Цифровой ампервольтметр с гальванической развязкой каналов измерения

Измерительная плата тока/напряжения с гальванической развязкой

Цифровой ампервольтметр с гальванической развязкой каналов измерения

Данная плата разрабатывалась для использования в качестве измерительно-преобразовательной платы в составе
ваттметра на базе микроконтроллера. Разработка цифровой части схемы в данный момент затормозилась по разным причинам, но измерительная часть разработана, изготовлена и отлажена.

В качестве токоизмерителя был применён преобразователь тока HA 15-NP/SP2, принцип действия которого основан на эффекте холла.

Даташит на преобразователь можно скачать по ссылке. Там данные на преобразователи HA 10-NP/SP2 и HA 25-NP/SP2. Исходя из этих данных определяем параметры своего преобразователя.

Возможны два способа включения первичных цепей преобразователя — последовательное и параллельное.

В моём устройстве я предусмотрел возможность переключения диапазонов измерения (то есть первичных цепей преобразователя).

Переключение производится двумя реле в определённой последовательности, чтобы не допустить возможность прерывания нагрузки в момент переключения диапазона измерения. В качестве ключей для управления реле использованы транзисторы КТ817.

Измерения «на столе» показали — при протекании нулевого тока через первичную цепь напряжение на выходе преобразователя 2.5V.
При появлении тока (положительного либо отрицательного) напряжение на выходе изменяется относительно этого уровня на 0.

4 Вольт на Ампер входного тока при последовательном включении входных цепей и на 0.2 Вольт на ампер входного тока при параллельном включении. Всё это при хорошей линейности в широком диапазоне измерительных токов.

Исходя из этих данных позже и будет разработана программа контроллера для измерения мгновенных значений потребляемого тока.

Для измерения напряжения было решено использовать гальваническую развязку входа и выхода. для этого была использована высоколинейная оптопара IL300 с дополнительным фотодиодом для организации обратной связи с целью дополнительной линеаризации характеристики.
Даташит на оптопару IL300 качаем по ссылке.

Вот рекомендованные варианты схемы включения этой оптопары для обеспечения гальванической развязки операционных усилителей.

Полная измерительная схема напряжения такова:

Для увеличения — кликни на изображении

Первые три операционных усилителя запитаны от отдельного изолированного источника питания. Это сделано для гальванической развязки выхода измерительной схемы от входного напряжения.

На первом операционном усилителе формируется напряжение смещения, второй служит усилителем, потенциометром VR1 выставляется рабочая точка. Третий операционный усилитель подаёт напряжение на светодоид оптопары.

Он охвачен обратной связью от вспомогательного фотодиода оптопары для обеспечения линейности характеристики.
После оптопары каскад на операционном усилителе формирует необходимую амплитуду выходного напряжения (регулируется VR2).

 Конденсаторы С2,С3,С4 необходимы для устраннения возможного самовозбуждения на высоких частотах (порядка мгц). У меня такое самовозбуждение имело место.

Плата устройства имеет следующий вид:

Для увеличения — кликни на картинке

скачать в формате *.lay можно по ссылке.
Схема источника питания устройства стандартна и в пояснениях не нуждается.

Плата была изготовлена следующая (временный выриант):

Для увеличения — кликни на картинке

скачать в формате *.lay можно по ссылке.

Вот внешний вид измерительной платы (на этом варианте ещё отсутствуют конденсаторы С2-С4):

И вид её снизу:

а так же плата источника питания:

И внешний вид временно собранного для отладки и экспериментов «бутерброда».

Источник: https://frompinskto.wordpress.com/2014/07/15/measuring/

Гальванически развязанный AC-DC датчик напряжения для АЦП

by Radiolomator · 12.01.2015

В продолжение статьи об измерении тока, хотелось бы рассказать и сделать, что ни будь подобное для измерения напряжения. Проблема остаётся все той же, часто возникает необходимость увидеть форму того или иного сигнала, но когда этот сигнал высоковольтный, то не так-то просто это сделать.

Во-первых, не у всех измерительных приборов, осциллографов или АЦП, входные каскады рассчитаны на высокие напряжения. А во-вторых, всегда нужно гальванически развязать ваш измерительный прибор и силовую часть схемы. Итак, начнём с того, что амплитуда напряжение, которое оцифровывает АЦП, намного ниже чем, например 110, 220, 380 вольт.

Поэтому необходимо понизить напряжение, приходящее на каналы АЦП. Для этого используем резистивный делитель напряжения.

Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора, подключённые к источнику напряжения. Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с первым законом Кирхгофа. А падение напряжения на каждом резисторе согласно закону Ома будет пропорционально сопротивлению.

