Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Multimetr FlukeMultimetr Fluke
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

ArturAVS 24 Aug 2021 11:52 2187 34
  • Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka
    Wiele razy zdarza się że wpadają nam w ręce wyeksploatowane czy też uszkodzone aparaty elektryczne pochodzące z energetyki zawodowej czy też przemysłu. W swym pierwotnym zastosowaniu straciły swoją wartość funkcjonalną/użytkową i przeważnie kończą na złomowisku, nie znaczy to jednak że dla elektryka/elektronika amatora są bezwartościowe. Wręcz przeciwnie! Da się wykorzystać prawie wszystko zaoszczędzając przy tym pieniądze, począwszy od wszelakich obudów i złącz a skończywszy na miernikach, zasilaczach czy też falownikach. Ponieważ trafiło do mnie ostatnio trochę takiego sprzętu za przysłowiową "czapkę drobnych" a w zasadzie "Dziękuję" to postaram się opisać w kilku kolejnych artykułach możliwe wykorzystanie takich "gadżetów". Jako pierwsze opiszę tablicowe mierniki prądu i napięcia serii DC-72 gdyż "wpadły mi w oko" jako potencjalnie przydatne w budowanym właśnie systemie PV na potrzeby zasilania warsztatu. Zestaw mierników jaki do mnie trafił zawierał trzy woltomierze oraz trzy amperomierze wraz z przekładnikami 50/5A (na fotografii tytułowej woltomierz i dwa amperomierze oraz przekładnik).

    Oczywiście wszystkie sprawne :D, poniżej "panujące" u mnie napięcie zasilania;
    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Same mierniki dlatego wydały mi się przydatne ze względu że posiadają pamięć maksymalnej i minimalnej wartości mierzonej (Min/Max) a także w pewnym stopniu zapewniają możliwość konfiguracji pomiaru i wyświetlania (rodzaj przekładnika, dzielnika napięcia, skalowanie pomiaru, położenie punktu dziesiętnego etc.). Pomiar Max/min na pewno się przyda i o ile w przypadku AC (do którego są przystosowane mierniki) to nie problem, to DC? Hmmm, wpadł mi pomysł aby przeanalizować konstrukcję i ewentualnie wyrzucić prostownik pomiarowy co umożliwiłoby pomiar prądu i napięcia DC.

    Przyrządy są sygnowane jako RMS czyli mierzą wartość skuteczną;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Po "odpięciu" czterech zatrzasków trzymających tylną ściankę można "całą elektronikę" wyjąć na zewnątrz;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka


    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Jak widać różnice są niewielkie i dotyczą dzielników wejściowych oraz bocznika wewnętrznego (w przypadku amperomierza). Poniżej porównanie płyt obu mierników (górna to amperomierz), płyty czołowe (front paneli) są identyczne i tu już do eksperymentów "zdjęty" pomiarowy OP-Amp;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Różnice głównie widać na płycie zasilacza który poza samym zasilaczem zawiera również bocznik (dla amperomierza) oraz dzielniki napięciowe (dla woltomierza). Sam zasilacz to transformator sieciowy 2,5VA 230/9VAC + mostek i kondensator oraz LM317 w typowej aplikacji 5V.
    Widać czytelnie opisane pady przedniego panelu łączące go z płytką zasilacza;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Są to;
    • Vref (napięcie odniesienia)
    • AIn (Analog Input czyli wejście pomiarowe)
    • +Vm (zasilanie mikrokontrolera)
    • +Va (zasilanie części analogowej)
    • +Vd (zasilanie wyświetlaczy)



    Układ w obudowie SO-08 to TS922 czyli podwójny wzmacniacz operacyjny;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Mikrokontroler to MC68HRC908JK3CDW;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Moje nadzieje na potencjalne modyfikacje wzbudziły widoczne pod wyświetlaczami zworki konfiguracyjne sugerujące możliwość zmian trybu pracy;


    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Aby ułatwić sobie modyfikację pokusiłem się o przerysowanie z płytki fragmentu odpowiedzialnego za sygnał wejściowy;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    I tu niestety zawiodłem się w swoich oczekiwaniach, w układzie nie ma prostownika pomiarowego :-? Wzmacniacz operacyjny pełni oprócz wzmacniacza pomiarowego funkcję przesuwnika poziomu sygnału a źródło Vref jest odniesieniem dla sygnału mierzonego (sygnał mierzony jest podawany pomiędzy Vref i AIn). Daje to możliwość pomiaru pełnej sinusoidy dla przetwornika ADC kontrolera. Czyli RMS (wartość skuteczna) jest liczona programowo niestety i tu żadnych modyfikacji nie da się zrobić.

