Измерение тока и напряжения произвольной формы


Измерение тока и напряжения произвольной формы

UPS

В радиолюбительской практике иногда возникает необходимость измерить ток или напряжение, форма которых сильно отличается от синусоидальной. Подобные измерения могут потребоваться, например, когда нужно измерить мощность системного блока компьютера или другого устройства с импульсным источником питания.

Однако большинство бюджетных любительских тестеров могут с достаточной точностью измерять ток и напряжение только синусоидальной формы. Подробнее на http://oldoctober.com/ru/

Приборы позволяющие измерять токи и напряжения произвольной формы дороги, да и необходимость в подобных измерениях возникает крайне редко.

Между тем, прибор позволяющий производить такие измерения можно изготовить самому за каких-нибудь полчаса.


Самые интересные ролики на Youtube

Смотреть на Youtube Смотреть на Youtube Смотреть на Youtube Смотреть на Youtube

Прибор для измерения напряжения произвольной формы.

UPS

Работа прибора основано на том, что световой поток лампы накаливания пропорционален силе протекающего через неё тока, а инертность нити накала лампы обеспечивает правильное считывание показаний с фотодатчика. http://oldoctober.com/ru/

Первый раз, я собрал такой прибор для измерения напряжения накала кинескопа, когда это напряжение начали получать от трансформатора строчной развёртки. В приборе использованы лампы СМН-6-20-1, хотя можно использовать любые другие с малыми токами.

UPS

Две шестивольтовые лампы включены последовательно, чтобы продлить их срок службы.

Технические данные миниатюрных ламп накаливания с малым током потребления приведены в конце статьи.

Фотодиод ФД-263 такой, как использовался в системах дистанционного управления телевизорами.

Измерительная головка на 20 - 100 µA.


Для калибровки прибора достаточно подключить его к источнику питания постоянного тока напряжением 6,3 Вольта и установить стрелку в середину шкалы, до совмещения с одной из рисок, при помощи резистора R1 .

Для удобства работы, измерительная головка встроена в корпус прибора. Однако, с таким же успехом, в качестве измерительной головки можно использовать мультиметр или стрелочный тестер.

Лампы и фотоприёмник заключены в трубку из алюминиевой фольги для увеличения светового потока.


Прибор для измерения силы тока произвольной формы.

Другой раз мне понадобился подобный прибор для измерения потребляемой мощности системных блоков компьютеров.

Форма тока, протекающего через входные цепи импульсного блока питания, так сильно отличается от синусоидальной, что при измерении тока обычными любительскими тестерами и мультиметрами, ошибка может достигать 180%.

UPS


На картинке осциллограмма тока протекающего во входных цепях импульсного источника питания.


Прибор работает по тому же принципу, что и предыдущий, только вместо напряжения измеряет ток.

UPS

Величину шунтирующего резистора R1 нужно подобрать в зависимости от измеряемого тока.

Я использовал для диапазона 20 – 170 Ватт – 4,7 Ом, а для 100 – 250 Ватт – 1,8 Ом (мощность резисторов 5 – 10 Ватт).

Фотоприёмник VD – фотодиод ФД-263.

UPS

Лампа EL1 и фотодиод VD1 впаяны в отрезок макетной платы и помещены в пластиковый светонепроницаемый контейнер чёрного цвета от фотоплёнки.

Переключатель S1 (КМ-1-1) - очень важная часть прибора. Чтобы обеспечить достаточную точность измерений, пропускать ток через шунтирующий резистор и лампу, следует только на то короткое время, в которое производится измерение.

Дело в том, что при длительном горении лампы, нагревается колба лампы, фотоприёмник да и сам корпус, что приводит к погрешности в измерениях.

Кроме всего, переключатель S1 защищает лампу от броска тока, который происходит в момент включения нагрузки. Пусковой ток импульсного блока питания ПК может превышать 60 Ампер.

Для замера напряжения на фотодиоде используется бюджетный цифровой мультиметр. Замеры нужно производить с точностью до 0,001 Вольта.


Прибор можно откалибровать по точкам, подключив к источнику постоянного тока. Для удобства можно построить номограммы, наподобие тех, что представлены ниже, а можно просто измерить переменный ток, а затем найти ему соответствие, используя источник постоянного тока.

По представленным номограммам видно в каком диапазоне напряжений возможно использовать указанный фотоприёмник, это примерно от 0,008 до 0,4 Вольта.


UPS
UPS

Калибровочная таблица для измерителя тока произвольной формы.

По этой таблице легко откалибровать прибор для измерения мощности. Контрольные точки выбраны через каждые 10 Ватт. Это ссылка, по которой можно скачать версию этой таблицы для печати в формате "doc".


Мощность (W) Ток (А) (U=220V) Напряжение (V) при
R балл. = …… Ом
Напряжение (V)  при 
R балл. = …… Ом
25 0,11    
30 0,14    
40 0,18    
50 0,23    
60 0,27    
70 0,32    
80 0,36    
90 0,41    
100 0,45    
110 0,50    
120 0,55    
130 0,59    
140 0,64    
150 0,68    
160 0,73    
170 0,77    
180 0,82    
190 0,86    
200 0,91    
210 0,95    
220 1,00    
230 1,05    
240 1,09    
250 1,14    
260 1,18    
270 1,23    
280 1,27    
290 1,32    
300 1,36    
310 1,41    
320 1,45    
330 1,50    
340 1,55    
350 1,59    


Таблица параметров миниатюрных ламп с малым током потребления.


