krahasim me rezistencën e njehsorit Ri. Në matjet elektronike, kufiri maksimal i kërkuar i matjes për rrymat e drejtpërdrejta rrallë tejkalon 1000 mA (1 A).
Në vlerën kufi të zgjedhur të rrymës së matur Ip, rryma e devijimit total Ii duhet të rrjedhë nëpër njehsor; ky do të jetë rasti me rezistencën e shuntit
Rsh = Ri: (Ip / Ii - 1). (një)
Për shembull, nëse është e nevojshme të zgjerohet diapazoni i matjes së një mikroametri të tipit M260, që ka parametrat Ip = 0,2 mA dhe Ri = 900 Ohm, në një vlerë prej Ip = 20 mA, është e nevojshme të përdoret një shunt me një rezistencë prej Rsh = 900 / (100-1) = 9,09 Ohm.
Oriz. 3. Diagrami i kalibrimit të miliammetrit magnetoelektrik (ampermetrit)
Shunts në miliammetra janë bërë prej manganine ose teli konstantan. Për shkak të rezistencës së lartë të materialit, dimensionet e shuntave janë të vogla, gjë që lejon që ato të lidhen drejtpërdrejt midis kapëseve të pajisjes brenda ose jashtë kasës së saj. Nëse dihet vlera e rrymës Ip (në amper), atëherë diametri i telit të shunt d (në milimetra) zgjidhet nga kushti
d> = 0,92 I p 0,5, (2)
gjatë kryerjes së të cilave dendësia e rrymës në shunt nuk kalon 1,5 A / mm 2. Për shembull, një devijim miliammetrik me një kufi matjeje prej Ip = 20 mA duhet të bëhet nga një tel me një diametër prej 0,13 mm.
Pasi të keni kapur një tel me një diametër të përshtatshëm d (në milimetra), gjatësia e tij (në metra) e nevojshme për të bërë një shunt me rezistencë Rsh (në ohmë) gjendet afërsisht nga formula
L = (1,5 ... 1,9) d 2 * Rsh (3)
dhe rregullohet saktësisht kur pajisja ndizet sipas diagramit në Fig. 3 në seri me një miliammetër referencë mA.
Shuntet për rrymat e larta (në ampermetra) zakonisht bëhen nga fletë manganina. Për të përjashtuar ndikimin e rezistencave të kontaktit dhe rezistencave të përçuesve lidhës, devijime të tilla kanë katër kapëse (Fig. 4, a). Kapëse masive të jashtme quhen rrymë dhe përdoren për të lidhur një shunt në qarkun e rrymës së matur. Terminalet e brendshme quhen potencial dhe janë krijuar për të lidhur njehsorin. Ky dizajn përjashton gjithashtu mundësinë e dëmtimit të njehsorit nga rryma e lartë nëse shunti shkëputet aksidentalisht.
Për të reduktuar gabimin e matjes së temperaturës të shkaktuar nga varësia e ndryshme nga temperatura e rezistencave të kornizës së njehsorit dhe shuntit, një rezistencë Manganin Rk lidhet në seri me njehsorin (Fig. 4, b); gabimi zvogëlohet aq herë sa rritet rezistenca e qarkut të njehsorit. Rezultate edhe më të mira arrihen kur ndizet një termistor Rk me një koeficient negativ të rezistencës së temperaturës. Kur llogaritet një pajisje me kompensim të temperaturës, rezistenca R dhe në formulat e llogaritjes duhet të kuptohet si rezistenca totale e njehsorit dhe e rezistencës Rk.
Oriz. 4. Skemat për ndezjen e një shunti për rryma të larta (a) dhe një elementi kompensimi të temperaturës (b)
Duke marrë parasysh efektin e shuntit, rezistenca e brendshme e miliammetrit (ampermetrit)
Rma = RiRsh / (Ri + Rsh). (4)
Për të siguruar një saktësi mjaft të lartë në një gamë të gjerë rrymash të matura, pajisja duhet të ketë disa kufij matjeje; kjo arrihet duke përdorur një numër shuntesh të ndërrueshëm të projektuar për vlera të ndryshme të rrymës kufizuese Ip.
Faktori kalimtar i shkallës N është raporti i vlerave kufitare të sipërme të dy kufijve të matjes ngjitur. Me N = 10, si, për shembull, në një miliammetër me katër kufij me kufijtë 1, 10, 100 dhe 1000 mA, shkalla e instrumentit e bërë për një nga kufijtë (1 mA) mund të zbatohet lehtësisht për të matur rrymat në kufijtë e mbetur duke shumëzuar leximin me shumëzuesin përkatës janë 10, 100 ose 1000. Në këtë rast, diapazoni i matjes do të arrijë 90% të diapazonit të treguesit, gjë që do të çojë në një rritje të dukshme të gabimit të matjes së atyre vlerave aktuale që korrespondojnë me leximet në seksionet fillestare të peshores.
Oriz. 5. Shkallët e miliammetrave magnetoelektrikë me shumë rreze
Për të rritur saktësinë e matjeve në disa pajisje, vlerat kufizuese të rrymave të matura zgjidhen nga një numër numrash 1, 5, 20, 100, 500, etj., duke përdorur një shkallë të përbashkët me disa rreshta numerikë. shenjat për numërim (Fig. 5, a). Ndonjëherë vlerat kufizuese zgjidhen nga një seri numrash 1, 3, 10, 30, 100, etj., gjë që bën të mundur përjashtimin e numërimit përgjatë të tretës së parë të shkallës; megjithatë, shkalla duhet të ketë dy rreshta shenjash, të graduara në shumëfisha të 3 dhe 10, respektivisht (Fig. 5, b).
Ndërrimi i shanteve, i nevojshëm për kalimin nga një kufi matës në tjetrin, mund të kryhet me anë të një çelësi kur përdoren terminalet e përbashkët të hyrjes në të gjitha kufijtë (Fig. 6) ose duke përdorur një sistem prizash të ndarë, gjysmat e të cilave mbyllen me njëra-tjetrën nga një tapë metalike e kordonit matës (Fig. 7). Një tipar i qarqeve në Fig. 6, b, dhe 7, b është se shunti i çdo kufiri matës përfshin rezistorë të shanteve të kufijve të tjerë më pak të ndjeshëm.
