Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Miernik cęgowy prądu DC i AC (przystawka do woltomierza)

emaker 14 Lis 2009 22:06 14510 8
  • Miernik cęgowy prądu DC i AC (przystawka do woltomierza)
    Schemat przystawki cęgowego miernika prądu stałego lub zmiennego, składa się z toroidalnego rdzenia magnetycznego. Gdy przewód przez który płynie prąd umieścimy w środku rdzenia magnetycznego, spowoduje to zmianę strumienia magnetycznego. Zmiany te rejestrowane są przez czujnik Halla umieszczony w szczelinie magnetycznej. Sygnał z czujnika wzmacniany jest przez IC1A. Częstotliwość graniczna układu wynosi 20 kHz. Prądowi 1 A odpowiada napięcie 100 mV na wyjściu przystawki. Kalibrację układu rozpoczynamy od ustawienia 0. W polu magnetycznym nie może się znajdować żaden przewód z prądem. Potencjometrem VR3 regulujemy aż do uzyskania 0 V na dołączonym multimetrze. Następnie mając do dyspozycji przewód emaliowany o przekroju 0,5 mm2 i długości 5 m, na rdzeń toroidalny cęgi nawijamy 100 zwojów. Przewód ten poprzez rezystor o wartości 18 Ω i mocy 10 W dołączamy do źródła napięcia 12 V. Prąd jaki popłynie w obwodzie wyniesie 0,667 A, zatem na dołączonym woltomierzu powinniśmy uzyskać 66,7 mV. Regulację przeprowadzamy potencjometrem VR1. Przy pomiarze prądu zmiennego należy pamiętać aby na mierniku ustawić odczyt AC. W przypadku namagnesowania rdzenia, co wpływa na zafałszowanie odczytów, należy dokonać rozmagnesowania, zmieniając kierunek prądu przepływający przez rdzeń (odwracając cęgi o 180º).

    Everyday Practical Electronics 2006/01


    Fajne!
  • #2 15 Lis 2009 10:18
    gomo
    Poziom 11  

    Fajny pomyśł.
    Ale ....
    Jaki jest materiał i kostrukcja rdzenia? Wymiary rdzenia, szerokość szceliny itd, itp.
    Od tego napewno zależy wiarygodność pomiaru.

  • #3 15 Lis 2009 17:25
    Paweł Es.
    Pomocny dla użytkowników

    Fajnie, przez rezystor 18Ω przy napięciu 12V płynie prąd:

    I=12V/18Ω=2/3 A

    przy tym prądzie, na rezystorze wydziela się moc:

    P=I^2*R=(2/3)^2*18=(4/9)*18=8W

    a zalecany rezystor ma moc 5W ... ciekawe czy reszta obwodu też jest tak precyzyjnie liczona ? ;)

  • #4 15 Lis 2009 17:48
    TokamakPl
    Poziom 16  

    Fajnie ale gdzie ten rezystor się znajduje? W układzie występuje tylko rezystor 18k. I skąd 12V przy zasilaniu 5V?

  • #5 15 Lis 2009 18:03
    Paweł Es.
    Pomocny dla użytkowników

    Był w opisie (do kalibracji) ale już go poprawiono na 10W ale dalej wymaganej tolerancji nie ma ;) obawiam się też, że podana metoda rozmagnesowania rdzenia też jest z sufitu wzięta, bo jakim prądem rozmagnesowywać (stałym, przemiennym, wartość, sposób zmian w czasie) i jak stwierdzić rozmagnesowanie to już nie podano
    :(

    Dalej też nie znamy materiału ani wymiarów rdzenia a bez tego to nie uruchomimy układu.

    Na schemacie jest 1mV odpowiada 1A, w tekście jest 100 mV -> 1A

    Co do kalibracji to zwykle robi się tak, że rezystor nastawny (nawet wieloobrotowy) ma dużo mniejszą (np. 10x) rezystancję niż szeregowy rezystor stały - ze względu na stabilność długoterminową.
    Powinno się najpierw dobrać przybliżoną wartość rezystancji w obwodzie sprzężenia wzmacniacza wyjściowego, potem wstawić tam rezystor np 1% i dopiero małym rezystorem dostrojczym doregulować układ. W oryginalnym układzie jest 5k nastawne i 1k stałe a powinno być odwrotnie (wedle kanonów sztuki)

  • #6 15 Lis 2009 22:13
    emaker
    Poziom 12  

    Rdzeń jaki użyto do przystawki to rdzeń toroidalny ze sproszkowanego żelaza o wymiarach 28 x 14 x 11 mm. Natomiast zjawisko namagnesowania występuje tutaj przy prądach DC o wartości powyżej 150 A. Namagnesowanie objawia się tym, iż na wyjściu przystawki pojawia się jakieś napięcie (prąd), nawet gdy w środku rdzenia nie umieszczono żadnego przewodu z prądem.

