0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик тока своими руками

Датчик тока своими руками

Измерение больших токов

Автор: maksipus, maksipus@yandex.ru
Опубликовано 07.09.2015
Создано при помощи КотоРед.

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.

Читать еще:  Оригинальный дачный туалет в виде кареты (фото, пошагово)

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.

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.

Простой индикатор протекающего переменного тока

Нередки задачи — определить наличие протекающего в цепи переменного тока сетевого напряжения. Индикаторы напряжения – лампочки или светодиоды, подключенные параллельно нагрузке могут указать только на приложенное напряжение, но не на протекание тока. Они просты, дешевы и компактны но малоинформативны. Такой индикатор тока может быть применен для дистанционного определения невыключенных приборов в удаленных помещениях, для индикации работоспособности особо ответственных электрических цепей.

Естественной и логичной идеей будет установить в разрыв цепи резистор и использовать падение напряжения на нем для свечения маломощного индикатора, лампочки или светодиода. Однако расчеты показывают, что резистор придется взять изрядной мощности, он будет сильно греться, падение напряжения на нем – практически бесполезная трата энергии. Например. Имеем три независимых проволочных нагревателя (3 фазы), каждый мощностью 500 Вт. Нужно во время работы печи иметь представление о целостности каждого. Вспомнив, что I=P/U выясним, что в цепи каждого нагревателя протекает ток 2.3 А. Чтобы получить падение напряжения на резисторе 5 вольт (для зажигания светодиода), придется рассеять на этом резисторе более 10 Вт. Т.е. мощность резистора должна быть несколько выше расчетной (габариты, масса), нагрев элемента предполагает его специальную установку – неплавящуюся изоляцию, вентиляцию и.т.д. Кроме того, как уже говорилось – теряем 5 вольт от, хорошо если 220.

Читать еще:  Мастер-класс по бюджетному ремонту балкона своими руками

Итак, последовательно включенный резистор применять неудобно. Существующие схемы индикаторов тока с цепочкой мощных диодов ничем не лучше, кроме прочего, придется учитывать и допустимые токи через диоды.

Значительно лучшими эксплуатационными показателями обладает трансформаторный датчик. Сопротивление его измерительной обмотки ничтожно, никакого нагрева, потери минимальны. Да, он дороже стоит (как все моточные изделия), больше весит. К счастью, кустарное техническое творчество не предполагает серийного производства с высокой окупаемостью. В качестве датчиков можно применить доработанные маломощные сетевые трансформаторы из старой износившейся или морально устаревшей бытовой техники. Здесь были применены трансформаторы питания от импортных пластиковых переносных кассетных магнитофонов с FM радио. Небольших размеров, моно, невысокого класса. Подобрал три почти одинаковых трансформатора. Еще один источник миниатюрных сетевых трансформаторов – старые сетевые «адаптеры» в небольшом корпусе-вилке. Старые их модели часто были с низкочастотным трансформатором.

Что понадобилось для изготовления.

Набор инструмента для электромонтажа, паяльник с принадлежностями, мультиметр, фен технический для работы с термотрубками. Набор инструментов для мелкой слесарной работы, измерительный инструмент, ножницы по металлу, дрель электрическая или шуруповерт со сверлами, пара струбцин для гнутья, мелочи.

Доработка облегчилась благодаря удачной конструкции трансформаторов – в них обмотки расположены рядом, на сборном пластиковом каркасе (технологичность изготовления), а не поверх друг друга (выше эл. параметры). Доработка свелась к перемотке вторичной, низковольтной обмотки. Из-за особенности конструкции трансформаторов удалось сделать это без муторной сборки-разборки проклеенного сердечника из Ш-пластин.

Удалив внешнюю изоляцию вторичной обмотки, выяснил направление намотки провода. Отметил его спиртовым фломастером на магнитопроводе трансформатора.

Спилив выступающие части катушки ножовкой по металлу, вытолкнул, выбил внутренние ее части, удалил остатки изоляции, острым ножом срезал пластиковые заусенцы.

Намотал (продел в окно) провод новой вторичной обмотки. Для потребляемой мощности 500 Вт (2.3 А) применил гибкий монтажный провод сечением 0,5 мм2 в хорошей силиконовой изоляции. Без особенного труда влезло 3.5 витка.

При протекании указанного тока через измерительную обмотку, на высоковольтной обмотке получается около 90 вольт. Для индикации применил маленькую неоновую лампочку импортного производства, последовательно с токоограничивающим резистором. Резистор подобрал по яркости (не максимальной, но удобной) свечения. Получилось около 500 кОм.

В своем родном применении трансформаторы удерживались только специальным пластиковым крепежом — элементами корпуса. Этаким специальным гнездом. Здесь, для надежного крепления пришлось сделать хрестоматийные металлические обоймы. Для их изготовления применил оцинкованную сталь толщиной 0,45 мм.

Вычертил эскиз с размерами, с учетом поправок на сгибы. Перенес разметку на подходящий кусок листового материала. В углах сгибов накернил и просверлил тонким сверлом отверстия (не будет складки), зенковал отверстия крупным сверлом. Вырезал развертку ножницами по металлу.

Для сгибания развертки зажал ее на краю ровной железки – станины самодельного токарного станка по дереву. Прижал подходящей деревяшкой, то, что должно быть отогнуто выступает. Легкими ударами резиновой киянки отогнул лепестки, перевернул заготовку, отогнул лепестки на второй стороне. Остальное легко и точно сгибается руками.

Сердечник трансформатора набирается из отдельных изолированных друг от друга пластин, чтобы поумерить вредный его нагрев из-за вихревых токов (тов. Фуко), замыкать их нельзя. Для изоляции жестяной обоймы от магнитопровода потребуется еще одна аналогичная деталь из плотной бумаги. Применил ватманскую. Линии сгиба предварительно частично прорезаются или лучше – проминаются тупым ножом или чем-то подобным.

Датчик тока в сборе.

Два из трех датчиков тока в блоке управления трехфазным нагревателем печи. Индикаторные лампочки вынесены на переднюю панель, токоограничивающие резисторы смонтированы вместе с отходящими проводами, затянуты в термотрубку и скреплены вместе с остальным монтажом нейлоновыми ремешками и пластиковой спиралью.

Для размещения отдельного датчика тока вместе с индикатором, например, для сигнализации о невыключенном электроприборе в удаленном помещении удобно будет применить подходящую стандартную электрическую коробку.

Arduino.ru

Самодельный датчик тока

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Всем привет, ищу схемку или кто бы помог сделать схемку бюджетного датчика тока, не те что продаются а что-то на базе «цементных» резисторов на 0.1 Ом 5 Вт, есть парочка таких под рукой, так же валяется ОУ LM358N.
Вот нашёл в сети такую картинку:

Я так понимаю что это почти то, что мне нужно, два резистора на 0.1 Ом соединенные параллельно вроде как превратятся в один на 0.05 Ом, потом при помощи ОУ падение напряжения усиливается в хз сколько раз, так как я в этом не бум бум.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

так бум мерять или прото проверять наличие?

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

358 не пойдет если измерять от 0

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

так бум мерять или прото проверять наличие?

Читать еще:  Как сделать из бумаги пистолет: схема простейшего бумажного пистолета оригами. Пошаговая инструкция с фото, как сложить автоматический револьвер из бумаги

Скажем так, переводить сотни милиампер в LSB .

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

так бум мерять или прото проверять наличие?

Скажем так, переводить сотни милиампер в LSB .

моя твоя не понимает. давай поподробней и с начала. чего собираем то?