Oriz. 6. Skemat e miliammetrave me shumë rreze me ndërprerës të kufijve të matjes.
Kur kaloni nën rrymën e kufirit të matjes së pajisjes, dëmtimi i njehsorit është i mundur nëse lidhet shkurtimisht pa një shunt në qarkun e rrymës së matur. Për të shmangur këtë, dizajni i çelsave (Fig. 6) duhet të sigurojë kalimin nga një kontakt në tjetrin pa prishur qarkun. Rrjedhimisht, dizajni i prizave të ndara (Fig. 7) duhet të lejojë që spina e kordonit matës, kur ndizet, fillimisht të mbyllet me shunt dhe më pas me qarkun e njehsorit.
Oriz. 7. Qarqet e miliammetrave me shumë rreze me ndërrim prizë të kufijve të matjes.
Për të mbrojtur njehsorin nga mbingarkesat e rrezikshme, një buton Kn me një kontakt hapës vendoset ndonjëherë paralelisht me të (Fig. 7, b); njehsori përfshihet në qark vetëm kur shtypet butoni. Një mënyrë efektive për të mbrojtur njehsorët e ndjeshëm është anashkalimi i tyre (në drejtimin përpara) me dioda gjysmëpërçuese të zgjedhura posaçërisht; në këtë rast, megjithatë, një shkelje e uniformitetit të shkallës është e mundur.
Krahasuar me pajisjet me shunte të ndërrueshme, pajisjet me shumë rreze me shunte universale janë më të besueshme në funksionim. Një shunt universal është një grup rezistencash të lidhur në seri, duke formuar një qark të mbyllur me njehsorin (Fig. 8). Për t'u lidhur me qarkun nën hetim, përdoret një terminal negativ i përbashkët dhe një terminal i lidhur me një nga rubinetat e shuntit. Në këtë rast, formohen dy degë paralele. Për shembull, kur çelësi B vendoset në pozicionin 2 (Fig. 8, a), njëra degë përmban rezistorët e seksionit aktiv të shuntit që ka rezistencë Rsh.d = Rsh2 + Rsh3, në degën e dytë rezistenca Rsh1 është e lidhur në seri me njehsor. Rezistenca Rsh.d duhet të jetë e tillë që në rrymën maksimale të matur Ip, rryma e devijimit total Ii të rrjedhë nëpër njehsor. Në përgjithësi
Rsh.d = (Rsh + Ri) (Ii / Ip). (5)
ku Rsh = Rsh1 + Rsh2 + Rsh3 + ... është rezistenca totale e shuntit.
Shunti universal në tërësi kryen funksionin e një shunti veprues në kufirin 1, i cili korrespondon me vlerën më të vogël kufi të rrymës së matur Iп1; rezistenca e tij mund të llogaritet me formulën (1). Nëse zgjidhen kufijtë e matjeve Ip2 = = N12 * Ip1; Ip3 = N23 * Ip2; Ip4 = N34 * Ip3, etj., Atëherë rezistencat e seksioneve individuale të shuntit përcaktohen nga shprehjet:
Rsh2 + Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh / N12;
Rsh3 + Rsh4 + ... = Rsh / (N12 * N23);
Rsh4 + ... = Rsh / (N12 * N23 * N34), etj. Dallimi i rezistencës nga dy barazitë ngjitur ju lejon të përcaktoni rezistencat e përbërësve individualë të shunt Rsh1, Rsh2, Rsh3, etj.
Oriz. 8. Qarqet e miliammetrave me shumë rreze me shunte universale
Nga shprehjet e mësipërme, mund të shihet se faktorët e tranzicionit N12, N23, N34, etj. përcaktohen tërësisht nga raporti i rezistencave të seksioneve individuale të shuntit dhe janë plotësisht të pavarur nga të dhënat e njehsorit. Prandaj, i njëjti shunt universal, i lidhur paralelisht me matës të ndryshëm, do të ndryshojë kufijtë e tyre me të njëjtin numër herë; në këtë rast, kufiri fillestar i matjes përcaktohet nga formula
Ip1 = Ii * (Ri / Rsh + 1). (6)
Nga diagramet në Fig. 8 mund të shihet se në pajisjet me shunt universale, kufijtë e matjes mund të zgjidhen si duke përdorur çelsat ashtu edhe duke përdorur priza konvencionale. Humbja e kontaktit në këto qarqe është e sigurt për njehsorin. Nëse vlera e përafërt e rrymës që do të matet është e panjohur, atëherë përpara se të lidhni pajisjen me shumë kufij me qarkun në studim, duhet të vendosni kufirin më të lartë të matjes,
Kalibrimi i miliammetrave dhe ampermetrave magnetoelektrikë
Kalibrimi i një pajisjeje matëse konsiston në përcaktimin e karakteristikës së saj të kalibrimit, d.m.th., marrëdhënien midis vlerave të sasisë së matur dhe leximeve të pajisjes së leximit, të shprehura në formën e një tabele, grafiku ose formule. Në praktikë, gradimi i matësit të numrit përfundon duke tërhequr në shkallën e tij të ndarjeve që korrespondojnë me vlera të caktuara numerike të vlerës së matur.
Për pajisjet magnetoelektrike me shkallë uniforme, detyra kryesore e kalibrimit është të vendosë korrespondencën e ndarjes përfundimtare të shkallës me vlerën kufizuese të vlerës së matur, e cila mund të bëhet duke përdorur një qark të ngjashëm me atë të treguar në Fig. 3. Pajisja që do të kalibrohet është e lidhur me terminalet 1 dhe 2. Me një reostat R në një qark të fuqizuar nga një burim i rrymës direkte, vendosni vlerën kufi të rrymës IP sipas pajisjes referuese mA dhe shënoni pikën e shkallës tek i cili devijon treguesi i njehsorit I. Nëse pajisja që do të kalibrohet ka një kufi, atëherë si pikë fundore e shkallës mund të merret çdo pikë afër ndalesës që kufizon lëvizjen e shigjetës. Në pajisjet me shumë kufij me shkallë të shumta, një zgjedhje e tillë arbitrare e fundit të shkallës mund të bëhet vetëm në një kufi, të marrë si fillestar.