    Przelutowanie zworek z pozycji VA na Hz poza "obcięciem" ostatniej z prawej cyfry też nie wprowadza żadnych zmian. Po kilku godzinach prób i analiz moje nadzieje na modyfikację kilku mierników do pomiaru DC się rozwiały. A był plan użyć ich do pomiaru również po stronie DC instalacji PV.

    Cool! Ranking DIY
    Ethernet jednoparowy (SPE) - rozwiązania w przemyśle. Szkolenie 29.09.2021r. g. 11.00 Zarejestruj się za darmo
    About Author
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    Offline 
    Z wykształcenia technik RTV, z zamiłowania elektronik/elektrotechnik konstruktor.
    Has specialization in: kf, audio, elektronika truck, inne dziwne konstrukcje
    ArturAVS wrote 13101 posts with rating 2338, helped 1461 times. Live in city Grajewo. Been with us since 2005 year.
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • #2
    krzbor
    Level 22  
    Nie wiadomo jak są dokonywane obliczenia. Może się okazać, że wynik trzeba pomnożyć przez sqrt(2) (dla prądu stałego). Takie mnożenie powinno się dać wykonać zmieniając wartości dzielnika na wzmacniaczu operacyjnym.
  • #3
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    Teoretycznie masz rację jednak mierniki w ogóle nie reagują na prąd stały. Mam obawy że algorytm pomiarowy bierze też do obliczeń częstotliwość mierzonego napięcia.
  • #5
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    CosteC wrote:
    Tutaj się otwiera pole do eksperymentów

    Ja raczej myślę aby po zwymiarowaniu oryginalnej PCB zrobić drugą z jakimś bardziej cywilizowanym mikrokontrolerem i napisać własny soft. Ewentualnie przerysować kompletny schemat i po wylutowaniu Motoroli zaadaptować w jej miejsce np. ATMegę 32/328 etc. Zachowa się ładną oryginalną obudowę a funkcjonalność można w zasadzie dowolną zaimplementować. Nie ukrywam że byłoby fajnie wykorzystać chociaż obudowy gdyż w szafa w której były mierniki ma pomieścić całe sterowanie wraz z akumulatorami dla PV. Bez nich zostaną dziury :-(;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Akurat ładnie by pasowało dać od lewej; prąd i napięcie po inwerterze (przetwornicy), w środku prąd i napięcie DC akumulatorów, i z prawej prąd i napięcie sieciowe :D.
  • #6
    krzbor
    Level 22  
    ArturAVS wrote:
    Mam obawy że algorytm pomiarowy bierze też do obliczeń częstotliwość mierzonego napięcia.

    Niekoniecznie musi to być analiza częstotliwości. Prawdopodobnie analizuje amplitudę sygnału, a dla prądu stałego ta amplituda jest zerowa.
  • #7
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    krzbor wrote:
    Prawdopodobnie analizuje amplitudę sygnału, a dla prądu stałego ta amplituda jest zerowa.

    Być może w taki właśnie sposób jest to robione.
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • #9
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    CosteC wrote:
    a dziury w szafie są prawie pod analogowy miernik

    Akurat mierniki są z tej szafy :D i fajnie by było wykorzystać jednolite wzornictwo. O np. tak;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    Nie wiem tylko czy przy przewidywanych prądach (max. 5A) potrzebny przekładnik który był na wyposażeniu (50/5A), może lepiej podłączyć bezpośrednio?
  • #10
    maciej_333
    Level 36  
    krzbor wrote:
    Niekoniecznie musi to być analiza częstotliwości. Prawdopodobnie analizuje amplitudę sygnału, a dla prądu stałego ta amplituda jest zerowa.

    Zastanów się co piszesz. Amplituda to w rodzimej literaturze wartość maksymalna, zaś w anglosaskiej międzyszczytowa. Oczywiście dla napięcia stałego ta ostatnia wynosi 0. Jeżeli to faktycznie TRMS, to nie może on brać pod uwagę wartości maksymalnej, ponieważ współczynnik szczytu jest różny dla poszczególnych kształtów sygnału. Tutaj nie wyznacza się też widma sygnału poprzez FFT chyba, że może to mierzyć THD.

    Jak to jest więc robione? Mikrokontroler zbiera próbki z jednego, względnie kilku okresów sygnału i numerycznie oblicza wartość skuteczną na podstawie wzoru. Stąd oczywiście musi być na wejściu napięcie przemienne. Dzięki temu wykrywane są okresy (np. poprzez przejście przez zero) i układ działa niezależnie od częstotliwości sygnału wejściowego.

