В настоящее время на производстве используются различные амперметры. В зависимости от целей и мест установки используют аналоговые и цифровые амперметры. В последнее время аналоговые амперметры выходят из использования на производстве.
Различие аналоговых и цифровых амперметров состоит в том, что аналоговые используют для измерения магнитные поля, а цифровые с помощью аналого-цифрового преобразователя и обрабатываются процессором устройства. Также в цифровых приборах есть возможность использовать несколько каналов для измерения разных параметров. Поэтому цифровые приборы вытесняют аналоговые [1].
Амперметры также различаются и по первичному преобразователю тока [1]:
‒ Измерительный шунт
‒ Измерительный трансформатор тока
‒ Датчики тока на эффекте Холла
Измерительный шунт — самый простой и самый точный способ измерения тока. Как известно, при протекании тока через активное сопротивление, на нем происходит падение напряжения, пропорциональное измеряемому току. [2]
Измерительный трансформатор тока — представляет собой трансформатор, первичная обмотка которого подключается к источнику тока, а вторичная замыкается на измерительные приборы или устройства защитной автоматики. Трансформаторы тока используются для измерения токов в сильноточных цепях, зачастую с высоким потенциалом. [2]
Эффект Холла — явление возникновения разности потенциалов на краях поперечного сечения проводника с протекающим в нем током, наблюдающееся при помещении этого проводника в магнитное поле. Открыт в 1879 г. американским физиком Эдвином Г. Холлом в тонких пластинках золота. Эффект основан на отклонении траектории движения носителей заряда от прямолинейной за счет воздействия на них силы Лоренца: в результате такого движения заряженных частиц у одной боковой грани проводника скапливаются положительно зараженные частицы, а у противоположной грани — отрицательно заряженные и возникает разность потенциалов, которую называют холловским напряжением. [2]
Поскольку протекание тока через проводник сопровождается возникновением магнитного поля, (| B |~ I) установив рядом с проводником датчик на основе эффекта Холла (часто говорят — «датчик Холла»), по величине холловского напряжения UH можно судить о напряженности магнитного поля и, следовательно, о величине тока в проводнике I — рисунок 1. Важным преимуществом амперметра c датчиком на основе эффекта Холла является малая величина внутреннего сопротивления такого прибора, которое определяется собственным сопротивлением отрезка проводника, по которому протекает ток I. [3]
Рис. 1. Величина тока в проводнике
В настоящее время измерение многоканальных цифровых амперметров основаны на измерительном шунте и трансформаторе тока.
Амперметры, которые используют датчик Холла, в настоящее время почти не используются.
Более актуально разработать и внедрить на производство амперметры, основанные на эффекте Холла, так как точность измерения увеличится.
Предполагается разработать цифровой амперметр на эффекте Холла. Как щитовой, стационарный так и переносной. Амперметр на эффекте Холла будет состоять из микроконтроллера, который будет обрабатывать сигнал от датчика Холла, ЖК-дисплея — выводит текущие значения тока, датчика Холла — измеряет величину тока, блок питания на 5Вт.
Функции прибора:
‒ измерение тока по нескольким каналам;
‒ отображение значения на сегментном дисплее;
‒ передача значений на архивацию;
‒ сигнализация о выходе значения за допустимую величину.
В качества датчика для измерения силы тока был выбран датчик Холла ACS758-LCB-050B.
ACS758LCB-050B-PFF-T является полностью интегрированным датчиком линейного тока на эффекте Холла в 5-выводном корпусе CB с формой выводов PFF. Он обеспечивает экономичное и точное решение для измерения AC или DC токов. Он состоит из прецизионной линейной схемы с замкнутым контуром и медным проводящим контуром, расположенным вблизи матрицы. Ток, протекающий через этот медный контур, генерирует магнитное поле, которое микросхема преобразует в пропорциональное напряжение. Точность устройства оптимизирована за счет непосредственной близости магнитного сигнала к датчику. Точное выходное напряжение обеспечивается низким смещением, стабилизированной микросхемой BiCMOS с заводскими настройками точности. Высокая устойчивость к dV/dt и блуждающим электрическим полям, предлагаемые фирменной технологией Allegro, обеспечивает низкую пульсацию выходного напряжения и низкий дрейф смещения в приложениях высокого напряжения и высокой стороны. Данное устройство одобрено CB, UL E316429, CE и TUV [4].
‒ Первичный ток (Ip) ±50А
‒ Чувствительность 40мВ/А
‒ Двунаправленный ток
‒ Соответствует автомобильному классу AEC Q-100
‒ Очень низкий уровень потери мощности, сопротивление внутреннего проводника 100мкОм
‒ Работа от одного источника питания: 3В — 5.5В
‒ Типичное значение полосы пропускания 120кГц
‒ Время нарастания выходного сигнала 3мкс в ответ на шаг входного тока
‒ Выходное напряжение пропорционально AC или DC токам
‒ Диапазон рабочей температуры от -40°C до 85°C [4].
Рис. 2. Внешний вид ACS758-LCB-050B
Рис. 3. Схема подключения ACS758-LCB-050B
Датчик тока подключен к микроконтроллеру Atmega 328. Микроконтроллер выполняет функции снятия показаний с датчиков, сигнализации, передачу значений по USB на компьютер для дальнейшего архивирования. Ошибка измерения датчика составляет 1 % и составляет 0.5А.
Рис. 4. Алгоритм работы микроконтроллера
Данный прибор обладает:
‒ простотой управления, так как от рабочего надо будет только установить значение сигнализации;
‒ простотой в обслуживании, так как калибровка нуля будет происходит самостоятельно, без участия рабочего;
‒ легкостью в установке и в подключении.
Литература:
- https://geektimes.ru/post/255126/
- http://robocraft.ru/blog/electronics/594.html
- http://td-str.ru/file.aspx?id=1995
- http://www.datasheetlib.com/datasheet/164944/acs758_allegro-microsystems.html