вот народ обычно пользуется ACS712. капеешная фиговина

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

.
вот народ обычно пользуется ACS712. капеешная фиговина

У меня в городе такую микруху достать не реально.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

В соседней теме нашёл вот такую картинку:

Хотя в конечном итоге автор темы отказался от LM358, но меня интересует проканает ли кусочек с обвязкой U1A для создания платки амперметра у которой при токе в 10 А на выходе было напряжение 1 В ну и при этом в качестве шунта были 2-3 резистора на 0.1 Ом, то есть сопротивление их было в сумме 0.025 Ом ну там +/- из за погрешности номинала самых резисторов.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Проканает, потом можно поменять на другой ОУ, если не понравиться, второй ОУ тоже советую задействовать на напряжение, увелиивается входное сопротивление, соответственно и точность.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Проканает, потом можно поменять на другой ОУ, если не понравиться, второй ОУ тоже советую задействовать на напряжение, увелиивается входное сопротивление, соответственно и точность.

А какие подобрать номиналы резисторов если сопротивление шунта будет 0.025 Ом(тоесть три по 0.1 Ом ) ?
Я так понимаю что при измерении напряжения питания ОУ будет и изменятся коэффициент усиления, не так ли?

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Почиму то ничего не могу вставить в коментарий. Хотел хорошими ссылками поделиться рабочая схема проверенная.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Почиму то ничего не могу вставить в коментарий. Хотел хорошими ссылками поделиться рабочая схема проверенная.

потиму что нада нажимать Contr+V

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

А вы думали что это делается подругому.Если бы этот метод работал я бы не спрашивал

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

А вы думали что это делается подругому

я думаю только по серьезным поводам. все остальное уже давно обдумано и решения давно приняты.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

А какие подобрать номиналы резисторов если сопротивление шунта будет 0.025 Ом(тоесть три по 0.1 Ом ) ?

Я так понимаю что при измерении напряжения питания ОУ будет и изменятся коэффициент усиления, не так ли?

Изменение напряжения влияет только на Uвых макс, Кус не измениться, он зависит только R10/R11.

Я обычно в мультисим загоняю, дабы не считать самому. 🙂

Кроме того на какой максимальный ток нужен? Там на схеме приблизительные примеры приведены. На плате я сделал разводку — R10 = 1 подстроечный+1обычный.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

теория Операционных Усилтелях такая:

Соотношение резистора обратной связи и шунтирующего резистора определяет коэфициент услиления.

К усиления оу = R обратной отрицательной связи / R шунта на землю (если давим в положительный вход)

Возми ОУ входы повесь на шунте и увидишь падение напряжения на нем, это и есть ток.

Загоняй его в АЦП в ардуину и смотри на «крутом» экране чудо цифрами.

Штоб сразу не схорело тренируйся на 5 вольтах смотри чтоб твой 358-ой он вроде не боиться 5 вольт.

Остальное делители делители делители

А дешевый датчик что предлагали тебе купить, это тоже самое только он магнитным датчиком с шунта силу Лоренца меряет. Там еще гальваническая развязка получается из-за Лоренца. Ну и резисторы подобраны уже на токи замеряемые максимальные 5а 10а 20а.

А я тебе классическую схему нарисовал токи в принципе не ограничены но больше 380в 50а обычно тоже галванически развязывают на трансформаторх тока уже.

Входы Операционных Услилителей если больше 5 вольт защищают чем душе угодно.

Стопками резисторов диодов стабилитронов трансформаторами.

А схема что ты привел. Зачем она тебе нужна? Это замороченная недо-зарядка. В заводском исполнение она может имеет смысл а в рукопашном ручном смылсе сразу в мусорку и использовать классику для зарядок. Классический трасформатор 1 диод регулятор напряжения аналогаовая головки вольтметра 1-15в и амерметра 45ма-5ампер. И заряжай что часы у мамы что крайслер у папы.

возьми эту AC712-ую за осонву выкинь всякие глупости типа борьба за дрейф от температуры на входе буфер просто так на всякий случай на выходе. Короче обложи свои мощные слабообмные резисторы операционниками и преобразовывай напряжения падения в сотые вольта в пригодные для АЦПирования ардуиной это и будет токи

Что ты спалишь на 5 вольтах? Ничего.

для твоих ОУ написано 2 вольта во вход вообще идеальненько а так в принипе 7 вольт у этих 30 вольтовых ОУ не проблема

сам смотри что у тебя в твоих LM358 особенного. Ничего

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector