script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Простая схема для измерения тока

Как измерить ток в цепи с любой точностью

как измерить ток с любой точностью

В ряде случаев возникает необходимость в измерении тока. Например, при контроле тока отдаваемого источником питания в нагрузку или при измерениях. Конечно можно воспользоваться мультиметром, однако его точность не так велика. Рассмотрим, как измерить ток в любой цепи..

  1. Как измерить ток
  2. Резистор не должен ограничивать ток в цепи
  3. Выделяемая на резисторе мощность
  4. Точность снятие напряжения
  5. Высокоточные измерения
  6. Заключение

Как измерить ток

Измерить напрямую величину тока невозможно. Для измерения величины протекающего тока, в разрыв цепи устанавливается низкоомный резистор, на котором измеряется падение напряжения.

Аналогичным образом работает и обычный стрелочный амперметр, показанный в обложке статьи. Он представляет из себя вольтметр, шунтированный низкоомной проволочкой. Но сегодня стрелочные приборы уже не так актуальны.

Рассмотрим как измерить ток источника питания через нагрузку. Однако таким же образом можно мерить ток в любой цепи, в которую вы засунете резистор.

Обычно резистор для измерения тока устанавливается в разрыв между нагрузкой и землей. Падение напряжения снимается на выводах этого резистора, т.е. между точками A и B :

как измерить ток с любой точностью

Зная сопротивление резистора и величину падения напряжения на нем, по закону дедушки Ома не составит труда посчитать ток в цепи:

закона Ома

Из закона Ома следует, что при токе величиной в 1 Ампер на резисторе, сопротивлением в 1 Ом будет падать 1 Вольт.

В качестве резистора можно использовать и отрезок проволоки из метала с высоким удельным сопротивлением. Например из константана. Добыть такую проволоку можно из проволочного переменного резистора.

На деле лучше использовать резисторы с сопротивлением меньше 1 Ома. При выборе конкретной величины сопротивления резистора следует учитывать несколько важных моментов, которые мы сейчас и рассмотрим.

Резистор не должен ограничивать ток в цепи

Допустим у нас имеется источник постоянного напряжения в 4 вольта, который может давать ток до 1 Ампера. В таком случае можно использовать резистор в 1 Ом.

Найти максимальный ток через резистор можно из того же закона Ома:

I = 4В / 1Ом = 4 A.

Максимальный ток источника ограничивается 1 Ампером, соответственно ограничение в 4 Ампера его в принципе не касается. Однако лучше взять резистор меньшего номинала. Почему? Вникаем дальше.

Выделяемая на резисторе мощность

Чем больше величина резистора, тем проще и точнее можно измерить падающее на нем напряжение, а следовательно и ток. Но обязательно стоит учитывать мощность, которая будет выделяться на резисторе в виде тепла. Мощность (P) находится из соотношения:

P = R*I2

Для примера, если предполагается измерять токи, величиной около 10 Ампер, то на резисторе сопротивлением всего 0.1 Ом будет может выделяться около 10 Ватт тепловой энергии.

Учитывая хотя бы двухкратный запас по мощности, для нормальной работы потребуется резистор мощностью в 20Ватт, а еще лучше на 50 Ватт. Проволочный резистор такой мощности выглядит например так:

резистор на 50 ватт

Использовать кипятильник таких размеров, крайне нерезонно по двум причинам:

  • Резистор будет сильно греться, а изменение температуры вызовет изменение сопротивления.
  • Такой резистор создаст приличную дополнительную нагрузку для источника в те самые 10 ватт.

Логичнее использовать резистор сопротивлением 0.01 Ом и мощностью в 2 или 3 ватта. А еще лучше использовать маломощный прецизионный резистор сопротивлением 0.001 Ом.

Точность снятие напряжения

Использование резистора со столь малым сопротивлением вызывает некоторые трудности с измерениями. Величина падения напряжения на нем может лежать не намного выше уровня шумов.

По этой причине снимать падение напряжения необходимо не относительно земли, а непосредственно между выводами резистора (точки A и B ), как это было показано выше. Иначе сопротивление соединений и наводки на них могут дать ошибку измерений более 10%.

Наилучшим решением для снятия разности напряжений между двумя точками является дифференциальный усилитель. Он обладает симметричным входом, благодаря чему хорошо подавляет синфазные помехи.

как измерить ток с любой точностью

Так же усилитель имеет огромное входное сопротивление, исключающее шунтирование измерительного резистора. При этом усилитель обладает низким выходным сопротивлением и к нему можно смело подключать любой вольтметр для зрительного контроля. Подробному рассмотрению схемы дифференциального усилителя посвящена отдельная статья.

Применительно к нашему случаю общая схема для измерения тока выглядит следующим образом:

как измерить ток с любой точностью

Коэффициент усиления следует подбирать исходя из собственных нужд. Например, если необходимо измерять токи до 10 Ампер используя резистор 0.01 Ом, то максимальное падение напряжения на нем составит не более 0.1 вольта.

Установив коэффициент усиления равным 100, мы получим, что каждый вольт на выходе усилителя равен 1 амперу в измеряемой цепи.

