Цифровой амперметр переменного тока

В предлагаемом измерителе тока отсутствуют проблемы гальванической развязки измерительной части от сети, т. к. датчиком служит трансформатор тока, в качестве которого может быть использован практически любой сетевой трансформатор мощностью от единиц до 10 – 15 Вт. Первичная обмотка – пропущенный через отверстие трансформатора хорошо изолированный один из сетевых проводов или несколько витков изолированного провода, включенного в разрыв измерительной цепи, вторичная – любая его вторичная обмотка. Прибор имеет линейную шкалу, обладает высокой чувствительностью и достаточно широким динамическим диапазоном.

Предел измерения тока – 500 мА, но его несложно изменить для измерений от сотен миллиампер до десятков ампер.

Особенность схемы измерителя – использование широко распространенного операционного усилителя LM358, способного работать при синфазном входном напряжении равном отрицательному напряжению питания и даже чуть ниже его. Выходное напряжение при малых токах нагрузки также практически равно отрицательному напряжению питания. ОУ питается от однополярного источника напряжением 5 В. Неинвертирующий вход относительно общего провода имеет нулевое смещение, поэтому ОУ усиливает только положительные полуволны входного сигнала, нагрузкой которого является резистор R1. Коэффициент усиления определяется отношением сопротивлений R4 к R3 (K=1+R4/R3), при указанных значениях около 5. Сумма сопротивлений R5 и R6 определяет ток через микроамперметр PA1, а значит и градуировку его шкалы. Диод VD1 служит для защиты микроамперметра от значительных перегрузок.

Резистор нагрузки R1 подбирается таким, чтобы при максимальном измеряемом токе на активной нагрузке, падение напряжения на нем было примерно таким, как на осциллограмме:

В зависимости от значения измеряемого тока и коэффициента трансформации TV1, его сопротивление может быть от десятых долей до сотен Ом. Коэффициент трансформации определяется отношением количества витков первичной обмотки к количеству витков используемой вторичной обмотки. Зная их можно ориентировочно определить значение сопротивления R1:

R1=N1/N2*Imax*Umax,

где N1 и N2 – количество витков соответственно первичной и вторичной обмотки трансформатора, Imax–среднее значение максимального измеряемого тока, Umax – среднее значение напряжения на R1 при данном значении тока – для данной схемы принято 0,15 В.

Входной сигнал указанного уровня является оптимальным для данной схемы. На входное напряжение накладывается (прибавляется или вычитается) напряжение смещения ОУ, что может вносить заметную погрешность при измеряемых значениях, соответствующих началу шкалы PA1. Для данного ОУ типовое напряжение смещения составляет несколько мВ. Учтен также импульсный характер потребляемого от сети тока большинством современной аппаратуры. Поэтому максимально возможная амплитуда выходного сигнала ОУ выбрана с 3 – 4-хкратным запасом. По этой же причине, действительное значение тока, используемое для определения потребляемой мощности, может заметно отличаться от измеренного (занижение показаний на 15 – 25%).

Допустимое паспортное значение входного сигнала LM358 должно быть не более, чем на 0,3 В ниже отрицательного напряжения питания. Реально, при разнице от 0,5 В и выше ОУ перестает нормально функционировать – появляется искаженный сигнал на выходе. Диод Шоттки VD1 служит для ограничения отрицательных полуволн входного сигнала на допустимом уровне.

Микросхема LM358 содержит 2 ОУ, в схеме используется один из них. Конденсатор C1 – керамический, емкость не критична, диод VD1 можно заменить на 1N5818 или подобный, VD2 – кремниевый импульсный. Печатная плата рассчитана на установку чип резисторов типоразмера 1206, но возможно применение и обычных. В качестве измерительного прибора можно использовать микроамперметр с подходящей шкалой и током полного отклонения стрелки до 1 мА.

Поиск по сайту: