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Principe de fonctionnement du shunt de courant. Grande encyclopédie du pétrole et du gaz

AKIP-7501 comprend un ensemble d'exemples de bobines de résistance (shunts de courant) montés dans un boîtier pour une constante et courant alternatif(40-400 Hz), ainsi qu'un voltmètre numérique pour mesurer la chute de tension aux bornes des bobines (affichage à 4 chiffres) avec conversion automatique du résultat de la mesure en unités de courant circulant dans les bobines. L'erreur de résistance des mesures exemplaires intégrées au courant continu est de 0,01, au courant alternatif - 0,1. Pour assurer des mesures précises, il y a une entrée pour connecter un voltmètre externe.

Mesure conventionnelle du courant bas potentiel avec un amplificateur opérationnel conventionnel. Les amplificateurs différentiels sont utilisés lorsqu'une mesure de courant bidirectionnelle est requise dans certaines applications, telles que la commande de moteur, et ils ont une large plage de signaux d'entrée qui peut dépasser de manière significative la tension d'alimentation de l'appareil. Les amplificateurs différentiels comprennent des résistances de précision laser qui les limitent à des gains fixes prédéfinis.

Les amplificateurs d'instrumentation peuvent être considérés comme un amplificateur différentiel avec un étage de préamplificateur qui permet plus de flexibilité, avec un gain variable défini par une résistance externe. Le préamplificateur a une impédance d'entrée très élevée qui minimise la charge sur le rail d'alimentation et vous permet de mesurer des courants système plus faibles qu'avec un amplificateur différentiel. L'inconvénient est que la tension de mode commun est généralement limitée par la tension d'alimentation.

Spécifications AKIP-7501

Gamme de courants mesurés 1 μA - 250 A
Shunts de courant pour courant continu et alternatif (40 - 400 Hz)
Erreur 0,01 - étalon actuel du laboratoire
Compteur de courant numérique à 4,5 chiffres intégré
Sortie pour compteur externe
Norme de travail AKIP-7501

AKIP-7501 est une norme de travail de résistance CC et est conçu pour vérifier et calibrer les mili- et microohmmètres, ainsi que pour mesurer la force du courant CC et CA traversant la résistance à l'aide d'un compteur intégré. Valeurs de résistance nominale : 0,001 ohm, 0,01 ohm, 0,1 ohm, 1 et 10 ohm. La gamme des courants mesurés va de 1 μA à 250 A.

Les amplificateurs à dérive nulle ou stabilisateurs ont la tension de décalage d'entrée la plus faible. Mais lorsqu'il est limité à 6 V, il est mieux adapté aux petites applications de mesure de courant latéral. Les amplificateurs d'instrumentation actuels disposent d'un ensemble de fonctionnalités optimisées et de fonctionnalités adaptées à cette fonction. Cela permet de gagner du temps de développement et fournit une solution unique pour une variété d'applications de mesure de courant.

Amplificateurs de détection de courant

Mesure de courant "côté haut" ou "côté bas". Pilote charge inductive sur le quatrième pont, demi-pont ou pont complet. Surveillance ferroviaire. L'importance d'une faible tension de décalage d'entrée a déjà été abordée dans cet article. De même, si court-circuit se produit sous charge, l'appareil ne sera pas endommagé et le courant sera limité à quelques milliampères.

AKIP-7501 comprend un ensemble d'exemples de bobines de résistance (shunts de courant) pour courant continu et alternatif (40-400 Hz) montés dans un boîtier, ainsi qu'un voltmètre numérique pour mesurer la chute de tension à travers les bobines (indication à 4 ½ chiffres) avec recalcul automatique de la mesure du résultat en unités du courant traversant les bobines. L'erreur de résistance des mesures exemplaires intégrées au courant continu est de 0,01%, au courant alternatif - 0,1%. Pour assurer des mesures précises, il y a une entrée pour connecter un voltmètre externe.

Le besoin de mesure de courant de précision sur les véhicules spatiaux augmente. La complexité des systèmes embarqués augmente et il existe un large éventail de conceptions basées sur différentes classes de circuits intégrés amplificateurs, avec des forces et des faiblesses correspondantes.

On nous demande souvent si nous avons un module de mesure de consommation électrique dans un circuit de puissance. Cela ne suffit pas, par exemple, pour contrôler la consommation électrique totale d'une maison ou pour plusieurs installations industrielles de consensus ou une installation triphasée.

