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

Przystawka do multimetru do pomiaru małych prądów

Kubald 26 Mar 2013 20:53 10659 11
  • Przystawka do multimetru do pomiaru małych prądów

    Do pomiaru prądów w zakresie mikro- i nanoamperów doskonale sprawdzi się amperomierz z przetwornikiem aktywnym. Ze względu na bardzo duże wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego, spadek napięcia podczas pomiarów amperomierzem z przetwornikiem aktywnym może zostać pominięty. Dzięki temu wyniki pomiarów są dużo bardziej dokładniejsze, niż w przypadku amperomierzy z bocznikiem. Ponieważ spadek napięcia w przetworniku aktywnym jest bliski zeru, można również pominąć wpływ wahań napięcia zasilania na działanie urządzenia.

    Typowy przykład amperomierza z przetwornikiem aktywnym znajduje się poniżej:


    Przystawka do multimetru do pomiaru małych prądów

    gdzie, w warunkach idealnych, napięcie wyjściowe wynosi $$V_0=-I_{in}R$$. Dla tej zależności, aby pozostawała spełniona w warunkach rzeczywistych, wejściowe napięcie niezrównoważenia powinno być bardzo małe, a wejściowy prąd polaryzujący pomijalny. Parametry te stają się szczególnie istotne, kiedy chodzi o pomiary prądów rzędu pikoamper, na których wynik będzie miał wpływ właśnie wejściowy prąd polaryzujący. Znane są przykłady pikoamperomierzy zbudowanych w oparciu o układ LMC662. Zgodnie z notą katalogową, układ powinien być dobry do tego celu, ponieważ charakteryzuje się bardzo niskim wejściowym prądem polaryzującym, rzędu 2 femtoamperów.

    Autor w swoim urządzeniu wykorzystał zaś wzmacniacz TS1001 firmy Touch Stone, co dla wielu może być urządzeniem. Układ ma raczej pośrednie parametry (np. wejściowe napięcie niezrównoważenia 0,5 mV, współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego (CMRR) i współczynnik tłumienia wpływu zasilania wynoszące 74dB, iloczyn wzmocnienia i częstotliwości granicznej (GBWP) wynoszący 4 kHz) i na pierwszy rzut oka nie nadaje się do pomiaru tak małych prądów. Ale cechą, która wyróżnia układ TS1001 jest wyjątkowo niski pobór mocy, układ pracuje prawidłowo już przy zasilaniu 0,8V i pobiera zaledwie 0,8 µA prądu. Układ sprawdzi się więc doskonale w urządzeniach bateryjnych, a pobór prądu jest tak mały, że można nawet nie stosować wyłącznika!

    TS1001 cechuje się też względnie małym wejściowym prądem polaryzującym, który wynosi typowo 25 pA. Jest to wartość kompletnie pomijalna, jeśli chodzi o pomiar prądu w zakresie nanoamperów. Mimo że układ ma dość duże wejściowe napięcie niezrównoważenia, problem ten może zostać zniwelowany w czasie obróbki danych pomiarowych, np. stosując zerowanie w multimetrze. Ponieważ wejściowe napięcie niezrównoważenia jest stałe podczas pomiaru, dokładność nie ucierpi wskutek wyeliminowania tej wartości właśnie poprzez zerowanie.

    Na poniższym schemacie można zobaczyć amperomierz z przetwornikiem aktywnym oparty o układ TS1001. Stosując podane wartości rezystorów osiąga się – w czterech podzakresach – rozdzielczości od 1 mA/V do 1 µA/V. Stosując popularny multimetr 3 i ½ cyfry, można z powodzeniem mierzyć prądy w zakresie nanoamperów. Jak wspomniano wcześniej, wejściowy prąd niezrównoważenia wzmacniacza TS1001 wynosi 25 pA, stąd rozmyślnie wybrano najniższy zakres jako 1 µA/V.

    Przystawka do multimetru do pomiaru małych prądów

    Wzmacniacz może być zasilany pojedynczym napięciem bądź wykorzystywać wirtualną masę. W przypadku zasilania napięciem niesymetrycznym, mierzony prąd musi wpływać do wejścia nieodwracającego wzmacniacza, aby na wyjściu pojawiło się napięcie. Takie rozwiązanie jest więc korzystniejsze dla pomiarów prądów stałych, gdzie polaryzacja prądu może być z góry określona. Używając zasilania z wirtualną masą, jak pokazano na schemacie poniżej, pozwala mierzyć prądy stałe i zmienne. Każdorazowo układ można zasilać z jednej, 1,5-woltowej, baterii.

    Przystawka do multimetru do pomiaru małych prądów

    Ponieważ układ ma dość niski iloczyn wzmocnienia i częstotliwości granicznej, mierzyć można jedynie prądy o niewielkiej zmienności (na przykład do 60 Hz). Należy też pamiętać, że w przypadku stosowania rozwiązania z wirtualną masą napięcie na wyjściu nigdy nie będzie wyższe na moduł niż połowa napięcia zasilania.