    ArturAVS wrote:
    I tu niestety zawiodłem się w swoich oczekiwaniach, w układzie nie ma prostownika pomiarowego

    To chyba oczywiste, że go nie ma, skoro nie ma analogowego przetwornika TRMS. Gdyby był prostownik, to mielibyśmy przetwornik wartości średniej wyprostowanej, skalowany w wartościach skutecznych dla jakiegoś wybranego kształtu sygnału (zwykle sinusoidalnego).

    CosteC wrote:
    Tutaj się otwiera pole do eksperymentów, jakby na wejście podać z generatora sygnał 50 Hz, a potem 55 Hz i zobaczyć czy dalej poprawnie liczy RMS :D czy tylko udaje.

    Też się nad tym zastanów. W ten sposób nie odróżnisz przetwornika TRMS od przetwornika wartości średniej wyprostowanej. Musiałbyś zmienić współczynnik kształtu, czyli podać np. przebieg trójkątny.

    Nie ma szansy na łatwe przerobienie tego układu do pomiaru napięcia stałego. Teoretycznie można podać na wejście sinusoidę ze składową stałą, czyli podać ten przebieg między Vref i Ain. Zaś na wejście wtórnika dać mierzone napięcie stałe, ale też byłby tu ograniczenia. Jednak zależność będzie oczywiście nieliniowa, bo Usk = √(U0² + U1²). Tutaj U0 to składowa stała, zaś U1 to wartość skuteczna składowej zmiennej. Inna możliwość to wykorzystanie jakiegoś wzmacniacza o regulowanym wzmocnieniu (np. VCA810). Jednak też się nie da bo wzmocnienie zależy nieliniowo od napięcia sterującego.
  • #11
    Janusz_kk
    Level 31  
    Ja bym rozrysował połączenia procka i go podmienił na własny. Byłoby trochę druciarstwa ale jednorazowego i na pewno prościej niż robić nowe pcb.
  • #12
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    Janusz_kk wrote:
    Byłoby trochę druciarstwa

    Co w moim przypadku jest niemożliwe do wykonania jedną sprawną ręką. Dlatego do byle czego muszę PCB robić (i to najlepiej SMD), zresztą o "protezie" pisałem;
    ArturAVS wrote:
    po wylutowaniu Motoroli zaadaptować w jej miejsce np. ATMegę 32/328 etc.
  • #13
    krzbor
    Level 22  
    maciej_333 wrote:
    Zastanów się co piszesz. Amplituda to w rodzimej literaturze wartość maksymalna, zaś w anglosaskiej międzyszczytowa. Oczywiście dla napięcia stałego ta ostatnia wynosi 0. Jeżeli to faktycznie TRMS, to nie może on brać pod uwagę wartości maksymalnej, ponieważ współczynnik szczytu jest różny dla poszczególnych kształtów sygnału.

    A gdzie Autor wątku napisał, ze to TRMS? Gdyby to był TRMS nie proponowałbym takiej metody. Układ to RMS i działa poprawnie dla wąskiego zakresu częstotliwości 45-65 Hz. Nie wiadomo zatem jak działa algorytm.
  • #14
    maciej_333
    Level 36  
    krzbor wrote:
    maciej_333 wrote:
    Zastanów się co piszesz. Amplituda to w rodzimej literaturze wartość maksymalna, zaś w anglosaskiej międzyszczytowa. Oczywiście dla napięcia stałego ta ostatnia wynosi 0. Jeżeli to faktycznie TRMS, to nie może on brać pod uwagę wartości maksymalnej, ponieważ współczynnik szczytu jest różny dla poszczególnych kształtów sygnału.

    A gdzie Autor wątku napisał, ze to TRMS? Gdyby to był TRMS nie proponowałbym takiej metody. Układ to RMS i działa poprawnie dla wąskiego zakresu częstotliwości 45-65 Hz. Nie wiadomo zatem jak działa algorytm.