Высокоточные измерения

Если вам требуется высокая точность измерений, то в описанной схеме необходимо применять прецизионные детали. В частности резисторы точностью не хуже 1% и операционный усилитель на подобии AD8066, AD8116, OPA2132 и тд. Но можно ограничиться и применением NE5532

Еще бОльшую точность при измерении тока даст применение инструментального усилителя:

как измерить ток с любой точностью

Он является более совершенной версией описанного дифференциального усилителя. Это особенно актуально в случае использовании измерительного резистора сопротивлением 0.001 Ом.

Заключение

Рассмотренный способ измерения тока является классическим и применяется повсеместно. Таким образом можно производить измерение тока практически в любой цепи и с любой точностью. В одной из следующих статей будет показано, как измерить ток если он переменный.

Не стесняйтесь делиться своим мнением в комментариях 🙂

AliExpress RU&CIS

Привет! В этом окошке авторы блогов любят мериться крутостью биографий. Мне же будет гораздо приятнее услышать критику статей и блога в комментариях. Обычный человек, который любит музыку, копание в железе, электронике и софте, особенно когда эти вещи пересекаются и составляют целое, отсюда и название — АудиоГик. Материалы этого сайта — личный опыт, который, надеюсь, пригодится и Вам. Приятно, что прочитали 🙂

Источник

Простейшие электрические измерения

Начался новый учебный год. Распахиваются двери радиотехнических кабинетов и кружков школ, внешкольных учреждений, профессионально-технических училищ, техникумов, радиоклубов ДОСААФ. За учебный год в радиолюбительство вольется огромная армия энтузиастов этого массового научно-технического движения.
Радиолюбительское конструирование начинается обычно с постройки простого приемника или усилителя низкой частоты. На этом начальном этапе часто можно обойтись без измерительных приборов — если детали исправны, устройство работать будет, хотя, возможно, не с полной отдачей. После этого радиолюбителя влечет конструкция посложнее, а потом еще сложнее. Иначе в радиолюбительстве быть не может. Можно ли теперь обойтись без приборов? Чтобы качество работы этих конструкций отвечало предъявляемым к ним требованиям — нельзя! Да, без них трудно, а иногда просто невозможно хорошо наладить и сознательно подойти к оценке достоинства и недостатков сконструированного радиоаппарата. Как и чем измерять режимы работы транзисторов, радиоламп? Как проверить параметры транзистора? Как измерить сопротивление резистора, емкость конденсатора, индуктивность контурной катушки? Какие нужны приборы при налаживании усилителя низкой частоты, высокочастотного тракта приемника, дешифратора приемной аппаратуры радиоуправляемой модели? Чтобы ответить на эти и некоторые другие вопросы, с которыми радиолюбители часто обращаются в редакцию, в течение учебного года в нашем журнале под рубрикой «Лаборатория радиолюбителя» будут публиковаться статьи, рассказывающие о принципах и практике электрических измерений в радиоаппаратуре, а также описание комплекта самодельных измерительных приборов. В комплект приборов, разработанных редакционной лабораторией, войдут: авометр, измеритель LCR, испытатель транзисторов, транзисторные вольтметр постоянного и милливольтметр переменного напряжений, генераторы колебаний низкой и высокой частот, а также блок выпрямителей для питания приборов лаборатории и налаживаемых транзисторных конструкций.
Публикуемая здесь статья инженера А. Г. Соболевского— первая из этого цикла статей.

Налаживая радиоприемник, усилитель или другое радиотехническое устройство, приходится сталкиваться с необходимостью измерений токов в электрических цепях, напряжений, сопротивлений. Но это не значит, что в лаборатории радиолюбителя должны быть три самостоятельных прибора: амперметр, а точнее — миллиамперметр, вольтметр и омметр. Для всех этих измерений достаточно иметь один электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы.

Прибор магнитоэлектрической системы

Об устройстве и работе прибора такой системы достаточно подробно рассказывалось в журнале «Радио» ╧ 1 за 1969 год. Сейчас же мы лишь напомним, что его измерительный механизм представляет собой рамку из медного изолированного провода, помещенную между полюсами постоянного магнита. Когда через рамку течет постоянный ток, она поворачивается вокруг своей оси на тем больший угол, чем больше текущий через нее ток. Величину тока определяют по шкале прибора. При измерении напряжения измерительный механизм прибора подключают параллельно той цепи, где надо измерить напряжение. И в этом случае через рамку механизма течет ток, который будет тем больше, чем больше разность потенциалов в этой цепи, а по нему судят об измеряемом напряжении. При измерении сопротивления цепи или резистора измерительный механизм прибора включают последовательно с этим сопротивлением и батареей, и опять таки измеряют ток, который будет тем меньше, чем больше сопротивление. Таким образом с помощью прибора этой системы можно измерять токи (I) напряжения (U) и сопротивления (R).

Главное достоинство магнитоэлектрического измерительного прибора по сравнению с приборами других систем — равномерная шкала при измерении постоянных токов и сравнительно малый ток, при котором, стрелка измерительного механизма отклоняется до последнего деления шкалы. Наиболее распространены приборы с током полного отклонения стрелки 1000, 500, 200, 150 и 100 мка. Чем меньше этот ток, тем точнее будут результаты измерений. Почему? Об этом будет рассказано позже.