Nëse shigjeta në Iп aktuale nuk është në ndarjen përfundimtare të shkallës, pajisja duhet të rregullohet. Në instrumentet me një rreze ose në kufirin origjinal të një instrumenti me shumë rreze, ky rregullim mund të bëhet me një shunt magnetik. Në mungesë të kësaj të fundit, rregullimi kryhet duke rregulluar rezistencën e shanteve. Nëse në rrymën Ip shigjeta nuk arrin ndarjen përfundimtare, atëherë rezistenca e shuntit Rsh duhet të rritet; kur shigjeta largohet nga shkalla, rezistenca e shuntit zvogëlohet.
Kur kalibroni pajisjet me shumë rreze që funksionojnë sipas skemave të paraqitura në Fig. 6, b, 7, b dhe 8, shuntet duhet të vendosen në një rend të caktuar, duke filluar me rezistencën e shuntit Rsh që korrespondon me rrymën më të lartë kufizuese Ip3; atëherë rezistenca e shuntit Rsh2 dhe Rsh1 rregullohen në mënyrë sekuenciale. Gjatë ndërrimit të kufijve, mund të jetë e nevojshme të zëvendësohet pajisja referuese, kufiri i sipërm i matjes së të cilit në të gjitha rastet duhet të jetë i barabartë ose pak më i lartë se vlera kufi e shkallës së shkallëzuar.
Duke ditur pozicionet e ndarjeve fillestare dhe përfundimtare të një shkalle uniforme, është e lehtë të përcaktohen pozicionet e të gjitha ndarjeve të ndërmjetme. Sidoqoftë, duhet të kihet parasysh se disa pajisje magnetoelektrike, për shkak të të metave të projektimit ose veçorive të qarkut matës, mund të mos kenë një proporcion të saktë midis lëvizjes këndore të shigjetës dhe rrymës së matur. Prandaj, këshillohet që të kontrollohet gradimi i shkallës në disa pika të ndërmjetme duke ndryshuar rrymën me një reostat R. Rezistenca Ro shërben për të kufizuar rrymën në qark.
Kalibrimi duhet të kryhet me instrumentin e montuar plotësisht në kushte normale funksionimi. Pikat e marra të referencës aplikohen në sipërfaqen e peshores me një laps të mprehur (me xhamin e hequr nga kutia e njehsorit) ose fiksohen sipas shenjave të shkallës ekzistuese të instrumentit. Nëse shkalla e vjetër e njehsorit është e papërdorshme, atëherë bëhet një peshore e re prej letre të trashë dhe të lëmuar, e cila është ngjitur në vend të shkallës së vjetër me ngjitës rezistent ndaj lagështirës. Pozicioni i peshores së re duhet të korrespondojë rreptësisht me pozicionin e zënë nga peshore e vjetër gjatë kalibrimit të pajisjes. Rezultate të mira arrihen duke vizatuar peshoren me bojë të zezë në një shkallë të zmadhuar dhe më pas duke bërë një fotokopje të madhësisë së kërkuar.
Parimet e përgjithshme të kalibrimit të diskutuara më sipër janë të zbatueshme për matësit e numrit për qëllime të ndryshme.
Karakteristikat e matjes së rrymave të drejtpërdrejta
Për të matur rrymën, pajisja (për shembull, një miliammetër) lidhet në seri me qarkun nën hetim; kjo çon në një rritje të rezistencës totale të qarkut dhe një ulje të rrymës që rrjedh në të. Shkalla e këtij reduktimi vlerësohet (në përqindje) nga koeficienti i ndikimit të miliammetrit
Bma = 100 * Rma / (Rma + Rts),
ku Rts është rezistenca totale e qarkut ndërmjet pikave të lidhjes së pajisjes (për shembull, terminalet 1 dhe 2 në diagramin në Fig. 3).
Duke shumëzuar numëruesin dhe emëruesin e anës së djathtë të formulës me vlerën e rrymës në qarkun I dhe duke marrë parasysh se I * Rma është rënia e tensionit në miliammetrin Uma, dhe I (Rma + Rts) është e barabartë me emf. E duke vepruar në qarkun e hetuar, marrim
Bma = 100 * Uma / E.
Në një zinxhir kompleks (të degëzuar) nën e. etj me. E ju duhet të kuptoni tensionin e qarkut të hapur midis pikave të ndërprerjes së qarkut me të cilin duhet të lidhet pajisja.
Vlera kufizuese e tensionit Uma është rënia e tensionit në pajisjen Uп, e cila shkakton devijimin e shigjetës së saj në shenjën përfundimtare të shkallës. Prandaj, vlera maksimale e mundshme e koeficientit të ndikimit kur përdorni këtë pajisje
Bp = 100 Up / E. (7)
Nga formulat e mësipërme rezulton se sa më i vogël të jetë e. etj me. E, aq më shumë instrumenti ndikon në rrymën e matur. Për shembull, nëse Uп / E = 0.1, atëherë Bp = 10%, domethënë, ndezja e pajisjes mund të shkaktojë një ulje të rrymës në qark me 10%; në Uп / E = 0.01, ulja aktuale nuk kalon 1%. Prandaj, kur matni rrymën e filamentit të tubave të radios ose rrymën e emetuesit të transistorëve, duhet të pritet një ndryshim dukshëm më i madh në rrymën në qark sesa kur maten rrymat e anodës, ekranit ose kolektorit. Është gjithashtu e qartë se me të njëjtin interval matjeje, një pajisje e karakterizuar nga një vlerë më e ulët e tensionit Uп ka një efekt më të vogël në rrymën e matur. Në miliammetrat me shumë rreze me shunte të ndërrueshme (Fig. 6 dhe 7), në të gjitha intervalet e matjes, rënia maksimale e tensionit në pajisje është e njëjtë dhe e barabartë me tensionin e devijimit total të njehsorit, domethënë Uп = Ui = Ii / Ri, dhe fuqia e konsumuar nga pajisja është e kufizuar nga vlera
Pp = IiUi = Ip * Ii * Ri. Në miliammetra me shunta universale (Fig. 8), rënia e tensionit në pajisje është e barabartë me Ii * I dhe vetëm në kufirin fillestar 1. Në kufijtë e tjerë, rritet në vlerën Uп ≈ Ii * (Rп + Rsh) ( me një rritje të fuqisë së konsumuar nga pajisja në (Ri + Rsh) / Ri herë), pasi është shuma e rënieve të tensionit në njehsor dhe seksioni i shuntit të lidhur në seri me të. Rrjedhimisht, një pajisje me një shunt universal, duke qenë të gjitha gjërat e tjera të barabarta, ka një efekt më të fortë në modalitetin e qarqeve të studiuara sesa një pajisje me shunt të ndërrueshëm.