Следует обратить внимание, что сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, так, чтобы в расчетах этим сопротивлением, включенным параллельно R1 можно было бы пренебречь.

Но оно и не должно быть слишком малым, так как вы будете подключать делитель параллельно основной нагрузке и поэтому, он должен производить наименьшее влияние на нагрузку.

Необходимо подобрать напряжение U1 таким образом, чтобы его можно было оцифровать с помощью АЦП, например, это будет 2,5 вольт.

Думаю, вы согласитесь со мной, что было бы хорошо одним прибором мониторить сигнал любой формы, будь то переменное напряжение или постоянное.

Но переменный ток изменяется по синусоидальному закону и имеет отрицательные и положительные полуволны, а так как АЦП контроллера работает от однополярного напряжения, то оцифровать сигнал отрицательной полуволны будет невозможно.

Поступим так же как поступили разработчики датчика тока ACS750, сместим ось абсцисс в положительную сторону относительно нуля на 2,5 вольта. Для этого используем операционный усилитель, в качестве инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления равным единице.

Для этого резисторы R1 и R2 должны быть с одинаковым номиналом, и как уже упоминалось выше, сопротивление нагрузки делителя напряжения должно быть много больше собственного сопротивления делителя, поэтому их номиналы должны быть больше чем номиналы резисторов делителя, например, 1 МОм.

В качестве операционного усилителя можно использовать микросхему LM358, она простая, надёжная и в одном корпусе имеет два операционных усилителя. Подав на прямой вход ОУ +1.25 вольта, мы сместим сигнал Vin на 2,5 вольта относительно оси абсцисс.
Теперь объединим резистивный делитель напряжения и инвертирующий усилитель.

Делитель напряжения и операционный усилитель настроены так, что если на вход Vin подать напряжение от -500 до 500 вольт, то на выходе Vout мы получим идентичный сигнал по характеру изменения, но только уже от 2,5 до 5 вольт и от 2,5 до 0 вольт.

Именно за счет этого смещения на 2,5 вольта данная схема позволит измерять как постоянное, так и переменное напряжение, то есть сигнал любой формы в диапазоне от -500 до +500 вольт.

Ниже представлена диаграмма напряжения синусоидальной формы, амплитудой 500 вольт , преобразованная данной схемой .

Теперь осталось сделать гальваническую развязку, чтобы со спокойной душой и чистой совестью можно было лезть к высокому напряжению.

Для этого можно было бы использовать уже готовые ОУ с опторазвязками, но они или имеют фиксированный коэффициент усиления или не доступны для покупки. Идеальным решением, на мой взгляд, будет использовать оптопару с линейной зависимостью типа IL300.

Линейности в ней добиваются за счёт того, что она содержит в себе два одинаковых фотодиода К1 и К2, что видно на рисунке ниже.

Один фотодиод используется для обратной связи по входу оптопары. Таким образом, используя операционный усилитель, можно регулировать ток светодиода и добиться максимальной линейности.

Вот тут мы и используем второй операционный усилитель микросхемы LM358.
На рисунке ниже изображена типичная схема подключения.

В качестве входного сигнала для неё будет использоваться выходной сигнал преобразователя рассмотренного выше, Vout.

Таким образом, на выходе Vo мы получим сигнал идентичный сигналу на входе Va.

Напомню, что изображенный на первых рисунках усилитель OP1 является инвертирующим, а это значит, что на выходе Vout, самой первой схемы, мы получаем «зеркальное отражение» измеряемого сигнала, это необходимо учесть и исправить.

Поэтому завершением всей схемы так же должен стать инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления равным единице. Добавим к типичной схеме, изображенной выше, инвертирующий усилитель.

Объединив всё вышеизложенные решения, получим следующую схему.

На видео, синим цветом, изображена диаграмма напряжения на выходе Vo, эквивалентная входному напряжению Vin, изображенного красным цветом.

В ближайшем времени я обязательно разведу печатную палату и попробую проверить данный девайс на практике.

Так же смотрите статьи по программированию MSP430, в которых я расскажу, как работать с данным контроллером и как с его помощью оцифровать подобный аналоговый сигнал.

Источник: http://redblot.ru/archives/406

Вольтметр на микроконтроллере AVR на 6 каналов измерения напряжения

Дистанционный вольтметр на микроконтроллере AVR – устройство, позволяющее удалённо измерять уровень переменных напряжений от нескольких источников (в данном исполнении – 6 каналов) и отображать полученные данные на шести дисплеях, каждый из которых это трёхразрядный семисегментный индикатор.