Желательно, чтобы максимальный ток микроамперметра, используемого для самодельного измерительного прибора, был не более 500 мка, а его шкала возможно большой — с прибором, имеющим такую шкалу, удобнее работать, выше точность измерений, на ней больше места для нанесения дополнительных шкал. Малый ток полного отклонения стрелки и большую шкалу имеют, например, приборы типов М24, М265, М900 и некоторые другие.

Читайте также:  При поражении человека ток опаснее или напряжение

Надо иметь в виду, что рабочее положение прибора (горизонтальное или вертикальное) должно быть таким, которое символически обозначено на его шкале, иначе возрастут погрешности измерений.

Измерение токов

Для измерения тока прибор включают в электрическую цепь последовательно (рис. 1), то есть в разрыв цепи, чтобы через прибор шел весь измеряемый ток. Измеряемый ток должен быть не больше тока полного отклонения стрелки измерительного прибора. В противном случае стрелка прибора будет «зашкаливать» и измерения станут невозможными и даже опасными — измерительный механизм прибора может выйти из строя.

Чтобы с помощью того же прибора можно было измерить больший ток, чем тот, на который он рассчитан, параллельно его измерительному механизму включают резистор Rш (рис. 2). В этом случае измеряемый ток идет не только через микроамперметр mA, но и через резистор Rш, называемый в данном случае шунтом. Ток через измерительный прибор при этом уменьшается и стрелка прибора отклоняется на меньший угол. Таким способом измеряют токи, превышающие ток полного отклонения стрелки прибора.

Чем меньше сопротивление шунта, тем меньше показания прибора mA, так как все большая часть измеряемого тока цепи ответвляется и идет через шунт. Подключая к прибору разные шунты, мы сможем измерять токи по крайней мере до нескольких ампер. Возможная схема такого многопредельного измерительного прибора показана на рис. 3. Предел измерений устанавливают переключателем П.

Такой прибор, однако, имеет одну неприятную особенность: переключение пределов измерений нельзя производить под током, так как в момент, когда ползунок переключателя отойдет от одного контакта, но еще не коснется другого, соседнего, весь измеряемый ток пройдет через микроамперметр и может испортить его. Чтобы этого не случилось, в прибор введена кнопка Кн, с помощью которой микроамперметр во время измерений подключают к шунтам. Когда кнопка не нажата, микроамперметр отключен.

Еще один вариант измерителя токов показан на рис. 4. Здесь применен так называемый универсальный шунт, постоянно подключенный к микроамперметру. Но в этом случае отпадает возможность непосредственного включения микроамперметра mA в измеряемую цепь.

Расчет шунта

Исходными при расчете сопротивлений шунтов служат ток полного отклонения Iи и сопротивление рамки Rи микроамперметра, что обычно указывается на его шкале. Если эти параметры прибора неизвестны, измерить их можно по схеме, показанной на рис. 5. Чтобы измерить ток полного отклонения стрелки, соединяют последовательно образцовый (эталонный) микроамперметр mА (или миллиамперметр), измеряемый прибор ИП, источник питания напряжением 1,5 — 4,5 в, резистор R1, ограничивающий ток в цепи, и переменный резистор R2 для регулирования тока в измерительной цепи.

Сопротивление резистора R1 подбирают так, чтобы при полностью введенном резисторе R2 стрелка измерительного прибора ИП отклонилась почти на всю шкалу. Затем резистором R2 стрелку измеряемого прибора ИП устанавливают точно на последнее деление шкалы и по образцовому прибору узнают его ток полного отклонения Iи.

Для измерения сопротивления Rи параллельно прибору ИП включают переменный резистор R0 и, подбирая его сопротивление, добиваются, чтобы ток через измеряемый прибор уменьшился точно в два раза по сравнению с образцовым прибором mА. В этот момент Rи=R0. Остается измерить омметром сопротивление резистора R0 и тем самым определить сопротивление Rи.

Может возникнуть вопрос: а нельзя ли измерить сопротивление Rи непосредственно омметром? Нельзя, так как ток омметра в большинстве случаев будет значительно превышать максимально допустимый ток прибора.

Итак, параметры Iи и Rи известны. Теперь надо выбрать значения пределов Iп измерений и рассчитать шунты будущего прибора. Если прибор делают по схеме на рис. 3, то расчет сопротивления шунта каждого предела измерений производят по формуле:

Величины, подставляемые в формулы, должны быть в основных единицах — вольтах, амперах и омах.

Расчет универсального шунта (рис. 4) ведут иначе. Допустим, что выбраны пределы измерений 150 мка, 1,5 ма, 15 ма, 150 ма и 1,5 а. Ток полного отклонения стрелки прибора 100 мка, сопротивление рамки прибора 1000 ом. Рассуждаем следующим образом. На первом пределе измерения (150 мка) весь шунт подключен параллельно прибору, следовательно его сопротивление должно быть:

Теперь можно рассчитать отдельные составляющие шунта:

О том, как изготовить шунты, будет рассказано позже. Сейчас же лишь отметим, что готовые шунты дополнительно подгоняют, ибо ошибка в доли ома при расчете и изготовлении приводит к значительной погрешности будущего прибора. Ток предела контролируют по образцовому прибору. Начинать подгонку следует с шунта, имеющего наибольшее сопротивление (наименьший предел измерений).