    Gdyby było, jak piszesz, to zastosować dałoby się zwykły detektor szczytowy na wzmacniaczu operacyjnym. Wtedy też pasmo byłoby wielokrotnie większe. Nikt nie bawiłby się w próbkowanie sygnału przemiennego, gdyby tylko o to chodziło. W tym układzie jest pewnie niska częstotliwość próbkowania, albo sygnał jest traktowany jako pasmowy. Stąd takie ograniczenia. Absolutnie nic nie potwierdza Twojej dziwnej teorii.
  • #15
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    Panowie! Spokojnie! Jednoznacznie stwierdziłem że nie da się w prosty sposób zmodyfikować tych mierników dla DC i to powinno wystarczyć. Nie znając dokładnie algorytmu pomiaru "zaszytego" w sofcie mikrokontrolera można jedynie gdybać. Nota katalogowa serii DC72 mówi o prawdziwym True RMS;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka

    I w/g niej sygnał jest samplowany 32 razy/sekundę;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka
  • #17
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    maciej_333 wrote:
    Nie 32 razy na sekundę, tylko 32 razy na okres.

    Masz rację, tak z rozpędu napisałem tylko nota nie podaje dokładnie czy jest to okres mierzonego napięcia czy okres odczytu. Bo jeśli jest to okres odczytu (refresh rate, 1/s) to będzie 32/s.
  • #18
    maciej_333
    Level 36  
    ArturAVS wrote:
    maciej_333 wrote:
    Nie 32 razy na sekundę, tylko 32 razy na okres.

    Masz rację, tak z rozpędu napisałem tylko nota nie podaje dokładnie czy jest to okres mierzonego napięcia czy okres odczytu. Bo jeśli jest to okres odczytu (refresh rate, 1/s) to będzie 32/s.

    W innych miernikach jest to ileś razy na okres sygnału. Stąd piszą w dokumentacji, że np. może analizować widmo do 64 harmonicznej dla próbkowania 128 razy na okres (tego drugiego zwykle nie podają). Stąd dla USA i Europy będzie sobie sam dobierał odpowiednią częstotliwość próbkowania. Również, przy niewielkich wahaniach częstotliwości sobie to dopasuje. Ma to też znaczenie dla przecieku przy analizie FFT. Wprawdzie i to można korygować funkcjami okna, ale wzrośnie błąd przy wyznaczaniu wartości skutecznych harmonicznych i gorzej wyjdzie THD.
  • #19
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    Wpadł ni do głowy szatański plan :D Jak się zachowa miernik jeśli na wejście dostanie sygnał prostokątny? Mierzone napięcie stałe przełączane kluczami analogowymi z f=~50Hz. Pewnie trzeba by odseparować zasilanie dla kluczy ale tak mi przyszło na myśl...
  • #20
    Janusz_kk
    Level 31  
    Podłącz generator prostokątny i sprawdź :)
  • #21
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    Janusz_kk wrote:
    Podłącz generator prostokątny i sprawdź

    Tak też jutro zrobię.
  • #22
    maciej_333
    Level 36  
    ArturAVS wrote:
    Wpadł ni do głowy szatański plan :D Jak się zachowa miernik jeśli na wejście dostanie sygnał prostokątny? Mierzone napięcie stałe przełączane kluczami analogowymi z f=~50Hz. Pewnie trzeba by odseparować zasilanie dla kluczy ale tak mi przyszło na myśl...

    Wiadomo, że współczynnik kształtu i szczytu dla przebiegu prostokątnego wynosi 1. Stąd jego wartość skuteczna równa jest maksymalnej dla braku składowej stałej. Zatem jeśli kluczowaćby mierzone napięcie stałe ze współczynnikiem wypełnienia 50%, to faktycznie wskazanie byłoby równe kluczowanemu napięciu stałemu. W tym układzie jak ze schematu łatwo to zrobić. Wystarczyłby sygnał 50 Hz z zasilania, tranzystor i rezystor.
  • #23
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    maciej_333 wrote:
    Wystarczyłby sygnał 50 Hz z zasilania, tranzystor i rezystor.

    Też o tym pomyślałem tylko że "w pająku" nie jestem w stanie tego zbudować, muszę jakąś niewielką płyteczkę zaprojektować. Jak zadziałało to byłoby super bo te dwie dziury w szafie szarpią mi nerwy.
  • #25
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    jack63 wrote:
    Wg mnie lepszy jest trókąt, a w zasadzie piła "równoramienna".

    Hmmm... A rozjaśnij mi w jaki sposób uzyskać taki przebieg o zmiennej amplitudzie? Przy porannej kawie wyszło mi coś takiego;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka


    W moim układzie amplituda jest taka sama jak napięcie wejściowe a układ jedynie odwraca polaryzację dla wejścia pomiarowego. Zastanawiam się czy brak przejścia przez zero nie będzie problemem dla miernika? Dziś finito, jutro narysuję i zrobię płytkę tylko na 4013 bo 7474 "wyszły" :D.
  • #26
    jack63
    Level 43  
    ArturAVS wrote:
    rozjaśnij mi w jaki sposób uzyskać taki przebieg o zmiennej amplitudzie?