Цифровой вольтметр на AVR обеспечивает постоянный контроль энергоснабжения оборудования, которое расположено на некотором расстоянии от рабочего места оператора. Сейчас устройство используется для измерения напряжения трех фаз на входе и на выходе промышленного нормализатора напряжения – трехфазного стабилизатора.

Место оператора удалено от стабилизатора на расстояние около 800м.

Конструкция цифрового вольтметра представляет собой два модуля:

  • модуль измерения и передачи, расположенного непосредственно в месте измерения;
  • модуль приёма и отображения, установлен на рабочем месте оператора.

Соединение частей вольтметра выполнено обычной телефонной парой (лапшой). Для повышения устойчивости канала связи к радиопомехам может быть использована витая пара. Линия связи имеет гальваническую развязку от других элементов устройства, которые находятся под высоким напряжением, данные по каналу связи передаются токовым сигналом, величиной до 30мА.

Характеристики устройства:

  • Диапазон измеряемых напряжений: 100 – 330В переменного тока;
  • Частота измеряемых напряжений: 50Гц;
  • Частота измерений: 0,5 сек. (частота обновления измеряемых значений по 6 каналам);
  • Напряжение оперативного питания модуля приёма и отображения: 7 – 25В постоянного тока;
  • Уровень гальванической развязки модулей: 5,0кВ;
  • Погрешность измерения напряжения: ±1,5%.

Принципиальная схема модуля измерения и передачи:

В схеме цифрового вольтметра преобразование аналогового сигнала в цифровой производится с помощью АЦП, на базе микроконтроллера AVR – ATmega8. Измерение действующего значения напряжения реализовано на алгоритме определения пика синусоидального сигнала с последующим умножением его на амплитудный коэффициент синусоиды.

Оперативное питание модуля измерения и передачи цифрового вольтметра обеспечивается бестрансформаторным блоком питания от одного из каналов измеряемого напряжения, в данной схеме от первого канала. Уровень напряжения в канале должен быть не менее 90В – минимальный уровень напряжения, при котором сохраняется работоспособность модуля.

Индикация работы линии связи между модулями устройства обеспечивается светодиодом HL1, расположенным в модуле измерения.

Принципиальная схема модуля приёма и индикации цифрового вольтметра:

Оперативное питание модуля приёма и отображения обеспечивается внешним источником 7-25В постоянного тока. При нормальном функционировании вольтметра на AVR индикаторы отображают значения измеряемых напряжений.

При нарушении канала связи или неисправности модуля измерения и передачи, то есть при отсутствии поступления данных от измерительного модуля в течении более 2-х периодов обновления данных (около 1,4 сек.) на индикаторах отображается – “Err”. При восстановлении связи индикация восстанавливается автоматически.

Падение уровня напряжения на любом из каналов, за исключением первого, ниже 100В, вызывает отображение на соответствующем индикаторе прочерков “—”, а на остальных индикаторах выводятся измеряемые значения напряжений, соответственно.

Вольтметр на микроконтроллере AVR может производить измерения уровня не только переменного, но и постоянного тока.

В случае необходимости измерения напряжение постоянного тока по всем или только нескольким каналам, достаточно внести незначительные изменения в микропрограмму контроллера модуля измерения и передачи и вероятно изменить номиналы резисторов R5-R10 и R11-R16, на которых выполнены делители напряжения.

Микропрограммы контроллеров, макеты печатных плат в формате LAY (SprintLayout), и фотографии готового устройства можно скачать ниже.

Список файлов

Архив с материалами

Микропрограммы контроллеров, макеты плат и фотографии готового устройства

Источник: http://imolodec.com/measurements/voltmetr-na-mikrokontrollere-avr-na-6-kanalov-izmereniya-napryazheniya

Цифровой ваттметр переменного тока

electro-labs.com

Каждый, наверное, когда-нибудь задумывался над вопросом, сколько потребляет тот или иной бытовой электроприбор.

Например, сколько энергии потребляет телевизор в дежурном режиме? Как изменяется энергопотребление холодильника в различных режимах работы? Для этих целей вам потребуется ваттметр переменного тока, и в статье мы подробно рассмотрим конструкцию одного из вариантов прибора (Рисунок 1).

Рисунок 1. Цифровой ваттметр переменного тока.

Разрабатывать такие приборы для постоянного тока  не имеет смысла ввиду того, что в этом случае все очень просто вычисляется с помощью известных законов и математических формул, при этом из измерительных приборов потребуется только амперметр.