Nëse marrim rezistencën totale të shuntit universal Rsh >> Ri, atëherë kufiri i poshtëm i miliammetrit do të jetë afër Ii, megjithatë, në kufij të tjerë, rënia e tensionit në pajisje mund të rezultojë tepër e madhe. Nëse e marrim rezistencën Rsh të vogël, atëherë rryma më e vogël kufizuese Iп1 e pajisjes do të rritet. Prandaj, në çdo rast specifik, është e nevojshme të zgjidhet çështja e vlerës së lejuar të rezistencës së shuntit Rsh.
Kur një pajisje magnetoelektrike lidhet me një qark të rrymës pulsuese ose pulsuese, për të matur përbërësin konstant të kësaj rryme, është e nevojshme të lidhni një kondensator të madh paralel me pajisjen, i cili ka një rezistencë për komponentin e ndryshueshëm të rrymës që është shumë më pak se rezistenca e brendshme e pajisjes Rma. Për të eliminuar efektin e kapacitetit të pajisjes në lidhje me strehën e instalimit në studim, vendi ku pajisja lidhet me qarqet me frekuencë të lartë zgjidhet në mënyrë që një nga kapëset e saj të lidhet drejtpërdrejt me kabinën ose përmes një pajisjeje të lartë. -kondensator me kapacitet.
Në disa raste, shuntet e përhershme përfshihen në qarqe të ndryshme të pajisjes elektronike në studim, gjë që lejon përdorimin e të njëjtit matës magnetoelektrik për të monitoruar në mënyrë alternative rrymat në këto qarqe pa i prishur ato.
Detyra 1. Llogaritni qarkun e miliammetrit me një shunt universal (Fig. 8) për tre kufijtë e matjes: 0.2; 2 dhe 20 mA me një faktor tranzicioni N = 10. Matësi i pajisjes - një mikroametër i tipit M94 - ka të dhënat: Ii = 150 μA = 0,15 mA, Ri = 850 Ohm, Ui = Ii / Ri = 0,128 V Për çdo kufi, gjeni rënien e tensionit në pajisje në rrymën kufizuese, si dhe efektin maksimal të mundshëm të pajisjes në rrymën e matur, nëse e vepron në qarkun e kësaj të fundit. etj me. E = 20 V.
1. Në kufirin 1 (Ip1 = 0.2 mA), devijim në njehsor është një shunt universal në tërësi. Impedanca e kësaj të fundit, e përcaktuar me formulën (1), Rsh = 2550 Ohm.
Rënia e tensionit në të gjithë pajisjen në rrymën kufizuese Uп1 = Ui = 0,128 V. Koeficienti maksimal i mundshëm i ndikimit të miliametrit Bp1 = (Uп1 / E) * 100 = 0,64%.
2. Për kufirin 2 (Ip2 = 2 mA) rezistenca e seksionit të shuntimit të shuntit universal Rsh2 + Rsh3 = Rsh / N = 255 Ohm. Prandaj, rezistenca Rsh1 = Rsh - (Rsh2 + Rsh3) = 2295 Ohm.
Rënia kufizuese e tensionit në pajisje është Up2 = Ii / (Ri + Rsh1) = 0,727 V. Koeficienti kufizues i ndikimit Bp2 = 100 * Up2 / E = 3,63%.
3. Për kufirin 3 (Ip3 = 20 mA) Rsh3 = Rsh / N 2 = 25,5 Ohm; Rsh2 = 255-25,5 = 229,5 Ohm; Up3 = Ip * (Ri + Rsh1 + Rsh2) = 0,761 V; Bn3 = 100 * p3 / E = 3,80%.
Detyra 2. Llogaritni një qark miliammetri me një shunt universal për tre kufij matëse: 5, 50 dhe 500 mA. Matësi i pajisjes - një mikroampermetër i tipit M260M - ka të dhënat: Ii = 500 μA, Ri = 150 Ohm. Përcaktoni efektin e pajisjes në rrymën e matur nëse bëhen matje brenda 5 dhe 50 mA në qarqet në të cilat p.sh. etj me. jo më pak se 200 V, dhe në kufirin prej 500 mA - në qarkun e ngrohjes të një tubi radio të mundësuar nga një bateri me një forcë elektromotore. 6 B.
Përgjigje: Rsh = 16,67 Ohm; Rsh1 = 15 Ohm; Rsh2 = 1,5 Ohm; Rsh3 = 0,17 Ohm; Uп1 = 75 mV; Bn1 = 0,037%; Up2 = 82,5 mV; Bn2 = 0,041%; Up3 = 83 mV; Bn3 = 1.4%.
Përgjigje: 1) Rsh1 = 16,67 Ohm; Rsh2 = 1,52 0m; Rsh3 = 0,15 Ohm; 2) Rsh1 = 15,15 Ohm; Rsh2 = 1,37 Ohm; Rsh3 = 0,15 ohm.
Mikroammetrat e transistorit DC
Nëse është e nevojshme të maten rryma shumë të vogla, shumë më pak se rryma totale e devijimit I dhe njehsori magnetoelektrik i disponueshëm, ky i fundit përdoret së bashku me një përforcues DC. Më të thjeshtët dhe më ekonomikët janë amplifikuesit bipolarë të tranzistorit. Përforcimi i rrymës mund të arrihet duke ndezur transistorët në një emetues të përbashkët dhe një qark kolektori të përbashkët, por i pari preferohet sepse siguron një rezistencë më të ulët të hyrjes në amplifikator.