Измерение постоянных напряжений

При измерении напряжения на резисторе или каком-либо участке цепи вольтметр подключают параллельно этому резистору или участку цепи.

Но если микроамперметр на ток Iи=100 мка, сопротивление рамки которого Rи=1000 ом, подключить непосредственно к выходу выпрямителя, прибор мгновенно сгорит. В самом деле, напряжение, при котором стрелка прибора отклонится на всю шкалу, должно быть всего Uи=IиRи= 0,0001 • 1000=0,1 в, а выходное напряжение выпрямителя обычно не менее нескольких вольт. Поэтому прибор надо подключать к измеряемой цепи только последовательно с резистором, именуемым добавочным, гасящим избыточное напряжение. Подключая разные добавочные резисторы, получим вольтметр с несколькими пределами измерений (рис. 6).

В случае включения добавочных резисторов по схеме на рис. 6,а. В этом случае сопротивления добавочных резисторов рассчитывают по формуле:

где Uп — номинальное напряжение данного предела измерения.

Для вольтметра по схеме на рис. 6,б добавочные резисторы рассчитывают по формулам:

где Rдк и Uпк — соответственно сопротивление добавочного резистора ма к-пределе и номинальное напряжение к-предела; Uпк-1— номинальное напряжение предыдущего предела измерении.

А если ток переменный?

Чтобы тот же микроамперметр использовать для измерения переменных токов и напряжений, их предварительно надо выпрямить. Выпрямление производят при помощи полупроводниковых диодов. На рис. 7, а показана схема однонолупериодного выпрямителя. Выпрямителем является диод Д1, который пропускает через прибор прямую волну измеряемого тока. Обратная полуволна, для которой диод Д1 закрыт, проходит через диод Д2; последовательно с ним часто включают резистор R сопротивлением, равным сопротивлению микроамперметра.

Недостаток прибора с одпополупериодным выпрямителем — низкая чувствительность, так как среднее значение выпрямленного тока не может быть больше половины амплитуды измеряемого тока. Преимущество же такого прибора — более линейная шкала по сравнению со шкалами приборов, выпрямители которых построены по двухполупериодным схемам, например, по мостовым (рис. 7,б).

В остальном схемы миллиамперметра и вольтметра переменного тока аналогичны схемам таких же приборов для измерения постоянных токов и напряжений. Шунты и добавочные резисторы в таких приборах включают до выпрямителя (рис. 8). Но градуировка приборов для измерений переменных токов и напряжений, к сожалению, не совпадет с градуировкой шкал приборов постоянного тока. Объясняется это тем, что характеристики полупроводниковых выпрямителей нелинейны, особенно при малых напряжениях. Поэтому ток через магнитоэлектрический прибор не прямопропорционален измеряемым переменным токам и напряжениям.

Надо заметить, что показания измерительных приборов выпрямительной системы, о которых мы только что сказали, зависят от частоты измеряемых токов. Низкочастотная граница этих приборов может быть 10—20 гц. При токах более низкой частоты стрелка магнитоэлектрического прибора заметно колеблется, так как через него течет пульсирующий ток и в промежутках между импульсами стрелка под действием возвратных пружин стремится вернуться в пулевое положение. При измерении токов высокой частоты возникает шунтирование р-п-р переходов полупроводниковых диодов емкостями этих переходов, в результате чего величина выпрямленного тока уменьшается. Показания прибора при этом также уменьшаются. Этот процесс действует при измерении токов всех частот, и если говорить строго, то градуировка шкалы будет соответствовать только току той частоты, на которой она была произведена, но погрешности на низких частотах столь незначительны, что ими можно пренебречь, по крайней мере до частот 20—30 кгц.

Чтобы несовпадение шкал постоянного и переменного токов было незначительным, выпрямительный мост видоизменяют так, как показано на рис. 8, то есть диоды Д3 и Д4 (см. рис. 7,б) заменяют резисторами R1, и R2 сопротивлением в несколько килоом. Это, конечно, снижает чувствительность прибора.

Сопротивление добавочных резисторов и шунтов для измерения переменных токов несколько отличается от подобных резисторов прибора для измерения постоянного тока. Объясняется это тем, что при измерении переменного тока параллельно магнитоэлектрическому прибору включены шунтирующие его диоды. Поэтому расчет добавочных резисторов и шунтов для измерений переменного тока надо вести не на ток Iи, а на значение Iви, зависящее от схемы выпрямителя, параметров диодов и др. В любительских условиях все это определить трудно, поэтому лучше подобрать сопротивление добавочных резисторов и шунтов опытным путем.

Омметр

В соответствии с законом Ома . Следовательно, если напряжение в измеряемой цепи поддерживать неизменным, то ток в ней будет определяться сопротивлением Rх, поэтому шкалу прибора можно проградуировать непосредственно в омах.