  • #7 16 Lis 2009 19:30
    Paweł Es.
    Pomocny dla użytkowników

    Dalsze uwagi (po przeczytaniu oryginału artykułu i pogrzebaniu w Internecie):

    Nie wolno mierzyć prądów w obwodach sieciowych gdzie przewód, w który mierzymy prąd, nie posiada izolacji dostosowanej do napięcia w przewodzie !

    1. Rezystory użyte do konstrukcji układu mają mieć tolerancję 1%

    2. Współczynnik przetwarzania przystawki to 1mV/1A a nie 100mV na 1A

    3. Maksymalny mierzony prąd stały to 150A (można teoretycznie do 900A ale wymaga to rozmagnesowania rdzenia po pomiarze)

    4. Maksymalny prąd przemienny to 630A (wartość skuteczna) - nie zaleca się przekraczania tej wartości.

    5. Liniowość układu wynosi 4% (w temperaturze 25 °C)

    6. Czujnik Halla musi być w wersji UGN3503U


    7. Rdzeń użyty w przystawcie to toroidalny rdzeń proszkowy dostosowany do zakresu częstotliwości od prądu stałego do 1MHz, rdzeń ma oznaczenie T106-26 (wg oznaczeń firmy Amidon) i jest dostępny w Elfie (nr art. 58-728-90) lub RTP 26.9 x 14.5 x 11 dostępny tu:

    http://www.inductors.pl/shop/product_info.php?products_id=139

    Rdzeń ma 27 mm średnicy a nie 28 (autor oryginału angielskiego rąbnął się w opisie)

    ważne: rdzeń ma mieć lakierowanie żółto-białe a nie żółte jak to widać na zdjęciach w oryginalnym artykule (rdzeń żółty jest do zakresu 100MHz do 300 MHz)

    Rdzeń musi zostać rozcięty na dwie części a czoła rozcięcia muszą zostać tak opracowane (oszlifowanie), by jedno łączenie przylegało dokładnie do siebie a drugie było dopasowane do grubości czujnika Halla.

    8. W rozwiązaniu oryginalnym rozcięty rdzeń był wklejony w szczęki metalowego zacisku (krokodyla ;) 50A, używanego do kabli akumulatorowych.

    Ze względu na to, że zacisk ten jest metalowy to hallotron jest montowany na zewnętrznej przerwie rdzenia (dalszej od osi krokodylka), by uniknąć zamykania się części strumienia magnetycznego rdzenia przez części metalowe szczęki zacisku.
    Jeżeli cała szczęka zostanie zrobiona z materiału niemagnetycznego to hallotron może być mocowany w szczelinie bliższej osi zacisku.

    Dodatkowo w szczelinie z hallotronem wklejone są dwa paski plastiku minimalnie grubsze od hallotronu, chroniące go przed uszkodzeniem przy gwałtownym zamknięciu szczęk.

    9. Przy użytkowaniu przystawki można zwiększyć jej czułość przez nawinięcie kilku zwojów przewodu wiodącego mierzony prąd na rdzeniu szczęki pomiarowej (oczywiście jeżeli grubość tego przewodu na to pozwoli).





    Jeżeli nawiniemy N zwojów, to rzeczywistą wartość mierzonego prądu uzyskujemy dzieląc wskazanie miernika podłączonego do przystawki przez N, czyli prąd mierzony wyniesie:

    $$I=1000*\frac{U}{N}$$

    I - prąd mierzony (wynik w amperach)
    N - ilość zwojów na rdzeniu pomiarowym (jeżeli przewód tylko raz przechodzi przez rdzeń to N=1)
    U - napięcie odczytane z miernika (w miliwoltach)

    10. Przed każdym pomiarem należy ustawić 0mV na woltomierzu regulując to potencjometrem VR3.

    Uwagi do tłumaczenia

    Cytat:
    Schemat przystawki cęgowego miernika prądu stałego lub zmiennego, składa się z toroidalnego rdzenia magnetycznego.