Oriz. 9. Qarqet e mikroametrave DC me një tranzistor
Qarku më i thjeshtë i një mikroametri me një tranzistor të mundësuar nga një burim me një emf. E = 1,5 ... 4,5 V, treguar në Fig. 9, a, me vija të forta. Rryma e bazës Ib është rryma e matur, në një vlerë nominale të caktuar të së cilës In në qarkun kolektor rrjedh rryma Ik, e barabartë me rrymën totale të devijimit I dhe metri I. Koeficienti i transferimit të rrymës statike Vst = Ic / Ib = Ii / In , prej nga vjen rryma nominale e matur In = Ii / Bst. Për shembull, kur përdorni një transistor të tipit GT115A me Bst = 60, dhe një metër të tipit M261 me një rrymë Ii = 500 μA, rryma e vlerësuar është In = 500/60 ≈ 8.3 μA. Meqenëse marrëdhënia midis rrymave Ik dhe Ib është afër lineare, shkalla e njehsorit, e kalibruar në vlerat e rrymës së matur, do të jetë pothuajse uniforme (me përjashtim të një seksioni të vogël fillestar të shkallës deri në 10% të gjatësisë së tij ). Duke lidhur një shunt të zgjedhur posaçërisht midis terminaleve të hyrjes, mund të rrisni kufirin e matur të rrymës në një vlerë të përshtatshme për llogaritje (për shembull, deri në 10 μA).
Në qarqet reale të mikroampermetrave të tranzistorit, merren masa për të stabilizuar mënyrën e funksionimit dhe korrigjimin e devijimeve të tij të mundshme. Para së gjithash, është e papranueshme (veçanërisht me një tension të rritur të furnizimit) që qarku bazë i transistorit të hapet, gjë që mund të ndodhë gjatë matjes. Prandaj, baza lidhet me emetuesin përmes një rezistence me rezistencë të vogël, ose, siç tregohet nga vija e ndërprerë në Fig. 9, a, me polin negativ të burimit me anë të një rezistence Rb me një rezistencë të rendit të qindra kilo-ohmë. Në rastin e fundit, një tension paragjykim aplikohet në bazë, i cili përcakton mënyrën e funksionimit të amplifikatorit. Pastaj, për të rregulluar rrymën e kërkuar të vlerësuar (supozoni 10 μA për shembullin e mësipërm), një rezistencë prerëse Rsh = (2 ... 5) Ri lidhet paralelisht me njehsorin (ose në seri me të).
Duhet të kihet parasysh se në mungesë të një rryme të matur, rryma fillestare e kolektorit Ic.n do të rrjedhë përmes njehsorit, duke arritur 5-20 μA dhe për shkak të pranisë së një rryme të pakontrolluar të kundërt të kolektorit Ic.o dhe një rryme. në qarkun e rezistencës bazë Rb. Veprimi i Ic.n aktuale mund të kompensohet duke vendosur treguesin e njehsorit në zero nga korrigjuesi mekanik i pajisjes. Sidoqoftë, është më racionale të kryhet një vendosje zero elektrike përpara fillimit të matjeve, për shembull, duke përdorur një element ndihmës të furnizimit me energji elektrike E0 dhe një reostat R0 = (5 ... 10) Ri, duke krijuar një rrymë kompensimi I0 në qarkun e njehsorit, e barabartë në vlerë, por e kundërt në drejtim me rrymën Iк. n. Në vend të dy furnizimeve me energji, mund të përdoret njëra (Fig. 9, b) duke lidhur paralelisht me të një ndarës tensioni të dy rezistorëve R1 dhe R2 me rezistenca të rendit të qindra ohmave. Në këtë rast, formohet një qark urë i rrymës së drejtpërdrejtë (shih metodën e urës për matjen e rezistencave elektrike), e cila balancohet nga një ndryshim në rezistencën e njërit prej krahëve (R0).
Nevoja për të komplikuar qarkun origjinal të amplifikatorit me një transistor të vetëm çon në faktin se fitimi aktual
Ki = Ui / In (8)
rezulton të jetë më i vogël se koeficienti i transferimit aktual Bst të transistorit të përdorur. Për më tepër, funksionimi i besueshëm i një mikroametri të tranzitorit mund të sigurohet vetëm nëse Ki<< Вст.
Siç e dini, parametrat e tranzistorit varen ndjeshëm nga temperatura e ambientit. Një ndryshim në këtë të fundit çon në lëkundje (drift) spontane të rrymës së kundërt të kolektorit Ic.o, e cila në transistorët e germaniumit rritet pothuajse 2 herë për çdo 10 K rritje të temperaturës. Kjo shkakton një ndryshim të dukshëm në fitimin aktual Ki dhe rezistencën e hyrjes së amplifikatorit, gjë që mund të çojë në një shkelje të plotë të karakteristikave të kalibrimit të pajisjes. Duhet të merret parasysh edhe ndryshimi i pakthyeshëm në parametrat ("plakja") e transistorëve të vëzhguar me kalimin e kohës, gjë që krijon nevojën për kontrolle periodike dhe korrigjim të karakteristikave të kalibrimit të pajisjes së tranzitorit.
Nëse ndryshimi në Ic.o aktuale mund të kompensohet deri në një farë mase duke vendosur zero përpara fillimit të matjeve, atëherë duhet të merren masa të veçanta për të stabilizuar fitimin Ki. Pra, paragjykimi ndaj bazës (Fig. 9, b) furnizohet me anë të një ndarësi të tensionit nga rezistorët Rb1 dhe Rb2, dhe ndonjëherë si i fundit përdoret një termistor me një koeficient negativ të rezistencës së temperaturës. Termistori mund të zëvendësohet me një diodë D të lidhur paralelisht me rezistencën Rb1. Me rritjen e temperaturës, rezistenca e kundërt e diodës zvogëlohet, gjë që çon në një rishpërndarje të tillë të tensioneve midis elektrodave të transistorit, gjë që kundërshton rritjen e rrymës së kolektorit. Reagimi negativ midis kolektorit dhe bazës vepron në të njëjtin drejtim, i cili shfaqet për shkak të lidhjes së rezistencës Rb2 me kolektorin (dhe jo në minus furnizimin). Efekti më efektiv ushtrohet nga reagimet negative që ndodhin kur një rezistencë Re lidhet me qarkun e emetuesit.