Схема простейшего омметра приведена на рис. 9. Она напоминает схему вольтметра. Сопротивление добавочного резистора Rд +R0 выбрано таким, чтобы при Rх=0 (зажимы Rх замкнуты накоротко) стрелка прибора отклонялась на всю шкалу. Резистором R0 компенсируют уменьшение напряжения разряжающейся батареи, которым стрелку прибора устанавливают точно на последнее деление шкалы, то есть на «нуль» шкалы омметра (при замкнутых накоротко зажимах Rх).

Читайте также:  Зависимость тока от частоты в последовательном контуре

Если к зажимам Rх присоединить измеряемое сопротивление, то отклонение стрелки прибора, естественно, уменьшится, так как общее сопротивление, включенное в цепь магнитоэлектрического прибора, увеличится. Чем больше Rх, тем меньше отклонение стрелки. Наконец, при очень большом Rх стрелка вообще не отклонится (точнее — незначительно отклонится), указывая бесконечно большое сопротивление (∞). Таким образом, шкала омметра обратная: нуль справа, а оо слева; кроме того, она нелинейная — по мере приближения к оо градуировка шкалы сжимается.

Шкалу омметра можно отградуировать расчетным путем. В самом деле, при Rх=0 через магнитоэлектрический прибор протекает ток Iи = U0/Roм где Rом=Rи+Rд+Rо. Как только к входным зажимам омметра будет подключено измеряемое сопротивление Rх, ток через прибор уменьшится:

При бесконечно большом Rх, то есть при разрыве цепи, ток Ix=0. Понятие «бесконечно большое» Rх имеет относительный смысл и зависит от величины сопротивления Rд, то есть от предела, на котором происходит измерение; можно считать, что если Rх больше Rд в десять раз, то ток Iи уже равен нулю. Отношение токов Iи и Iх равно отношению сопротивлений Rом и Rом+Rх:

Производя вычисления, вы убедитесь, что при Rх=Rом ток Iх=0.5Iи, стрелка прибора при этом устанавливается в середине шкалы.

Цену промежуточных делений шкалы омметра вычисляют следующим образом. Задаются значением Rх и определяют для него отношение токов Iх/Iи по приведенной выше формуле. Затем это отношение токов умножают на общее число делений шкалы микроамнерметра, которую принимают за эталон, и тем самым определяют то деление, против которого надо поставить заданное значение Rх. Например, зададимся Rx = 2R0М, тогда Iх/Iи=0,333. Если шкала прибора имеет 100 делений, то против отметки 0,333 X 100=33,3 надо нанести отметку 2 шкалы сопротивлений. Значение отметки 2, в омах, зависит от значения Rом, то есть от сопротивления добавочного резистора Rд. Например, если Rом=100 ом. то точка 33,3 шкалы будет соответствовать значению Rом = 200 ом, если Rом=1000 ом, то Rх=2000 ом и т. д.

Итак, выбрав Rом и U0. можно построить омметр для измерения Rх в пределах от 0,3—0,1 Rом до 3— 10 Rом. Чтобы изменить пределы измерений, нужно соответственно выбрать другие значения Rом и U0. При этом поступают также, как и при конструировании многопредельного вольтметра: включают добавочные резисторы Rд, каждый из которых в 10 раз больше предыдущего. Градуировка шкалы сопротивлений сохраняется неизменной, только ее показания надо будет увеличивать в 10 или в 100 раз. При этом, разумеется, надо будет увеличивать и напряжение U0.

  1. Ю, И. Грибанов. Измерения и приборы в радиолюбительской практике. МРБ, вып. 697, «Энергия», 1969.
  2. А. М. Меерсон. Радиоизмерительная техника. МРБ, вып. 620, «Энергия», 1967.
  3. Б. А. Ломанович. Домашняя радиолаборатория. Библиотека «Телевизионный и радиоприем. Звукозапись», вып. 51, «Связь», 1970.
  4. Ф. В. Кушнер, Радиоизмерения. «Связь», 1967.
  5. Б. А. Таранюк. Переносные многопредельные комбинированные приборы. Библиотека «Электроизмерительные приборы», вып. 14. «Энергия», 1970. В. В. Труш, А. Гороховекий. Азбука ремонта радиоприемников. «Связь», 1969.

Источник



Простая схема для измерения тока

Измерение больших токов

Автор: maksipus, maksipus@yandex.ru
Опубликовано 07.09.2015
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2015!»

Измерить ток? Что может быть проще!

Но есть случаи, когда эти измерения простым тестером или осциллографом не провести. Например, измерение больших токов, да еще и гальванически связанных с сетью. Под «измерением» я подразумеваю вывод на экран осциллографа. В другом случае, визуализация стартерного тока автомобиля покажет вам состояние поршневой группы двигателя без выкручивания свечей (на многих моделях это уже проблема). Увидев ток бензонасоса или форсунок автомобиля, Вам лапшу на уши автомастер не навесит. При изготовлении ИБП, мощных 50Гц трансформаторов с ШИМ управлением желательно, а если конструкция не клон, а новодел, то в обязательном порядке надо видеть, что происходит на высокой стороне. При проектировании сварочных инверторов нужен рабочий сварочный ток и не на шунте, а в реалии. Иначе может получиться конструкция, которая работает только у автора, а повторяющий страстно мечтает плюнуть в фейс автору. Можно привести еще массу случаев, когда надо бы измерить ток, но сдерживает или отсутствие приборов или ТБ при измерении.

Цель этой статьи поделится практическим опытом измерения (визуализации) больших токов с гальванической развязкой от измерительных приборов. Именно практическим. То что проверено и используется.

1. Датчик тока на микросхеме ACS712

Прекраснейшая микросхема фирмы Allegro. Как называет её фирма «Линейный токовый датчи на эффекте Холла с ультра низким проходным сопротивлением» Существует 3 клона, на 5А, 20А и 30Ампер. Изготовляется в 8-лапковом SOIC корпусе, выдерживает при этом 30А ток в долговременном режиме, в импульсе до 100А! Неоднократно пропускал 50А 1-2сек. С полной документацией можно ознакомится на сайте производителя. https://www.allegromicro.com/

Коротко о хорошем:

— Возможность работы от постоянного до 80 кГц тока.

0,0012 Ом проходное сопротивление!

— все внутри (из обвязки: два конденсатора, по питанию и в фильтре.)

— хорошая линейность (1,5%)

— дополнительные очень интересные возможности, которые не приводятся в описании.

-шум. Для ACS712 30А клона это 7мВ или в рабочем пересчете на уровне 0,106А измеряемого тока. Но эта м/с не метрологическая и она не для мини токов. Она заточена для использования с микроконтроллером и нивелировать этот шум программно просто. Увеличение емкости конденсатора фильтра к уменьшению шума не приводит (должно бы, но у меня по непонятной причине не получилось).

Фирма Allegro выпускает широкую номенклатуру датчиков тока, с различными параметрами. Выбрать можно для любой поставленной задачи. От 5А до 200Ампер.

В данной статье пойдет разговор, как сделать ACS712 в применении более удобной для измерений в радио лаборатории. При проведении измерений у неё есть два неудобных параметра:

— коэффициент пересчета тока 66мВ/1А и при отсутствии проходного тока, выходное напряжение равно 1/2 питания. В классическом применении в связке с м/контроллером это правильно и логично. В лаборатории неудобно постоянно тыкать пальцем в калькулятор и совершенно невозможно смотреть переменный ток с небольшой постоянной составляющей. Вход осциллографа не закроеш, а 1/2 постоянки на выходе мешает.

Решение этой проблемы очень простое.

Операционным усилителем смещаем выходное напряжение прибора при отсутствии тока через м/с ACS712 на ноль и усиливаем выходное напряжение до коэффициента масштабирования = 0.1В/1А. Напряжение питания схемы (мах допустимое) выбрал 8В (рекомендованное 5В), и сделал его двуполярным для питания операционного усилителя с помощью м.с. ICL7660. Стало очень удобно и с осциллографом, и с выходом на тестер, в уме умножаем полученное напряжение на 10, получаем измеряемый ток.

У меня получилась вот такая миниатюрная коробочка.

На улицу вывел ручку переменного сопротивления (R7) подстройки ноля, подстроечником R6 подстраиваем масштабирование устройства 1А = 0,1В. Операционный усилитель можно поставить более современный и лучше Rail-to-Rail. Плату приводить нет смысла. Схема очень простая и делается по применяемой металлической коробочке. Именно металлической, м/схема подвержена воздействию внешних магнитных полей.

Но в этом недостатке и есть нестандартные дополнительные возможности. В формате этой статьи не получится рассказать о этих возможностях. Коротко напишу, что это возможность в реальном времени увидеть на экране осциллографа напряженность магнитного поля трансформатора, смотреть петлю Гистерезиса, дистанционно измерять ток. Очень неординарная функция — это измерять напряженность магнитного поля в реальном времени. Мне не встречались любительские приборы (да еще такой элементарной схемотехники) которые позволяют это делать.

2. Токовые клещи. АРРА-30Т.

Отличие от широко распространенных клещей — выход на осциллограф. Очень удобный и надежный инструмент, качество изготовления высокое, но для любительского применения получается относительно дороговато. Пользоваться удобно, измеряет как постоянный так и переменный ток на двух пределах 40А и 300А (смотрел сам 500А, но видимо на таких токах большая нелинейность). Очень хорошо смотреть стартерные токи автомобиля с пишущим осцилоскопом. И втягивающее видно и сам стартер и работу каждого цилиндра. Отсутствие цифрового дисплея не напрягает. В любом случае при измерениях тестер рядом. Можно включить паралельно осциллографу если уже приспичит. Дополнительные коннекторы приложены.

3. Пояс Роговского.

Рисунок из википедии:

Это самый казусный прибор в моей лаборатории. Появился для измерений токов в тысячи ампер. Прикинув, чем можно измерить такие токи остановился на Поясе (кольце) Роговского, так как сделать что то другое проблематично или дорого. Помыкался по инету. Описаний возможностей этого чуда много, готовые изделия в продаже есть. Реальных измерений ноль, не смотря на массу публикаций. Плюнул и за вечер сделал конструкцию.

Кольца из ламина для пола, кусочки канализационных труб диаметром 100мм и 50мм, ВЧ разьем вот и вся механика.

Кусок от фидера неизвестной породы.

На него плотно намотан провод D=0,22mm.