    Precyzja zastosowanych rezystorów decyduje o dokładności całego miernika. Autor ręcznie wybrał rezystory, które cechowały się tolerancją 0,1%. Ważne jest też, aby zastosować rezystory o niskim współczynniku temperaturowym.

    Poniżej można zobaczyć miernik, który wykonał autor. Całość zasilana jest z jednej baterii, i ponieważ służy tylko do pomiaru prądów stałych, zrezygnowano z zasilania z wirtualną masą.

    Przystawka do multimetru do pomiaru małych prądów

    Tak długo, jak użytkownik zdaje sobie sprawę z ograniczeń zastosowanego wzmacniacza, miernik będzie sprawował się dobrze. W przypadku konieczności pomiarów niższych prądów lub przy wyższych częstotliwościach, można wybrać inny wzmacniacz operacyjny – np. AD8603 jest zgodny pod względem wyprowadzeń z TS1001, a może być użyty już do pomiarów prądów w zakresie pikoamperów.

    Źródło

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Kubald
    Poziom 15  
    Offline 
    Specjalizuje się w: spektroskopia exafs/xanes, uc, it
    Kubald napisał 188 postów o ocenie 79, pomógł 0 razy. Mieszka w mieście Kraków. Jest z nami od 2004 roku.
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • #2
    Roofi_PL
    Poziom 9  
    Czy wie może Kolega w jaki sposób Autor zamocował przewody do ogniwa zasilającego ?
    W fabrycznych konstrukcjach połączenia takie są zgrzewane ale wątpię aby Autor posiadał do tego sprzęt...
  • #3
    Kubald
    Poziom 15  
    W oryginale nic nie ma na ten temat, ale na moje oko wygląda, jakby były jakoś dolutowane? Może odpowiednia ilość kwasu pomogła. :)
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • #4
    superhiro2
    Poziom 15  
    Kubald napisał:


    Przystawka do multimetru do pomiaru małych prądów

    Przystawka do multimetru do pomiaru małych prądów


    To ja już w końcu nie wiem nic...

    Czy ten pierwszy schemat jest prawidłowy po podłączeniu zasilania czy w tym drugim mam dodać złącza i on jest ostateczny.
    Wg. Dodając jakiś projekt powinniśmy dodawać schemat końcowy (w tym przypadku dla zasilania symetrycznego i niesymetrycznego)

    Mam jeszcze jedno pytanie. Czy układ można zasilać z dwóch baterii?
  • #5
    Kubald
    Poziom 15  
    Ten pierwszy schemat dotyczy zasilania niesymetrycznego, do pomiaru prądów stałych, podłącza się wtedy masę do końcówki VS-, a +1,5V do końcówki VS+ wzmacniacza TS1001. Drugie rozwiązanie stosuje się, kiedy chce się mierzyć też prądy zmienne. A co do maksymalnych napięć dla TS1001, wystarczy zerknąć do noty katalogowej :-)
  • #6
    kedzi1
    Poziom 18  
    Drugi schemat przedstawia układ sztucznej masy, czyli wyjście VGND (połowa zasilania). Jak widzisz VGND potrzebne jest na pierwszym schemacie. Oba schematy to kompletne urządzenie.
  • #7
    c4r0
    Poziom 36  
    Oba schematy należy połączyć, ale skoro cały wzmacniacz i tak zasilany jest bateryjnie to nie widzę potrzeby robienia tej sztucznej masy. Można dać dwa paluszki 1.5V i mieć prawdziwą masę. No ale jak komu wygodniej. Generalnie fajny projekt, ciekaw jestem na ile jest odporny na zakłócenia i jak spisuje się szumowo.
  • #8
    Dariusz Goliński
    Poziom 22  
    To ja może inaczej, a jak galwanicznie zmierzyć prąd z zakresu 0 - 20 mA ?
  • #10
    Dariusz Goliński
    Poziom 22  
    Potrzebuje dokonywać pomiaru prądu do 20mA ale układ pomiarowy nie może być połączony z układem mierzonym. Myślałem o czujnikach hala firmy alegro ale najmniejszy jaki mają to 1 A, więc rozdzielczość w interesującym mnie zakresie za mała.
  • #11
    tymek95
    Poziom 15  
    A jakby tą ''przystawke'' podłączyć do cęg multimetru?
  • #12
    c4r0
    Poziom 36  
    W tym temacie mowa jest o pomiarze małych prądów bez separacji galwanicznej, a ty pytasz o separację pomiaru 20mA - gdzie tu jakiś związek? To tego powinien być oddzielny temat. Moim zdaniem 20mA to za mały prąd żeby mierzyć go na zasadzie pomiaru pola magnetycznego. Możesz zrobić prosty układzik do separacji oparty na transoptorze z podwójnym odbiornikiem. Coś takiego jak tutaj w poście #6:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=3813587#3813587