Rritja e qëndrueshmërisë së amplifikatorit përmes përdorimit të një reagimi mjaft të thellë negativ çon në një raport të vogël të koeficientëve Ki / Bst. Prandaj, për të marrë fitimin Ki, të barabartë me disa dhjetëra, është e nevojshme të zgjidhni një transistor germanium me një koeficient të lartë të transferimit të rrymës për mikroammetrin: Vst = 120 ... 200.
Në mikroampermetrat, është e mundur të përdoren transistorë silikoni, të cilët, në krahasim me ato të germaniumit, kanë parametra më të qëndrueshëm si në kohë ashtu edhe në lidhje me efektet e temperaturës. Sidoqoftë, koeficienti Bst i transistorëve të silikonit është zakonisht i vogël. Mund të rritet duke përdorur një qark transistor të përbërë (Fig. 9, c); ky i fundit ka një koeficient të transferimit të rrymës Vst afërsisht të barabartë me produktin e koeficientëve përkatës të transistorëve të tij përbërës, d.m.th. Vst ≈ Vst1 * Vst2. Sidoqoftë, rryma e kundërt e kolektorit të tranzistorit të përbërë është:
Ik.o ≈ Ik.o2 + Bst2 * Ik.o1
tejkalon ndjeshëm rrymat përkatëse të përbërësve të tij dhe i nënshtrohet luhatjeve të dukshme të temperaturës, gjë që çon në nevojën për të stabilizuar mënyrën e amplifikatorit.
Stabiliteti i lartë i funksionimit të një mikroametri të tranzitorit arrihet më lehtë kur kryen përforcuesin e tij sipas një qarku të balancuar me dy transistorë konvencionalë ose të përbërë, të zgjedhur posaçërisht për identitetin e parametrave të tyre (para së gjithash, sipas barazisë së përafërt të koeficientët Bst dhe rrymat Ik.o). Një diagram tipik i një pajisjeje të tillë me elementë stabilizimi dhe korrigjimi është paraqitur në Fig. 10. Meqenëse rrymat fillestare të kolektorit të transistorëve përafërsisht në të njëjtën masë varen nga temperatura dhe tensioni i furnizimit, dhe ato rrjedhin nëpër njehsor në drejtime të kundërta, duke kompensuar njëri-tjetrin, qëndrueshmërinë e pozicionit zero të shigjetës së njehsorit dhe uniformitetin. të rritjes së shkallës së saj. Reagimi i thellë negativ i ofruar nga rezistorët Re dhe Rb.k rrit stabilitetin e fitimit të rrymës. Qarku i balancuar rrit gjithashtu ndjeshmërinë e mikroametrit, pasi rryma e matur krijon potenciale të shenjave të ndryshme në elektrodat hyrëse të të dy transistorëve; Si rezultat, rezistenca e brendshme e njërit transistor rritet, dhe tjetri zvogëlohet, gjë që rrit çekuilibrin e pikës DC, në diagonalen e së cilës I.
Kur vendosni një mikroampermetër të balancuar me një potenciometër prerës Rk, potenciali i kolektorëve barazohet, i cili kontrollohet nga mungesa e leximeve të njehsorit kur terminalet e hyrjes janë të lidhura me qark të shkurtër. Vendosja zero gjatë funksionimit kryhet nga potenciometri Rb duke barazuar rrymat e bazës me terminalet hyrëse të hapura. Duhet të kihet parasysh se këto dy rregullime janë të ndërvarura dhe kur korrigjoni pajisjen, ato duhet të përsëriten disa herë radhazi.
Oriz. 10. Qarku i balancuar i një mikroametri tranzistor
Rezistenca e hyrjes së mikroametrit Rmka përcaktohet kryesisht nga rezistenca totale R = Rb1 + Rb2 + R6, që vepron midis bazave të transistorëve dhe është afërsisht (0,8 ... 0,9) * R; Përcaktimi i saktë i tij, si dhe rryma nominale kufizuese In, duhet të kryhet në mënyrë empirike. Është i përshtatshëm për të rregulluar vlerën e kërkuar të rrymës nominale duke përdorur një zinxhir të rezistorëve, rezistenca e të cilit duhet të merret parasysh gjatë përcaktimit të rezistencës së hyrjes Rmka.
Stabiliteti i impedancës hyrëse lejon zgjerimin e kufirit të matjes në drejtim të uljes së ndjeshmërisë duke përdorur shunts. Rezistenca e shuntit e nevojshme për të marrë rrymën e matur kufizuese Ip,
Rsh.p = Rmka * In / (Ip - In) = Rmka * Ii / (Ki * Ip - Ii) (9)
Me të dhënat numerike të treguara në diagram dhe duke përdorur transistorë me Bst ≈ 150, mikroammetri i balancuar ka një fitim Ki ≈ 34 dhe, me anë të një rezistence zvogëluese Rm, mund të rregullohet në rrymën nominale In = 10 μA. Nëse është e nevojshme të merret një rrymë nominale prej rreth 1 μA, amplifikatori plotësohet me një fazë të dytë, e cila shpesh kryhet sipas qarkut pasues të emetuesit, i cili lehtëson përputhjen e rezistencës së daljes së amplifikatorit me rezistencën e ulët të I. .
Kur kontrolloni qarqet elektrike të fuqisë, shpesh është e nevojshme të matet fuqia aktuale. Për të matur madhësinë e një rryme të drejtpërdrejtë, si rregull, përdoret një shant rezistence, i lidhur në seri me ngarkesën, voltazhi i të cilit është në proporcion me rrymën. Sidoqoftë, nëse bëhet e nevojshme të maten rryma të mëdha, atëherë do të kërkohet një devijim i fuqisë mbresëlënëse, kështu që është më e këshillueshme të përdoren metoda të tjera matëse.
Në këtë drejtim, unë kisha idenë për të mbledhur një matës aktual të bazuar në një sensor Hall. Diagrami i tij është paraqitur në figurë.