Для переменного тока все немного сложнее и раньше аналоговые ваттметры для переменного тока, хоть и обеспечивали высокую точность, были сложны в производстве, не говоря уже о цифровых ваттметрах и возможности сборки подобных приборов в домашних условиях.

Современные технологии и элементная база позволяют проектировать многофункциональные устройства при минимальных затратах. Дешевые микроконтроллеры (МК) с богатой периферией и мощными вычислительными способностями заметно упрощают создание различных систем автоматизации и управления.

Интегрированная прецизионная аналоговая периферия, а в некоторых МК и подсистема цифровой обработки сигналов, дают возможность разрабатывать многофункциональные измерительные приборы.

Цифровой ваттметр, конструкцию которого мы рассмотрим, предназначен для измерения потребляемой мощности устройств, подключенных к сети переменного напряжения 207 – 235 В / 50 Гц.

Основным элементом ваттметра является 8-разрядный PIC микроконтроллер компании Microchip серии PIC18F252, который с помощью внешних АЦП выполняет измерение протекающег через нагрузку тока, напряжения на нагрузке, вычисляет действующее значение напряжения (эффективное значение) в сети, действующее значение тока и среднее значение потребляемой мощности. Все указанные параметры отображаются на двухстрочном символьном ЖК индикаторе.

Читайте также:  Цифровой генератор шума для акустических измерений

Прибор не имеет отдельного источника питания. Используется встроенный сетевой блок питания, благодаря чему микроконтроллерная часть прибора полностью изолирована от аналоговых узлов, находящихся под напряжением сети.

Принципиальная схема

Схема и проект печатной платы разработаны в бесплатной среде проектирования SoloPCB tools. Принципиальная схема прибора изображена на Рисунке 2. Полный список примененных компонентов приведен в Таблице 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема цифрового ваттметрапеременного тока.

Для вычисления потребляемой мощности нам необходимо знать напряжение на нагрузке и потребляемый нагрузкой ток.

Напряжение, которое должно быть измерено, является напряжением сети переменного тока, поэтому необходимо учитывать, что оно может быть в диапазоне 207 В – 253 В.

С целью повышения точности измерений необходимо выполнять измерение напряжения сети, а не использовать в расчетах фиксированное среднее значение 230 В.

Линии сети электропитания подключаются к разъему J1 (AC IN, вход переменного напряжения). Аналоговый узел для измерения напряжения сети состоит из резистивного делителя (R1, R2 R3), прецизионного источника опорного напряжения (U3) и АЦП (U5).

Резистивный делитель, включенный между фазой и нейтралью, предназначен для понижающего масштабирования напряжения с коэффициентом R1/(R1+R2+R3)=1/201. Таким образом мы понижаем пиковое значение напряжения величиной ±320 В в уровня ±1.59 В.

Затем с помощью источника опорного напряжения REF03 (Analog Devices) мы задаем смещение этого напряжения вверх на величину 2.5 В, и в результате диапазон ±320 В будет соответствовать входному диапазону АЦП 0.91 В – 4.09 В.

После масштабирования и смещения напряжение на резисторе R2 считывается аналого-цифровым преобразователем (U5) MCP3202 (Microchip) и передается в 12-разрядном формате по интерфейсу SPI в микроконтроллер.

Для изолирования микроконтроллера от аналоговых узлов используются высокоскоростные оптопары HCPL-0630. Второй канал АЦП используется для измерения опорного напряжения 2.

5 В – это значение будет использоваться в качестве поправочного коэффициента в расчетах.

Линии сети переменного тока, нейтраль и заземление от разъема J1 непосредственно подключаются к выходному разъему J2 (AC OUT), линия фазы проходит через датчик тока (U4) ACS712-20A компании Allegro.

Это малошумящий аналоговый датчик тока на основе эффекта Холла с гальванической развязкой от измеряемой линии и возможностью измерения постоянного и переменного тока. Для повышения шумовых характеристик и точности измерений имеется вывод для подключения фильтрующего конденсатора.

При нулевом токе выходное напряжение датчика составляет 2.5 В. При протекании тока через выводы IP+ и IP- выходное напряжение датчика меняется в соответствии с масштабным коэффициентом 100 мВ/А, следовательно, при протекающем токе +20 А выходное напряжение составит 4.5 В и 0.5 В при токе -20 А.

Аналоговое значение датчика тока преобразуется в цифровую форму с помощью еще одной микросхемы АЦП MCP3202.

Датчик тока имеет диапазон измерений ±20 А, но, учитывая ограничения по току для разъемов и держателя предохранителя, узел измерения переменного тока защищен предохранителем 16 А, включенным в фазовую линию.