Тип лампы Параметры Ресурс Размеры (мм)
V mA Лм Диаметр Длина/Длина выводов
СМН 1,5-12 1,5 12 0,04 40 0.85 3.5/60
СМН 6-20 6 20 0.25 600 3.2 9
СМН 6-20-1 6 20 0.25 600 3.2 7/27
СМН 6,3-20 6 20 0.26 600 3.2 9
СМН 6,3-20-2 6 20 0.26 600 3.2 7/27
СМН 6,3-20-3 6 20 0.2 - 3.2 14
СМН 12-5 12 5 0.002 500 3.2 8/37

В столбике "Длина", через дробь, обозначены длина колбы (в знаменателе) и длина выводов (в числителе) для ламп с гибкими выводами.


Недостатки конструкции.

Если при измерении напряжения высокой частоты, предложенный метод лишён существенных недостатков, то точность измерения тока низкой частоты напрямую зависит от инертности нити накала лампы.

Использование лампы с большим номинальным током приводит к ошибкам из-за быстрого нагрева содержимого светонепроницаемого контейнера, а с малым - к ошибкам вызванным недостаточной инертностью нити накала.

Если при измерении тока или напряжения низкой частоты требуется гарантированная погрешность менее 10%, то стоит подумать о более серьёзном приборе.


Близкие темы.

Как самому изготовить киловольтметр.

Подключение непривычных нагрузок и источнику бесперебойного питания (UPS).

Выбор источника бесперебойного питания (ИБП) исходя из мощности нагрузки.






Нашли ошибку в тексте?Выделите ошибочный текст мышкой и нажмите Ctrl + Enter
Спасибо за помощь!

Комментарии (29)

Страниц: « 1 2 [3] Показать все

adminНоябрь 25th, 2015 at 18:33

Спасибо Volodimir! Исправил.

МихаилФевраль 21st, 2016 at 19:52

А если вместо лампочек применить диоды и сглаживающий конденсатор получим тот же эффект?

adminФевраль 21st, 2016 at 20:26

Михаил, подобные схемы существуют, но обычно они заточены под определенную форму тока и калибруются на определённой нагрузке. Но, тогда возникает вопрос, с помощью чего калибровать… Если есть прибор для калибровки, то что мешает его использовать для измерений…

МихаилФевраль 22nd, 2016 at 16:16

Юрий, есть необходимость измерять токи в районе 30-40а (100-300 кгц). А что если сначала применить трансформатор тока со своим шунтом, а уже к нему подключать лампу. Разумеется, все прикинуть. Просто шунт прямого включения будет рассеивать огромную мощность, чтобы получить на нем 3-5в.

adminФевраль 23rd, 2016 at 09:31

Михаил, основная проблема, возникающая при конструировании любых приборов, — метрологическая. Я не знаю, как откалибровать прибор, в котором используется импульсный трансформатор. Но, отвечая на ваш вопрос, мне в голову пришла идея. В качестве датчика больших токов можно использовать биметаллический элемент и чувствительной датчик положения, например, ёмкостного или индукционного типа. Тогда прибор можно будет откалибровать на постоянном токе.

МихаилФевраль 23rd, 2016 at 15:00

Юрий, это будет тоже непросто, нужна жесткость конструкции. Лучше тогда взять низкоомный резистор, приклеить к нему датчик температуры, обмотать теплоизолятором и сделать таблицу соответствий на постоянном токе :) Только инертность будет огромная. А вообще мне надо контролировать ток через транзисторы, то есть мне нужно пиковое значение, хотя ток и близок к синусоиде. Я уже думаю включить в разрыв минусового провода обычный стрелочный амперметр (после фильтрующей емкости) и смотреть полный ток полумоста. Результат умножить на 1,4 и поделить на 2. Думаю точность будет не ниже чем у самодельного показометра. В принципе результат совпадает с показанным осциллографом.

adminФевраль 23rd, 2016 at 15:09

Михаил писал: А вообще мне надо контролировать ток через транзисторы…

Может быть вам это подойдёт>>>

МихаилФевраль 23rd, 2016 at 15:22

Ну это по сути и есть пиковый детектор, емкость накачается до пиков. Используя трансформатор тока с известным Ктр и резистор известного сопротивления все можно просчитать, но на результат будет влиять сопротивление вольтметра (будет просаживать напряжение) и падение на диоде.

adminФевраль 23rd, 2016 at 16:03

Михаил, влиянием вольтметра можно пренебречь, так как входное сопротивление современных мультиметров 10МОм, а нагрузки 4-8 Ом или меньше. Падение напряжения на диоде тоже известно. Хотя, если использовать генератор НЧ вместо музыкльного сигнала, то диод не нужен, а амплитудное значение сигнала можно просто рассчитать. Судя во всему, вы пытаетесь произвести обычные измерения, которые требуются при ремонте или настройке звукоусилительной аппартуры. Для этого не нужны никакие специальные приборы или методы измерений. А вот осциллограф вам бы иметь не помешало, хотя бы для того чтобы визуально оценить форуму сигнала и особенно момент переключения (отсутствие «полки» при регулировка тока покоя).

Страниц: « 1 2 [3] Показать все

Оставить комментарий

Загрузка...
Загрузка...