Karakteristikat e ampermetrit:
- Matja e rrymës AC ose DC pa kontakt elektrik me qarkun
- Matja e rrymës TrueRMS pavarësisht nga forma e valës dhe vlera maksimale gjatë një periudhe (afërsisht 0,5 sekonda)
- Dalja e informacionit në ekranin LCD me karakter
- Dy mënyra matjeje (deri në 10A dhe deri në 50A)
Skema funksionon si më poshtë. Teli me rrymë ndodhet brenda unazës së ferritit, duke krijuar kështu një fushë magnetike, madhësia e së cilës është drejtpërdrejt proporcionale me fuqinë e rrymës. Një sensor Hall i vendosur në hendekun e ajrit të bërthamës konverton induksionin e fushës në një tension dhe ky tension furnizohet me amplifikatorët operacionalë. Përforcuesit operativë janë të nevojshëm për të sjellë nivelet e tensionit nga sensori në intervalin e tensionit të hyrjes ADC. Të dhënat e marra përpunohen nga mikrokontrolluesi dhe shfaqen në ekranin LCD.
Llogaritja paraprake e skemës
Si bërthamë është përdorur unaza R20 * 10 * 7 e bërë nga materiali N87. Sensori i sallës - SS494B.
Me ndihmën e një skedari gjilpërash, një hendek përpunohet në unazën e një trashësie të tillë që sensori do të përshtatet atje, domethënë rreth 2 mm. Në këtë fazë, tashmë është e mundur të vlerësohet përafërsisht ndjeshmëria e sensorit ndaj rrymës dhe rrymës maksimale të mundshme të matur.
Përshkueshmëria ekuivalente e bërthamës me një hendek është afërsisht e barabartë me raportin e gjatësisë së vijës magnetike me vlerën e hendekut:
Pastaj, duke e zëvendësuar këtë vlerë në formulën për llogaritjen e induksionit në bërthamë dhe duke e shumëzuar të gjitha me ndjeshmërinë e sensorit, gjejmë varësinë e tensionit të daljes së sensorit nga forca aktuale:
Këtu K B- ndjeshmëria e sensorit ndaj induksionit të fushës magnetike, e shprehur në V / T (marrë nga fleta e të dhënave).
Për shembull, në rastin tim ls= 2 mm = 0,002 m,K B= 5 mV / Gauss = 50 V / T, prej nga marrim:
Ndjeshmëria e vërtetë ndaj rrymës doli të jetë e barabartë 0.03 V / A, domethënë llogaritja është shumë e saktë.
Sipas fletës së të dhënave në SS494B, induksioni maksimal i matur nga sensori është 420 Gauss, prandaj rryma maksimale e matur është:
Foto e sensorit në hendek:
Llogaritja e qarqeve op-amp
Ampermetri ka dy kanale: deri në 10 A (dalje 23 MK) dhe deri në 50 A (dalje 24 MK). Ndërrimi i modalitetit trajtohet nga multiplekseri ADC.
Një referencë e brendshme zgjidhet si tension referencë ADC, prandaj, sinjali duhet të sillet në intervalin 0 - 2,56 V. Kur matni rrymat prej ± 10 A, voltazhi i sensorit është 2,5 ± 0,3 V, prandaj duhet të përforcohet dhe u zhvendos në mënyrë që pika zero të ishte pikërisht në mes të intervalit ADC. Për këtë, op-amp IC2: A përdoret si një përforcues jo invertues. Tensioni në daljen e tij përshkruhet nga ekuacioni:
Këtu, R2 do të thotë R2 dhe P2 të lidhura në seri, dhe R3 do të thotë R3 dhe P3, përkatësisht, në mënyrë që shprehja të mos duket shumë e rëndë. Për të gjetur rezistencat e rezistorëve, shkruani ekuacionin dy herë (për rrymat -10A dhe + 10A):
Ne i dimë tensionet:
Duke vendosur R4 të barabartë me 20 kΩ, marrim një sistem me dy ekuacione, ku variablat janë R2 dhe R3. Zgjidhja e sistemit mund të gjendet lehtësisht duke përdorur paketat matematikore, për shembull MathCAD (skedari i llogaritjes i është bashkangjitur artikullit).
Qarku i dytë i përbërë nga IC3: A dhe IC3: B llogaritet në të njëjtën mënyrë. Në të, sinjali nga sensori së pari kalon përmes ndjekësit IC3: A, dhe më pas shkon në ndarësin në rezistorët R5, R6, P5. Pasi sinjali të dobësohet, ai anohet më tej nga op-amp IC3: B.
Përshkrimi i mikrokontrolluesit
Mikrokontrolluesi ATmega8A përpunon sinjalet nga op-amp dhe i shfaq rezultatet në ekran. Është akorduar nga një oshilator i brendshëm 8 MHz. Siguresat janë standarde, përveç CKSEL. Në PonyProg, ato ekspozohen si kjo:
ADC është konfiguruar të funksionojë në 125 kHz (raporti i ndarjes është 64). Në fund të konvertimit ADC, thirret mbajtësi i ndërprerjeve. Ai ruan vlerën maksimale të rrymës, dhe gjithashtu përmbledh katrorët e rrymave të mostrave të njëpasnjëshme. Sapo numri i mostrave të arrijë në 5000, mikrokontrolluesi llogarit vlerën aktuale të RMS dhe shfaq të dhënat në ekran. Pastaj ndryshoret rivendosen dhe gjithçka ndodh nga fillimi. Diagrami tregon ekranin WH0802A, por mund të përdoret çdo ekran tjetër me kontrolluesin HD44780.
Firmware i mikrokontrolluesit, një projekt për CodeVision AVR dhe një skedar simulimi në Proteus janë bashkangjitur artikullit.
Vendosja e një skeme
Vendosja e pajisjes varet nga rregullimi i rezistorëve të shkurtimit. Së pari ju duhet të rregulloni kontrastin e ekranit duke rrotulluar P1.