    Wiesz, ja jestem słaby z elektroniki więc zamiast niej użyłbym... karty dźwiękowej i wzmacniacza audio.
    Przebieg o prawie dowolnym kształcie zapewnia karta dźwiękowa z jakimś programem audio (np Audacity) a wzmocnienie do większych amplitud wzmacniacz.
    Chyba to łatwiejsze do wykonania niż pcb.
    A trójkąt ma znany RMS i można go porównać z wartością wskazaną przez miernik.
    Natomiast amperomierz w ogóle się nie nadaje do DC. Dla prądów większych niż 5A już w ogóle, bo używany jest przekładnik prądowy.
    Uzyskanie większych prądów o znanych parametrach jest trudniejsze niż napięć. Potrzebny na prawdę duży wzmacniacz.
  • #27
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    jack63 wrote:
    Natomiast amperomierz w ogóle się nie nadaje do DC. Dla prądów większych niż 5A już w ogóle, bo używany jest przekładnik prądowy.

    1. Amperomierz ma wbudowany bocznik dla 5A (można wykorzystać inny)
    2. Dodatkowo posiada wewnętrzny dzielnik (tak samo jak woltomierz) dla napięcia uzyskiwanego z bocznika
    3. Żaden wzmacniacz nie jest potrzebny
    4. Zarówno woltomierz jak i amperomierz są "skalowalne" przez użytkownika

    jack63 wrote:
    Wiesz, ja jestem słaby z elektroniki więc zamiast niej użyłbym... karty dźwiękowej i wzmacniacza audio.

    Widzisz, tylko nie chodzi o to żeby pobawić się miernikami tylko tak je zmodyfikować aby dały się praktycznie wykorzystać do DC (i żeby układ modyfikujący zmieścił się w oryginalnej obudowie).
  • #28
    krzbor
    Level 22  
    ArturAVS wrote:
    Zastanawiam się czy brak przejścia przez zero nie będzie problemem dla miernika?
    Myślę, że nie będzie to problemem - wejście analogowe przetwornika A/C pracuje w zakresie 0-Vcc. Rzeczywiste 0 odpowiada Vcc/2, a to napięcie nie jest nawet podawane do przetwornika A/C. Przypuszczam, że oprogramowanie analizuje po prostu amplitudę sygnału. Nie zdziwię się jeśli zakłada, że to jest sinus - ale to łatwo sprawdzić - jeśli układ ożyje po użyciu Twojego układu, a pokazywany wynik będzie zaniżony o sqrt(2), to po prostu trafiłem :) W takim przypadku wystarczy zmienić współczynnik wzmocnienia wzmacniacza operacyjnego, aby uzyskać poprawne wyniki. Jeśli jednak układ bardziej dokładnie analizuje przebieg, to rozwiązaniem może być użycie np. NE555 w roli generatora i "zabawa" ze współczynnikiem wypełnienia.
  • #29
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    Zamiast TTL'i całkowicie CMOS, 4013 i w roli przełącznika 4053 (4066 wymagałby kilku zworek), płytka tak "na luzie";

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka


    I zaraz do naświetlania oraz trawienia.
  • #30
    ArturAVS
    Moderator of HydePark/Cars
    No i niestety, przy braku przejścia przez zero miernik nie reaguje na sygnał wejściowy. Żeby nie było; na pierwszy test poszedł woltomierz, dzielnik wejściowy z dolutowanym rezystorem 10k równolegle do 1,2M. Przy podawaniu na wejście sygnałów z generatora laboratoryjnego które "przechodzą przez zero" czyli sinus, trójkąt, trapezoid itp. mierzy dość ładnie (wymaga kalibracji dzielnik wejściowy i sam miernik). Przy sygnale prostokątnym na wyświetlaczu 0000, wychodzi na to że algorytm pomiarowy sprawdza to przejście przez zero. Poniżej płytka "modyfikatora" pomiaru zamontowana do wspornika płyty z wyświetlaczami;

    Panelowe mierniki prądu i napięcia AC serii DC-72, zaglądamy do środka


    Muszę obmyśleć układ który w przerwach między dodatnią a ujemną połówką będzie symulował "zero". Można byłoby trochę zmodyfikować ten układ, ale synchronizacja z siecią obniży częstotliwość wypadkową na wyjściu do 25Hz a to zbyt mało dla miernika. Potrzebny dodatkowy generator około 200Hz.