Датчики и микроконтроллеры. Часть 3. Измеряем ток и напряжение

[@vagran]

что под силу широко-распространенным операционным усилителям. В принципе, такой можно сварганить на базе одного биполярного транзистора.

Можно прокомментировать этот момент? Операционник на одном транзисторе? Или имелся ввиду однокаскадный усилитель? (что имеет мало смысла для усиления сигналов в измерительных цепях, как вы обеспечите точность и стабильность коэффициента усиления?).

[@radiolok]

Немного неудачно выразился, спасибо, поправил. Конечно однокаскадник.
В некритичных цепях обратной связи постоянного тока, например, в качестве пороговой защиты, вполне имеет право на жизнь.

[@lnx]

Рисунок 3 — выбор схемы зависит от задач, параметров измерительных приборов (их внутреннего сопротивления) и величин измеряемых токов и напряжений. Нужно учитывать падение напряжения на амперметре и ток, потребляемый вольтметром и, в зависимости от ситуации, вносить корректировку в измерения.

[@radiolok]

Правильно.
Потому что либо мы измеряем напряжение на нагрузке и амперметр измеряет в том числе и ток вольтметра,
либо измеряем ток нагрузки, но вольтметр при этом фиксирует падение напряжения на амперметре.
Поэтому если эти показатели становятся соизмеримы (измеряем малые токи, или малое напряжение), этот вопрос становится очень важен.

[@lnx]

Пример из жизни:
Задача — измерение тока, потребляемого нагрузкой и напряжения на ней, используя один микроконтроллер с коммутируемыми входами АЦП.
При измерении больших напряжений (>300В) и малых токов(<1мА), когда делитель Rxu/Ru начинает влиять на результат, необходима поправка измерений тока на величину, потребляемую делителем.

[@jetman]

А эти устройства у вас к какой категории относятся? lib.chipdip.ru/748/DOC000748719.pdf
На них ещё делают быстро срабатывающие GFCI.

[@Ocelot]

Трансформаторы тока.

[@progchip666]

Low Cost 50/60Hz Current Transformers

Разве эта надпись на рисунке по вашей ссылки оставляет сомнение в типе этих приборов?
Насчёт способности их быстрого срабатывания у меня существуют определённые сомнения, навеянные как информацией из статьи, так и из даташита.

[@progchip666]

Комментарии к рисунку 5.
Создавая делитель напряжения для схем на 230В переменного тока, а тем более до 1000В не следует забывать о том, что такие компоненты как резисторы, имеют максимальное рабочее напряжение, которое в ОБЯЗАТЕЛЬНОМ порядке надо учитывать при проектировании подобного рода схем. Также необходимо помнить про точность и температурный коэффициент нестабильности.

[@radiolok]

Да, я упомянул об этом в видео.
Добавил материал и в статью.

[@progchip666]

Хорошо получилось. +++ Многие как и я могут либо не посмотреть видео, либо просто не обратить на ваши слова внимания. Когда пишете статью со знаком tutorial стоит рассчитывать на минимальную начальную подготовку читателей.

[@alcr]

а некоторые (как я, например) настолько не любят видео в учебных материалах, что не смотрят его, если нет на то явной необходимости.

[@YDR]

Для полноты картины можно было бы упомянуть про расположение шунта в плюсовом проводе или рядом с gnd, схему «Current monitor» из даташита на LM324 от NS, измерение отрицательных/переменных напряжений (смещение нуля).
Отдельно можно рассказать о мощности, ее активной и реактивной составляющих и коэффициенте мощности.

[@YDR]

еще интересно измеряют ток в 2х фазах 3х-фазного двигателя

[@progchip666]

cему «Current monitor» из даташита на LM324

Никому бы не советовал использовать эти микросхемы для измерительных целей, в которых требуется хоть какая нибудь точность, особенно в случае использования в сравнительно широком температурном диапазоне. Экстремально низкая цена на эти «камни» не компенсирует тех проблем, которые вы потом поимеете с полученным устройством.
Впрочем, в подобного рода корпусах с такой же распиновкой можно найти гораздо более приличные операционники…

[@YDR]

да, LM324 просто для примера. Изначально искал в OP07, но там нет… Хотел вытащить схему в виде картинки, без конкретизации операционника, но сделал так. Если касаться операционников, то тогда упомянуть, что какие-то R2R, какие-то работают вблизи V-, какие-то — вблизи V+…

[@radiolok]

Про активную и реактивную мощность я расскажу в следующей статье про счетчик электроэнергии. Там очень много информации и я решил вынести ее в отдельный блок. Там же упомяну и способы измерения трехфазных цепей.

[@progchip666]

Извиняюсь за занудство, но как человек, которому приходилось проектировать счётчики электроэнергии, не могу не вставить свои пару слов по поводу структурной схемы, изображённой на рисунке 9.

Рисунок 9: Структурная схема электронного изолированного датчика

Всё совершенно верно, но слишком упрощено. Есть два нюанса, которые сильно усугубляют проблему.

Передать аналоговый сигнал с точностью даже один процент по гальваноразвязанному интерфейсу крайне трудно, поэтому часто в этом случае приходится перегонять его в цифру и в таком виде уже перегонять.
К сожалению на усилитель, изображённый на схеме надо ещё и питание подать. Разумеется от гальваноразвязанного источника.

В результате, подобное решение для реальной жизни оказывается не только дорогим, но ещё и весьма сложным и его функциональная схема выглядит чуть по другому.
Не хочу, чтобы мои комментарии воспринимались как нападки, на самом деле статья мне понравилась, в ней много интересной информации. Но я считаю, что если подобного рода комментарии от экспертов автор учитывает в своей статье, то она становится только лучше.
Кстати, сам очень часто делаю существенные дополнения в своих статьях, используя материал почерпнутый из комментариев.

[@progchip666]

В общем то вы всё достаточно полно описали в тексте, но уж слишком упрощенную схему привели.

[@radiolok]

Вернул на место схему из статьи-источника и немного улучшил текст.

но как человек, которому приходилось проектировать счётчики электроэнергии,

В таком случае жду Вас в комментаторы на статье про счетчики :)

Обоснованные критические замечания бывают очень полезны, так что чем больше вы занудствуете в комментариях, тем точнее и полезнее будет материал статьи.

[@progchip666]

Спасибо, далеко не все так терпимо относятся к замечаниям.
Надеюсь дойдёте в своих статьях и до счётчиков. А там может и какое сотрудничество получится наладить…

[@progchip666]

Обязательно сделаю отдельный материал с датчиками ускорения, угловых скоростей, компасом и примерами

Интересно будет почитать. Надеюсь цифровые гироскопы тоже попадут в этот список, если конечно они уже не существуют в нём под именем «датчиков угловых скоростей».
Устройство и принципы работы этих датчиков вообще крайне интересная тема!

[@radiolok]

Попадет все — от суровых советских гироскопов и ДУС-ов с питанием от умформеров, до современных мемс и лазерных датчиков. Но по результатам данного цикла не могу сказать во сколько статей это уместится.

[@progchip666]

Супер, сам жду с нетерпением. Немного разбирался в современных принципах построения, а вот что касается суровых советских тут у меня абсолютный пробел, а узнать как выходили их положения наши предки всегда интересно, а часто даже ещё и очень поучительно.

[@gleb_l]

Про шунты — я бы уточнил, что стандартные 75 милливольт на том токе, который на нем написан. И еще — вторая пара винтов на нем — не для уменьшения потерь, а для увеличения точности измерения — чтобы конструктивно разнести пути основного и измерительного тока. Иначе, показания будут зависеть, например, от порядка размещения клемм под болтами.

Насчет трансформаторов тока — они приемлемо передают первый десяток гармоник основной частоты 50Гц — а значит, расстрела нет, покуда сердечник а) не насыщается и б) потери от перемагничивания остаются в разумных пределах. Рискну предположить, что трансформаторное железо работает на частотах вплоть до верхних звуковых (вспомним выходные трансформаторы ламповых усилителей), и соответственно, ТТ со слоеным сердечником должен быть способен измерять как 50 промышленных Герц, так и 400 Гц военных установок

[@progchip666]

Ценные замечания, но вот по поводу

Рискну предположить, что трансформаторное железо работает на частотах вплоть до верхних звуковых (вспомним выходные трансформаторы ламповых усилителей), и соответственно, ТТ со слоеным сердечником должен быть способен измерять как 50, промышленных Герц, так и 400 Гц военных установок

Наверно способен, но вопрос с какой точностью. Боюсь что потери точности в столь широком диапазоне неизбежны, особенно если учесть, что подобные приборы как правило «затачиваются» под частоту 50-60 Гц.

[@radiolok]

Спасибо, уточнил. По поводу ТН и ТТ все дело в том. что большинство промышленных ТТ и ТН на 50Гц собраны из достаточно толстой стали и частотные характеристики у них очень плохи.
Трансформаторы ламповых приемников, трансформаторы радиоточек набраны из тонких листов, поэтому приемлемо работают на частотах до 10 кГц и немного выше.

[@progchip666]

Ещё одно совсем мелкое замечание к схеме номер пять.
Перед варистором лучше ставить какой нибудь токограничиващий элемент в рабочей схеме особенно.
Предохранитель, сопротивление, дроссель…
Я понимаю, что вполне вероятно он и стоит у вас за пределами схемы…
Но тогда логично было бы либо его изобразить в приведённом на рисунке участке, либо варистор не изображать вовсе.
Кстати, а в какой среде приведённые схемы моделировались?

[@radiolok]

У меня компоновка схемы такая — там ниже датчиков напряжения бп стоит и они все хором через предохранители питаются. Вынес всю измерительную цепь отдельно, для лучшей наглядности.

Модели проводились в LTSpice

[@Int_13h]

Трансформатор тока всегда нагружается. Если вторичная обмотка трансформатора тока окажется разомкнутой, то на ней возникнет потенциал в пару тысяч киловольт, который покалечит персонал и выведет из строя прибор, пробив его изоляцию.

Ни в коем случае не повторяйте опыты, описанные дальше :)
Релейщики доказали мне живым примером, что если через ТТ течет маленький ток, то на вторичке не такое уж большое напряжение, можно даже разорвать цепь ненадолго, достаточной для выполнения нового подключения, и трансформатор (и разорвавший цепь) выживет. А вот если трансформатор начинает гудеть при разрыве — то быстрее замыкай, напряжение еще маленькое, но хороший гуд всегда вылезет. Это для 6 кВ в первичной обмотке. На больших токах будет такой бабах, что можно и с рабочим местом распрощаться :)
На 0.4 кВ электрики даже не задумываются о необходимости закоротки токовых цепей — рвут, подсоединяют электросчетчики без всяких без отключений.