Më pas, duke kaluar butonin S1 në modalitetin deri në 10A, vendosim P2 dhe P3. Ne heqim një nga rezistorët në të djathtë sa më shumë që të jetë e mundur dhe, duke rrotulluar rezistencën e dytë, arrijmë zero lexime të pajisjes. Ne po përpiqemi të matim rrymën, vlera e së cilës dihet saktësisht, ndërsa leximet e ampermetrit duhet të rezultojnë më të ulëta se sa është në të vërtetë. Ne i kthejmë të dy rezistorët pak në të majtë, në mënyrë që pika zero të ruhet dhe përsëri matim rrymën. Këtë herë leximi duhet të jetë pak më i madh. Ne vazhdojmë këtë derisa të arrijmë një shfaqje të saktë të vlerës aktuale.
Tani le të kalojmë në modalitetin deri në 50A dhe ta konfigurojmë atë. Me rezistencën P4 vendosim zero në ekran. Ne matim çdo rrymë dhe shikojmë leximet. Nëse ampermetri i mbivlerëson ato, atëherë kthejeni P5 në të majtë; nëse nënvlerëson, atëherë kthehuni djathtas. Përsëri vendosim zero, kontrollojmë leximet në një rrymë të caktuar, e kështu me radhë.
Foto e pajisjes
Matja e rrymës DC:
Për shkak të kalibrimit të pamjaftueshëm të saktë, vlerat janë paksa të mbivlerësuara.
Duke matur rrymën alternative me një frekuencë prej 50 Hz, një hekur përdoret si ngarkesë:
Në teori, rryma sinusoidale rms është 0.707 e maksimumit, por duke gjykuar nga leximet, ky koeficient është 0.742. Pas kontrollit të formës së valës së tensionit në rrjet, doli se i ngjan vetëm një sinusoidi. Duke marrë parasysh këtë, lexime të tilla të pajisjes duken mjaft të besueshme.
Pajisja ka ende një pengesë. Zhurmat janë vazhdimisht të pranishme në daljen e sensorit. Duke kaluar nëpër op-amp, ata arrijnë te mikrokontrolluesi, si rezultat i të cilit është e pamundur të arrihet zero ideale (në vend të zeros, shfaqet afërsisht 30-40 mA RMS). Kjo mund të korrigjohet duke rritur kapacitetin C7, por më pas karakteristikat e frekuencës do të përkeqësohen: në frekuenca të larta, leximet do të nënvlerësohen.
Burimet e përdorura
Lista e radioelementeve
| Emërtimi | Një lloj | Emërtimi | sasi | shënim | Rezultati | Fletorja ime |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | MK AVR 8-bit | ATmega8A | 1 | DIP-28 | Në bllokun e shënimeve | |
| IC2, IC3 | Përforcues operacional | MCP6002 | 2 | SOIC-8 | Në bllokun e shënimeve | |
| IC4 | Rregullator linear | L78L05 | 1 | Në bllokun e shënimeve | ||
| IC5 | Sensori i sallës | SS494B | 1 | Në bllokun e shënimeve | ||
| C1-C7 | Kondensator | 100 nF | 9 | K10-17b | Në bllokun e shënimeve | |
| R1, R3, R6, R9 | Rezistencë | 10 kΩ | 4 | SMD 1206 | Në bllokun e shënimeve | |
| R2 | Rezistencë | 12 kΩ | 1 | SMD 1206 | Në bllokun e shënimeve | |
| R4 | Rezistencë | 20 kΩ | 1 | SMD 1206 | Në bllokun e shënimeve | |
| R5 | Rezistencë | 6,8 k Ohm | 1 | SMD 1206 | Në bllokun e shënimeve | |
| R7, R8 | Rezistencë | 100 kΩ | 2 | SMD 1206 | Në bllokun e shënimeve | |
| P1 | Rezistenca prerëse | 10 kΩ | 1 | 3362P | Në bllokun e shënimeve | |
| P2 | Rezistenca prerëse | 4,7 k Ohm | 1 | 3362P |
Unë do të doja të paraqes në vëmendjen tuaj një version të përmirësuar për një furnizim me energji laboratorike. U shtua aftësia për të shkëputur ngarkesën kur tejkalohet një rrymë e caktuar e paracaktuar. Firmware i voltammetrit të përmirësuar është i mundur.
Qarku i njehsorit dixhital të rrymës dhe tensionit
Diagramit i janë shtuar edhe disa detaje. Nga kontrollet - një buton dhe një rezistencë e ndryshueshme me një vlerë nominale nga 10 kilo-ohms deri në 47 kilo-ohms. Rezistenca e tij nuk është kritike për qarkun dhe, siç mund të shihet, mund të ndryshojë në një gamë mjaft të gjerë. Pamja në ekran gjithashtu ka ndryshuar pak. Shfaqja e shtuar e fuqisë dhe amperit * orëve.
Variabli i rrymës së udhëtimit ruhet në EEPROM. Prandaj, pas mbylljes, nuk do të keni nevojë të konfiguroni gjithçka përsëri. Për të hyrë në menynë aktuale të cilësimeve, shtypni butonin. Duke rrotulluar dorezën e rezistencës së ndryshueshme, është e nevojshme të vendosni rrymën në të cilën do të fiket rele. Ai është i lidhur përmes një çelësi në tranzitor në dalje PB5 mikrokontrollues Atmega8.
Në momentin e mbylljes, ekrani do të tregojë se rryma maksimale e vendosur është tejkaluar. Pasi të shtypim butonin, do të kthehemi në menynë për vendosjen e rrymës maksimale. Duhet të shtypni sërish butonin për të kaluar në modalitetin e matjes. Deri në dalje PB5 mikrokontrolluesi do të dërgojë log 1 dhe rele do të ndizet. Ky gjurmim aktual ka gjithashtu të metat e veta. Mbrojtja nuk do të jetë në gjendje të funksionojë menjëherë. Mund të duhen disa dhjetëra milisekonda për t'u aktivizuar. Për shumicën e pajisjeve eksperimentale, ky disavantazh nuk është kritik. Kjo vonesë nuk është e dukshme për njerëzit. Gjithçka ndodh menjëherë. Nuk u zhvillua asnjë PCB e re. Kushdo që dëshiron të përsërisë pajisjen mund të modifikojë pak tabelën e qarkut të printuar nga versioni i mëparshëm. Ndryshimet nuk do të jenë të rëndësishme.