L'appareil est alimenté en 115/230 V, 50/60 Hz. Pour un fonctionnement sûr et une protection contre la surchauffe, un ventilateur de refroidissement intégré est fourni. L'ensemble d'instruments comprend un câble d'alimentation et 2 prises de courant. La masse de l'appareil est de 7 kg, dimensions géométriques : 420 × 88 × 325 mm.

Lorsque vous travaillez avec un système automatique, dans la grande majorité des cas, nous aurons besoin de capteurs capables de mesurer différentes quantités. Et même si maintenant les capteurs numériques gagnent du terrain, comme un thermomètre DS1820, mais il existe de nombreux autres capteurs analogiques. Je vais essayer de décrire brièvement comment travailler avec toute cette économie.

Voyons quelles solutions existent pour ce genre d'application. La façon la plus simple et la plus générale de mesurer une variable ou courant continu, qui peut varier de quelques milliampères jusqu'à une dizaine d'ampères, est de le faire passer dans un conducteur, de très faible résistance connue très précisément. peut ainsi calculer le courant à tout moment en mesurant la différence de potentiel aux bornes du shunt. Ceci est fait par le Yocto-Watt plusieurs centaines de fois par seconde pour calculer la puissance instantanée réelle.

Malheureusement, cette méthode nécessite que la mesure du courant traverse le module via le shunt. Lorsque le courant est présent, il provoque l'échauffement du shunt et des pistes du circuit imprimé. Jusqu'à 16A cet échauffement se dissipe sans problème dans l'air ambiant car le shunt et les traces du circuit sont dimensionnés.

La sortie du capteur peut être de trois types principaux (si quelqu'un d'autre s'en souvient, ajoutez-le dans les commentaires)
Tension, courant et résistif. Comme son nom l'indique, ici le capteur de sortie convertit les fluctuations de la valeur mesurée en fluctuations de tension, de courant ou de résistance, il ne reste plus qu'à amener ces valeurs sous une forme pratique pour les bourrer dans l'ADC du microcontrôleur.

Tension de sortie :
Par exemple, un shunt de courant - mesure le courant et la chute de tension à travers celui-ci est calculée selon la loi d'Ohm U=I*R et c'est facile à mesurer.

Interfaces de mesure de puissance

Il existe des normes assez strictes sur ce qui doit être branché sur un panneau électrique pour éviter les accidents. On peut identifier trois familles parmi ces capteurs de puissance, dont nous parlerons en détail ci-dessous. Transformateurs de courant, pratiques et peu coûteux, mais limités, convertisseurs de courant, convertisseurs de puissance plus souples et plus précis, non liés à l'ultra-ultra, mais avec un prix conséquent. D'autres modèles plus grands utilisent des transformateurs de courant pour mesurer le courant sur chaque phase en plus d'une connexion directe pour mesurer la tension afin de calculer la puissance instantanée.

Une fois et demie. Ou dans n'importe quel rapport que vous aimez, tout dépend du rapport des résistances des bras supérieur et inférieur du diviseur.

La tension est trop basse.
Certains capteurs émettent de misérables millivolts. Voici quoi faire avec eux? À droite! Renforcer! A ces fins, il existe des amplificateurs opérationnels. Une sorte de calculatrices analogiques, aiguisées pour les opérations mathématiques.
L'impédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel est très élevée, proche de l'infini. Et le gain se chiffre en dizaines de milliers. Pour le freiner, utilisez un négatif Rétroaction.

N'hésitez pas à nous contacter si vous êtes intéressé. Gilberto Bernardini - Encyclopédie italienne. Indique la résistance dérivée sur le circuit du guide d'onde pour réduire le courant circulant dans ce dernier. Son utilisation est courante dans les instruments de mesure électrique et notamment dans les ampèremètres. Tous les ampèremètres, pourrait-on dire, sont fournis. En particulier, le même appareil de mesure avec des shunts convenablement calibrés et généralement fournis par les mêmes constructeurs qu'un ensemble d'un même appareil, peut facilement mesurer des courants d'intensités variables, quelques dixièmes de milliampère et quelques dizaines d'ampères.

Mais nous devons nous rappeler que le maximum et le minimum tension de sortie elle sera inférieure à la tension d'alimentation d'environ 1 volt. Donc, si vous l'alimentez à partir de 5 volts, vous obtiendrez la plage maximale de changement de tension de sortie de 1 à 3 volts. Si cela ne vous convient pas, alors sélectionnez un ampli qui a un paramètre dans ses caractéristiques rail à rail- cela signifie qu'il peut fonctionner de la puissance minimale à la puissance maximale, et idéalement aussi avec une puissance unipolaire - c'est plus correct.

Ensuite, la condition réalisée est exprimée par l'équation. Cependant, le mot shunt n'est pas seulement réservé aux résistances résistives, comme cela peut sembler d'après ce qui précède. Aujourd'hui, il est couramment utilisé pour désigner tout circuit à faible résistance prélevé sur le circuit principal. Ainsi, par exemple, ce sont des shunts AC, y compris des condensateurs, des impédances, etc.

Bien sûr, dans ces cas, il est important de se rappeler que la résistance de shunt dépend de la fréquence et qu'un shunt pour une fréquence donnée peut ne pas être plus confortable ou même perceptible à une fréquence différente. De ce comportement, c'est aussi un énorme avantage dans de nombreuses circonstances, notamment lors du calcul de soi-disant filtres, etc.

La tension a une petite quantité de changement.
Un exemple simple est un capteur de température LM335Z. Il s'agit d'une diode thermostatique avec une caractéristique en 10mV par degré Kelvin. Étant donné que zéro Celsius est de 273 Kelvin, la tension qui en sortira à température ambiante sera :
(25+273)*0.01 = 2.98V
Il est facile de voir que pour chaque degré, nous aurons un changement de seulement 0,01 volt. De plus, la tension de sortie elle-même est mesurée en volts, vous ne pouvez donc pas l'appliquer directement - tous les bits ADC seront obstrués par ces 2,9 volts de fond et vous ne l'augmenterez pas, car la tension est initialement élevée. Il ne reste qu'une chose - soustraire l'excédent de cette tension et multiplier le reste par le nombre désiré. L'excès est déterminé simplement - nous prenons la valeur minimale dont nous avons besoin, disons -25 degrés et calculons la tension pour cette température.
(273-25)*0.01 = 2.48
Nous devons soustraire ces 2, 48. Dans ce cas, la valeur de température minimale affichera 0 pour nous
Maintenant, nous devons déterminer le maximum dont nous avons besoin, disons 100 degrés Celsius, c'est la limite au-dessus de laquelle cela n'a aucun sens de mesurer. Nous calculons la tension à 100 degrés.
(273+100)*0.01 = 3.73
Maintenant, nous soustrayons notre correction zéro :
3.73-2.48 = 1.25.
Alors,
-25 degrés = 0 volt
+100 degrés = 1,25 volt.
C'est déjà quelque chose, mais généralement l'ADC mesure de 0 à 5 volts, ce serait bête de marquer sur les 3/4 de l'échelle. Ainsi, le résultat peut être multiplié par quatre en toute sécurité et déjà sous cette forme peut être introduit dans l'ADC.

Le capteur et l'affichage utilisés ici sont déjà présentés dans l'article. Commandes et by-pass et alimentations intégrés, avec temps de conversion et de filtrage programmables. Dans cet article, nous allons envisager l'utilisation d'un petit moteur électrique pour contrôler le fonctionnement.

Pour connaître la tension de la batterie et le courant absorbé par la charge, il faut se référer à la loi d'Ohm : c'est une loi physique qui transfère le courant avec la tension dans une résistance. Vous obtiendrez alors un rapport de proportionnalité simple, qui peut être rédigé comme suit.

Combien de mathématiques, il reste à l'implémenter. Tout d'abord, nous avons besoin source de tension à 2,48 volt.

