Разработка многоканального цифрового амперметра | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №14 (200) апрель 2018 г.

Дата публикации: 08.04.2018

Статья просмотрена: 97 раз

Библиографическое описание:

Торрес Лабрада А. Ф., Савчиц А. В. Разработка многоканального цифрового амперметра // Молодой ученый. — 2018. — №14. — С. 35-38. — URL https://moluch.ru/archive/200/49232/ (дата обращения: 20.04.2019).



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:

  1. https://geektimes.ru/post/255126/
  2. http://robocraft.ru/blog/electronics/594.html
  3. http://td-str.ru/file.aspx?id=1995
  4. http://www.datasheetlib.com/datasheet/164944/acs758_allegro-microsystems.html
Основные термины (генерируются автоматически): эффект Холла, магнитное поле, датчик Холла, величина тока, амперметр, измерительный шунт, Выходное напряжение, измерительный трансформатор тока, PFF, AEC.


Похожие статьи

Трансформатор тока в магнитном поле | Статья в журнале...

Трансформатор тока в магнитном поле. Авторы : Пасынков Юрий Алексеевич , Савиных Максим Александрович.

Первичный ток, подаваемый на трансформатор, в эксперименте задавался с измерительного генератора УППУ-МЭ 3.1 [3]. Величина заданного тока в данном...

Сравнительный анализ современных датчиков тока

Ключевые слова: сила тока, датчик Холла, оптоволоконные датчики тока, трансформатор тока, резистивный датчик тока.

Современные датчики тока подразделяются на следующие типы: резистивные датчики (токовые шунты)

К вопросу контролирования тока при работе многокатушечного...

Основные термины (генерируются автоматически): ток, IVD, схема включения, сигнализирующий светодиод, падение напряжения, обратное напряжение, магнитное поле, значение тока, значение силы тока, шунтирующий диод.

Трансформатор тока в магнитном поле.

Дифференциальный датчик магнитного поля на основе...

Их основными достоинствами является высокая чувствительность при комнатной температуре, линейность по отношению к амплитуде измеряемого поля, а также отсутствие источника тока, необходимого, например, для работы датчиков Холла.

Оценка уровня магнитного поля трансформатора

где Hr- радиальная составляющая напряженности внешнего магнитного поля трансформатора; Io - ток холостого хода трансформатора

Дифференциальный датчик магнитного поля на основе магнитострикционно-пьезоэлектрической структуры.

Применение датчиков положения ротора для создание...

Распределение тока в фазах электродвигателя должны осуществляться в согласованных с

Датчики Холла, компараторы, резисторы устанавливаются непосредственно на корпус датчика положения ротора.

1. Магнитное поле, образованное силовым магнитом и магнитное поле...

Разработка архитектуры стенда для проведения диагностики...

Для измерения токов меньше 1 А был выбран метод резистивного шунта, так как он позволяет получить высокую точность измерения при малых токах. Для измерения токов от 1 А до 8 А был используется датчик, основанный на эффекте Холла...

Методы измерения наведенного напряжения в сетях 0,38/10 кВ...

Оно проявляется в появлении на отключенной ВЛ продольной электродвижущей силы (ЭДС) от переменного магнитного поля действующей ВЛ. Наличие поперечно емкостных и активных

где: Uнавед.изм. — измеренное напряжение, В; — наибольший рабочий ток влияющей ВЛ, А

Похожие статьи

Трансформатор тока в магнитном поле | Статья в журнале...

Трансформатор тока в магнитном поле. Авторы : Пасынков Юрий Алексеевич , Савиных Максим Александрович.

Первичный ток, подаваемый на трансформатор, в эксперименте задавался с измерительного генератора УППУ-МЭ 3.1 [3]. Величина заданного тока в данном...

Сравнительный анализ современных датчиков тока

Ключевые слова: сила тока, датчик Холла, оптоволоконные датчики тока, трансформатор тока, резистивный датчик тока.

Современные датчики тока подразделяются на следующие типы: резистивные датчики (токовые шунты)

К вопросу контролирования тока при работе многокатушечного...

Основные термины (генерируются автоматически): ток, IVD, схема включения, сигнализирующий светодиод, падение напряжения, обратное напряжение, магнитное поле, значение тока, значение силы тока, шунтирующий диод.

Трансформатор тока в магнитном поле.

Дифференциальный датчик магнитного поля на основе...

Их основными достоинствами является высокая чувствительность при комнатной температуре, линейность по отношению к амплитуде измеряемого поля, а также отсутствие источника тока, необходимого, например, для работы датчиков Холла.

Оценка уровня магнитного поля трансформатора

где Hr- радиальная составляющая напряженности внешнего магнитного поля трансформатора; Io - ток холостого хода трансформатора

Дифференциальный датчик магнитного поля на основе магнитострикционно-пьезоэлектрической структуры.

Применение датчиков положения ротора для создание...

Распределение тока в фазах электродвигателя должны осуществляться в согласованных с

Датчики Холла, компараторы, резисторы устанавливаются непосредственно на корпус датчика положения ротора.

1. Магнитное поле, образованное силовым магнитом и магнитное поле...

Разработка архитектуры стенда для проведения диагностики...

Для измерения токов меньше 1 А был выбран метод резистивного шунта, так как он позволяет получить высокую точность измерения при малых токах. Для измерения токов от 1 А до 8 А был используется датчик, основанный на эффекте Холла...

Методы измерения наведенного напряжения в сетях 0,38/10 кВ...

Оно проявляется в появлении на отключенной ВЛ продольной электродвижущей силы (ЭДС) от переменного магнитного поля действующей ВЛ. Наличие поперечно емкостных и активных

где: Uнавед.изм. — измеренное напряжение, В; — наибольший рабочий ток влияющей ВЛ, А

Задать вопрос