    To chyba trochę mało i nie po polsku !

    To nie schemat przystawki składa się z rdzenia tylko:

    Przystawka cęgowego miernika prądu składa się z: toroidalnego, dzielonego rdzenia proszkowego, czujnika Halla umieszczonego w szczelinie rdzenia i układu wzmacniacza kondycjonującego sygnał.

    Cytat:
    Gdy przewód przez który płynie prąd umieścimy w środku rdzenia magnetycznego, spowoduje to zmianę strumienia magnetycznego.


    Prąd płynący w przewodzie wytwarza wokół niego pole magnetyczne, a ze względu na znaczną różnicę przenikalności powietrza i materiału rdzenia większość tego pola skupi się w rdzeniu. Czujnik Halla mierzy indukcję w szczelinie rdzenia.

    Cytat:
    Prądowi 1 A odpowiada napięcie 100 mV na wyjściu przystawki.


    W artykule źródłowym 1A prądu mierzonego odpowiada 1mV na wyjściu przystawki !!!
    Tylko przy kalibracji, występuje współczynnik 100 wynikający z ilości zwojów cewki użytej do kalibracji.


    Cytat:
    Kalibrację układu rozpoczynamy od ustawienia 0.


    Zera wskazania na mierniku podłączonym do zacisków przystawki.

    Cytat:
    W polu magnetycznym nie może się znajdować żaden przewód z prądem.


    W jakim polu magnetycznym ????!!!! Przez rdzeń pomiarowy nie może przechodzić przewód ani rdzeń nie może się znajdować w pobliżu źródła (szczególnie zmiennego) pola magnetycznego.

    Co do kalibracji układu:

    Przy pierwszym zestrajaniu (podaję za oryginałem) należy ustawić potencjometr VR3 w środkowe położenie i ustawić wskazanie 0mV na mierniku (ustawionym na zakres miliwoltów) rezystorem nastawnym VR2.

    Do kalibracji używamy 100 zwojowej cewki nawiniętej na połówce rdzenia pomiarowego, drutem 0.5 mm² w emalii. Cewkę tę zasilamy przez rezystor 18Ω i mocy 10W ze źródła prądu stałego o napięciu 12V oraz amperomierz (im wyższej klasy tym lepiej) użyty do pomiaru prądu w obwodzie.

    Regulując rezystorem nastawnym VR1 (w obwodzie sprzężenia wzmacniacza) należy, na podłączonym do wyjścia przystawki woltomierzu, ustawić napięcie wynoszące

    $$\frac{1}{10}$$ wskazania amperomierza mierzącego prąd płynący przez cewkę kalibrująca.

    Powyższa procedura uniezależni nas od wpływu rozrzutu wartości użytego rezystora (małe są szanse, że wstrzelimy się dokładnie w wartość 18Ω rezystora dużej mocy jaki tu jest potrzebny) i dokładności ustawienia napięcia 12V. Można też użyć innych wartości rezystorów (powiedzmy od 15Ω do 24 Ω)

    Jako VR1 lepiej użyć potencjometru wieloobrotowego do montażu pionowego, da to większą precyzję regulacji i większą stabilność długoterminową tej kalibracji w stosunku do zwykłego potencjometru użytego w oryginalnym projekcie.

  • #8 17 Lis 2009 07:12
    ferr1
    Poziom 10  

    Czy ktoś ma opis przystawki z Przekładnikiem Prądowym np. z TME seria PPAC10xx ?

  • #9 17 Lis 2009 22:44
    zbychmg
    Poziom 28  

    Opisany układ pomiarowy obarczony jest nieliniowością i histerezą przetwornika halla. Lepszym rozwiązaniem jest pomiar prądu, którym równoważymy pole wytwarzane przez mierzony prąd, czyli czujnik halla służy do wykrywania zera pola. Nawijając przykładowo 100zw. drutem o przekroju 0,3mm2 i zasilając go ze źródła prądu -1 do +1A możemy mierzyć prąd do 100A. Źródło prądu możemy zasilać z wyjścia zaproponowanego powyżej układu. Przy szybkim źródle prądowym, układ może poprawnie kompensować zmiany mierzonego prądu nawet do kilku kHz.