Si la tâche ne nécessite pas de précision particulière, elle conviendra parfaitement diode zener, disons 3,3 volts. Nous prenons et obtenons nos 3,3 à partir de cinq volts, puis nous les conduisons à travers un potentiomètre multitour avec lequel vous pouvez régler la tension à quelques millièmes de volt près. Bien sûr, on pourrait jeter complètement la diode Zener et diviser immédiatement 5 volts avec un potentiomètre pour obtenir 2,48, mais c'est moins précis et notre tension de référence dépendra des fluctuations de la tension d'alimentation, et ce n'est pas bon. Si vous voulez plus de précision, alors au lieu d'une diode zener, vous pouvez en ramasser ET IL(source de tension de référence) - un microcircuit spécialisé qui produit une tension strictement calibrée. Je ne nommerai pas le modèle à la légère, mais dans les commentaires, quelqu'un ajoutera probablement quelques commentaires à ce sujet ;)

Ou connaissant la tension et la résistance, nous pouvons calculer le courant. Dans le schéma fonctionnel, vous pouvez voir un amplificateur de précision qui mesure la tension aux bornes des têtes de résistance shunt, qui sur notre carte sont de 0,1 ohm 1%. Étant donné que la différence de signal d'entrée maximale de l'amplificateur est de ± 320 mV, il peut mesurer jusqu'à ± 2 ampères.

Le module a une tête hexagonale ainsi qu'une borne à vis au pas de 3,5 mm pour que vous puissiez connecter la charge. Fonctions d'affectation et d'initialisation. Fonctions de lecture du capteur. Il s'agit de la chute de tension mesurée aux bornes des résistances shunt. La valeur de retour est en millivolts. Lit le courant tiré par la loi d'Ohm tel que mesuré par la tension de shunt. La valeur de retour est en milliampères.

Et les pervers spéciaux peuvent appliquer une tension de référence à partir du circuit R-2R ou d'un autre DAC, alors nous obtiendrons également une plage extensible par logiciel =)

Bref, peu importe comment on règle la tension de référence, c'est beaucoup plus intéressant comment la soustraire.
Pour cela, nous utilisons notre amplificateur opérationnel. Ce n'est pas en vain que les entrées sont signées plus et moins. L'astuce de l'ampli-op est qu'il soustrait d'abord le négatif de la tension de l'entrée positive, puis multiplie le tout par un coefficient. Nous conduisons donc notre entrée de référence vers l'entrée négative et appliquons la tension du capteur à l'entrée positive.
Il ne reste plus qu'à calmer le gain violent de milliers sauvages à quatre modestes. Doit-on multiplier la différence par quatre ? Ici!
Nous ajoutons une rétroaction, à savoir, nous dirigeons la sortie vers l'entrée négative. Et le rapport des résistances nous donnera le coefficient souhaité.

Pour tester l'appareil, un circuits simples, dans lequel le capteur est utilisé pour lire la tension d'alimentation, le courant et la puissance consommée par un petit moteur électrique. Depuis que nous avons vu les spécifications d'alimentation du module tactile et de l'écran, elles sont similaires et peuvent aller de 3 à 5 volts, ce qui leur permet d'être utilisées avec une grande variété de cartes de contrôle. Vous devez également vérifier que tous les appareils fonctionnent avec la même tension ; Sinon, vous devrez entrer un traducteur de niveau.

Les valeurs de lecture peuvent être utilisées pour surveiller la consommation d'énergie actuelle et générer des alarmes ou des avertissements si elles dépassent les valeurs définies, ou éteindre automatiquement la charge pour éviter les pannes. Vous pouvez implémenter une fonction qui avertit en cas de charge de la batterie que la valeur fournie est trop faible. Il n'appartiendra qu'à l'inventeur du concepteur de la meilleure façon utiliser l'appareil.

Il existe des types de capteurs qui ont une valeur de sortie de courant, disons de 0 à 20 mA, selon le paramètre mesuré. Ils sont simplement traités - ils sont entraînés dans un shunt de courant, et pourquoi font-ils cérémonie ? De plus, selon la loi d'Ohm, la tension est calculée et tout est comme mentionné ci-dessus.

Capteur résistif.
À mon avis, le type de capteurs le plus vil. Parce qu'ils ont généralement des changements d'amplitude qui sont tout simplement ridicules, disons qu'une jauge de contrainte modifie sa résistance de quelques misérables milliohms. De nombreuses thermistances n'ont pas non plus une large portée. Comment être? Il n'est pas rationnel d'insérer un tel capteur dans le diviseur (pour modifier le rapport de division de la tension de référence) - l'erreur de flottement de ce diviseur en raison des fluctuations de température sera trop importante. C'est là que le pontage est utilisé.