Витки не считал, пересчитал по длинне и плотности намотки. Получилось 1500витков. Терпеть не могу мотать катушки, но этот пояс намотал за 20мин. Начало провода припаял к центральной жиле кабеля. Центральная жила в конце намотки и сам конец провода катушки это два выхода катушки.

Читайте также:  Методика измерение сопротивления обмоток постоянному току трансформаторов

Пояс удобно встал в уплотняющий паз трубы. Длина пояса конечно была определена заранее.

Нагрузил пояс на сопротивление 220ом. Собрал, получил такую конструкцию.

Пропустив через экспериментальный проводник синусоидальный ток силой 400Ампер, замерил выходное напряжение поделки, одновременно сняты показания с клещей АРРА-30. Получилось, что ток силой 1000А создает в поясе Роговского ЭДС равную 0.22вольт. У Кита Сукера в книге «Силовая электроника» есть имперический расчет катушки Роговского. Посчитал, получил 0.23вольта. Остался доволен, витки я точно не считал, да и расчет у Кита имперический. Крутит прибор фазу? Ну и Бог с ней, пусть крутит.Поиметь за вечер такой нужный прибор, задаром, очень удачно. Все было хорошо до начала реальных замеров. Подключив мощный 50Гц трансформатор, к автоматике с ШИМ модуляцией тока и увидев на экране ужас электрика, поматерил Википедию, других авторов-теоретиков, себя и понял почему этот прибор так и не получил широкого распространения появившись аж в 1912г.

Все авторы публикаций характеризуют этот прибор (видимо переписывая друг у друга) как трансформатор тока (это меня и ввело в ступор, хотя формула наводимого ЭДС говорит другое). И бубнят о необходимости интегратора на выходе, для восстановления формы тока. Выходное напряжение пояса Роговского зависит не от силы исследуемого тока, а от скорости и вектора его изменения!

Это далеко не трансформатор тока и никаким интегратором реальную форму тока не восстановить. Прибор, конечно, используется, другим прибором я и не могу измерить 1000-5000Ампер в проводнике. Результат я получаю правильный, но только тогда, когда форма тока чистая синусоида, 50Гц и я в этом уверен на 100%. В энергетике он применяется видимо тоже с ограничениями. Мои знакомые энергетики о поясе Роговского ни гу-гу.

Устройство специфическое, с массой ограничений в применении итд. Но при необходимости можно работать, так как изготовление быстрое и ничего не стоит.

Выводы: Измерять большие токи сегодня для радиолюбителя не сложно и дешево. Мой любимый прибор это датчик тока на ACS715. Лет пятнадцаь назад делал автоматику на самодельных трансформаторах тока. Но сегодня во многих конструкциях не рационально их применять. По цене дороже получается, линейность хуже и удлиняется время наладки прибора. С интегральным датчиком, как на калькуляторе посчитал, так в реалии и получил. Хотя конечно трансформаторы тока имеют свою незаменимую нишу в конструкциях.

Скажу коротко, что эксперименты с датчиком тока на ACS715 в корень развенчали миф аудиофилов о насыщении трансформатора рабочим током. Привели к переосмысливанию и к совершенно новому алгоритму управления сварочным током аппарата контактной сварки. Доводится до ума автомат пуска (с системой защиты и рестартов) трехфазного двигателя в однофазной сети. На них сейчас оформляется патент на полезную модель. Итд Итп. И все это в направлении электрики и электроники, которая жевана-пережевана еще в прошлом веке. Появились новые компоненты и то что было невозможно совсем недавно, сегодня уже рутина. Но это будет уже другая история.

Источник

Прибор для измерения силы тока. Как измерить силу тока мультиметром

28 Ноя 2016г | Раздел: Радио для дома

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Ток или силу тока определяют количеством электронов, проходящих через точку или элемент схемы в течение одной секунды. Так, например, через нить накала горящей лампы накаливания карманного фонаря ежесекундно проходит около 2 000 000 000 000 000 000 (два триллиона) электронов. Однако на практике измеряется не количество электронов, а их движение, выраженное в амперах (А).

Ампер – это единица электрического тока, которую так назвали в честь французского физика и математика А. Ампера изучавшего взаимодействие проводников с током. Экспериментально установлено, что при токе в 1А через точку или элемент схемы проходит около 6 250 000 000 000 000 000 электронов.

Помимо ампера применяют и более мелкие единицы силы тока: миллиампер (мA), равный 0,001 А, и микроампер (мкA), равный 0,000001 А или 0,001 мА. Следовательно: 1 А = 1000 мА = 1 000 000 мкА.

1. Прибор для измерения силы тока.

Как и напряжение, ток бывает постоянный и переменный. Приборы, служащие для измерения тока, называют амперметрами, миллиамперметрами и микроамперметрами. Так же, как и вольтметры, амперметры бывают стрелочными и цифровыми.

Приборы для измерения тока

На электрических схемах приборы обозначаются кружком и буквой внутри: А (амперметр), мА (миллиамперметр) и мкА (микроамперметр). Рядом с условным обозначением амперметра указывается его буквенное обозначение «» и порядковый номер в схеме. Например. Если амперметров в схеме будет два, то около первого пишут «PА1», а около второго «PА2».