Devise : si votre projet ne fonctionne pas, voyez ce qui n'a pas d'importance. Ce chapitre décrit les méthodes classiques de mesure de courant, les méthodes d'élimination basées sur l'utilisation de champ magnétique, résultant du courant, comme les pinces ampèremétriques ou les transformateurs ampérométriques, qui sont basés sur le courant induit dans une série de pointes ou dans un effet hall effervescent ou magnétorésistif. Les méthodes décrites sont utiles dans le contexte dans lequel on évolue, c'est à dire dans les vannes thermostatiques.

Pour mesurer le courant, interrompez le circuit dans lequel il circule, puis placez le compteur de manière à ce qu'il le traverse. L'appareil doit alors avoir le plus de résistance interne possible pour ne pas modifier les paramètres de fonctionnement du circuit dans lequel il est installé.

Le point est. Le courant circule dans les deux bras du pont. La chute de tension aux bornes d'une résistance dépend de la résistance et du courant. Deux résistances sensibles identiques sont placées le long des diagonales du pont. disons dans conditions normales R s \u003d R Il est considéré simplement:
Je 1 \u003d U / (R s + R)
Je 2 \u003d U / (R s + R)
U A \u003d I 1 * R s
UB=I 2 *R
U B -U A \u003d 0 - le pont est équilibré.

Disons que quelque chose s'est passé et que deux R ont réduit leur résistance, juste un peu. En même temps, I 1 et I 2 ont changé - c'est devenu un peu plus élevé.
La tension au point A a diminué, puisque U A dépend plus de R s que de I 1
Et la tension au point B a augmenté, puisque U B dépend de I 2, et le courant a augmenté.
Il en résulte que U B -U A > 0 - le pont est déséquilibré et ce déséquilibre sera d'autant plus élevé que sa résistance R s évoluera. Oui, cela peut être un, seulement dans une épaule du pont, mais alors la distorsion ne sera pas aussi perceptible.

Comment mesurer le courant alternatif

En fait, le compteur dans ce cas est également un voltmètre, qui mesure la tension dans la tête de la résistance de shunt, mise en série, au courant mesuré. Le millivoltmètre est généralement calibré pour afficher sur l'échelle non pas tant la tension maximale résultant du redresseur, mais aussi tension efficace, en supposant que l'entrée est une onde sinusoïdale, qui peut être une source d'erreur lorsque, par exemple, nous mesurons un signal d'onde carrée.

A la sortie du pont nous tension différentielle, U A et U B sont approximativement égaux à la moitié de la tension U, ne différant que légèrement, de quelques millivolts. L'avantage de ce schéma est qu'il est très résistant au bruit. Si deux fils avec UA ou UB vont ensemble, alors un bruit externe sera induit dans la même tension et il y aura un bruit UA + U et un bruit UB + U, et puisque seule la différence nous intéresse, alors U out \u003d (Bruit UB + U) - (Bruit UB+U). Le bruit U est automatiquement réduit et oups - la sortie est la même différence nette qui a été prise du pont.
En principe, vous pouvez appliquer la technique en toute sécurité avec la différence entre ces deux valeurs et la multiplication ultérieure par un coefficient, mais il est préférable de confier l'affaire à un professionnel - amplificateur de mesure. par exemple AD627.

L'une des résistances utilisées pour les mesures DC et AC est le shunt, qui permet de mesurer des courants élevés. Il est utilisé en fonction du compteur utilisé. Le shunt peut être interne ou externe. L'interne est intégré au compteur et sert à mesurer des courants plus faibles de l'ordre de quelques, quelques ampères. Par contre, l'externe sert à mesurer des courants de plusieurs dizaines à plusieurs milliers d'ampères.

Le shunt se compose de quatre bornes : deux connecteurs externes pour le circuit de courant et deux internes qui mesurent la chute de tension. Un millivoltmètre, calibré en ampères et connecté aux bornes internes, qui mesure la chute de tension à travers la dérivation, est connecté au shunt.

Une fois et c'est fait! Vous avez juste besoin de tirer un nickel rusé, mais ce n'est absolument pas un problème!

Bien sûr, ce n'est que fondamentaux généraux les conversions analogiques, de nombreuses solutions de râteau et de circuit visant à améliorer la précision et à compenser diverses distorsions ne sont pas décrites ici. Mais je ne me suis pas fixé de tels objectifs - la technologie de mesure est une religion distincte que vous pouvez étudier la moitié de votre vie sans la comprendre complètement :)

ZY
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