Обозначение амперметров на электрических схемах

Для измерения тока амперметр включается непосредственно в цепь последовательно с нагрузкой, то есть в разрыв цепи питания нагрузки. Таким образом, на время измерения амперметр становится как бы еще одним элементом электрической цепи, через который протекает ток, но при этом в схему амперметр никаких изменений не вносит. На рисунке ниже изображена схема включения миллиамперметра в цепь питания лампы накаливания.

Включение амперметра в электрическую цепь

Также надо помнить, что амперметры выпускаются на разные диапазоны (шкалы), и если при измерении использовать прибор с меньшим диапазоном по отношению к измеряемой величине, то прибор можно повредить. Например. Диапазон измерения миллиамперметра составляет 0…300 мА, значит, силу тока измеряют только в этих пределах, так как при измерении тока свыше 300 мА прибор выйдет из строя.

2. Измерение силы тока мультиметром.

Измерение силы тока мультиметром практически ни чем не отличается от измерения обыкновенным амперметром или миллиамперметром. Разница состоит лишь в том, что у обычного прибора всего один диапазон измерения, рассчитанный на определенную максимальную величину тока, тогда как у мультиметра диапазонов несколько, и перед измерением приходится определять каким из диапазон пользоваться в данный момент.

Головка миллиамперметра

Пределы измерения тока в мультиметре

Обычные мультиметры, не профессиональные, рассчитаны на измерение постоянного тока и имеют четыре поддиапазона, что на бытовом уровне вполне достаточно. У каждого поддиапазона есть свой максимальный предел измерения, который обозначен цифровым значением: 2m, 20m, 200m, 10А. Например. На пределе «20m» можно измерять постоянный ток в диапазоне 0…20 мА.

Для примера измерим ток, потребляемый обычным светодиодом. Для этого соберем схему, состоящую из источника напряжения (пальчиковой батарейки) GB1 и светодиода VD1, а в разрыв цепи включим мультиметр РА1. Но перед включением мультиметра в схему подготовим его к проведению измерений.

Схема включения мультиметра в цепь светодиода

Измерительные щупы вставляем в гнезда мультиметра, как показано на рисунке:

красный щуп называют плюсовым, и вставляется он в гнездо, напротив которого изображены значки измеряемых параметров: «VΩmA»;
черный щуп является минусовым или общим и вставляется он в гнездо, напротив которого написано «СОМ». Относительно этого щупа производятся все измерения.

Гнезда и щупы мультиметра

В секторе измерения постоянного тока выбираем предел «2m», диапазон измерения которого составляет 0…2 мА. Подключаем щупы мультиметра согласно схеме и затем подаем питание. Светодиод загорелся, и его потребление тока составило 1,74 мА. Вот, в принципе, и весь процесс измерения.

Предел измерения тока 2m в мультиметре

Однако этот вариант измерения подходит тогда, когда величина потребления тока известна. На практике же часто возникает ситуация, когда необходимо измерить ток на каком-либо участке цепи, величина которого неизвестна или известна приблизительно. В таком случае измерение начинают с самого высокого предела.

Предположим, что потребление тока светодиодом неизвестно. Тогда переключатель переводим на предел «200m», который соответствует диапазону 0…200 мА, и после этого щупы мультиметра включаем в цепь.

Затем подаем напряжение и смотрим на показания мультиметра. В данном случае показания тока составили «01,8», что означает 1,8 мА. Однако нолик впереди указывает на то, что можно снизиться на предел «20m».

Предел измерения тока в мультиметре

Отключаем питание. Переводим переключатель на предел «20m». Включаем питание и опять производим измерение. Показания составили 1,89 мА.

Предел измерения тока 20m в мультиметре

Часто бывает ситуация, когда при измерении тока или напряжения на индикаторе появляется единица. Единица говорит о том, что выбран низкий предел измерения и он меньше величины измеряемого параметра. В этом случае необходимо перейти на предел выше.

Единица на индикаторе мультиметра

Также может возникнуть момент, когда измеряемый ток выше 200 мА и необходимо перейти на предел измерения «10А». Однако здесь есть нюанс, который надо запомнить. Помимо того, что переключатель переводится на предел «10А», еще также необходимо переставить плюсовой (красный) щуп в крайнее левое гнездо, напротив которого стоит цифро-буквенное значение «10А», указывающее, что это гнездо предназначено для измерения больших токов.

Положение щупов в гнездах мультиметра при измерении тока на пределе 10А

И еще совет. Возьмите за правило: когда закончите все измерения на пределе «10А» сразу же переставляйте плюсовой (красный) щуп на свое штатное место. Этим Вы сбережете себе нервы, щупы и мультиметр.

Ну вот, в принципе и все, что хотел сказать об измерении тока мультиметром. Главное понимать, что при измерении напряжения вольтметр подключается параллельно нагрузке или источнику напряжения, тогда как при измерении силы тока амперметр включается непосредственно в цепь и через него протекает ток, которым питаются элементы схемы.

Ну и в качестве закрепления прочитанного предлагаю посмотреть видеоролик, в котором на примере схем рассказывается об измерениях напряжения и силы тока мультиметром.

Источник