Для питания аналоговых узлов и микроконтроллерной части используется трансформаторный блок питания (Рисунок 3). Трансформатор имеет две идентичные вторичные обмотки, с которых снимается переменное напряжение 6 В. Далее напряжение выпрямляется и стабилизируется с помощью микросхемы 78L05 (U1, U2) с типовой схемой включения. Светодиоды D2 и D3 предназначены для индикации напряжения питания.

Рисунок 3. Входной и выходной разъемы, трансформаторблока питания ваттметра.

В ваттметре используется 8-разрядный МК PIC18F252. Он выполняет считывание значений напряжения и тока, выполняет вычисление их среднеквадратичных значений и среднее значение потребляемой мощности. Непосредственно к МК подключен ЖК индикатор, на котором отображаются указанные значения.

Может использоваться как 4-, так и 8-битный режим работы. Для работы с внешними АЦП используется интегрированный в МК модуль SPI интерфейса. Несмотря на то, что в схеме используется кварцевый резонатор 20 МГц, микроконтроллер тактируется частотой 5 МГц.

Для программирования микроконтроллера предусмотрен разъем ICSP (J3) (Рисунок 4).

Рисунок 4. Микроконтроллер, АЦП, элементы гальваническойразвязки на печатной плате ваттметра.

Таблица 1. Список использованных компонентов.

Обозначениев схеме Наименование,номинал Корпус,примечание
U1, U2 78L05 SOT-89
U3 REF03 SO-8
U4 ACS712-20A SO-8
U5, U10 MCP3202-BI/SN SO-8
U6, U7, U8 HCPL-0630 SO-8
U9 PIC18F252-I/SO SO-28
BR1, BR2 Диодный мост DF08S 800 В / 1 А
TR1 ТрансформаторHR-E3013051 2 × 6 В, 1.5 VA
LCD1 TC1602D ДвухстрочныйЖК индикатор
C1, C18 470 мкФ 25 В 10 мм × 10 мм
C2, C17 100 мкФ 16 В 6.3 мм × 5.4 мм
C11, C12 22 пФ 50 В smd 0805, керамика
C9 1 нФ 50 В smd 0805, керамика
C2, C4, C5, C6, C7, C8,C10, C13, C22, C14,C15, C16, C17, C20 100 нФ 50 В smd 0805, керамика
C21 1 мкФ 25 В smd 1206, керамика
R16 0 Ом smd 0805, 1%
R2, R3 1 МОм
R5, R6, R17 1 кОм
R1, R14, R15, R18,R19 10 кОм
R7, R8, R9, R13 2.5 кОм
R4, R10, R11, R12 330 Ом
D2, D3 Красный светодиод smd 0805
D1 Диод Шоттки SS14 1 А / 40 В, корпус SMA
Y1 Кварцевый резонатор 20 МГц
F1 Держатель предохранителя Для поверхностногомонтажа
J1, J2 Винтовой клемник 1×3 шаг 5.2 мм
J3 Штыревой разъем 1×5 шаг 2.5 мм

Печатная плата

Проект печатной платы тоже выполнен в среде SoloPCB. Проектирование прибора в качестве портативного устройства было хорошей идеей, при этом контур печатной платы был спроектирован в Autocad и затем экспортирован в среду SoloPCB (Рисунок 5).

Рисунок 5. Вид проекта печатной платы цифровоговаттметра в среде SoloPCB.

Печатные проводники силовых линий (фаза, нейтраль, заземление), соединяющие входной (AC IN)  и выходной (AC OUT) разъемы, сделаны широкими, насколько это возможно, все блокировочные конденсаторы расположены как можно ближе к микросхемам. Шины аналоговой (AGND) и цифровой «земли» (DGND) выполнены отдельными. Все компоненты расположены на верхнем слое.

Примечание:

При проектировании схемы и печатной платы в среде SoloPCB некоторые элементы, которые отсутствовали в библиотеках, были созданы вручную. Библиотека этих элементов входит в состав архива с проектными файлами, который вы сможете скачать в секции загрузок.

Программа микроконтроллера

Как мы заметили выше, микроконтроллер считывает значения напряжения и тока каждую 1 мс и накапливает 40 измерений каждого параметра, что соответствует двум периодам для частоты 50 Гц.

Затем выполняется вычисление действующих значений и потребляемой мощности.

Период 1 мс генерируется с помощью встроенного таймера Timer A, работающего в 16-битном режиме с выработкой сигнала прерывания по переполнению.

После получения всех выборок выполняется вычисление действующих (среднеквадратичных) значений напряжения и тока по формуле:

Следует заметить, что полученные выборки содержат также фазовое соотношение между напряжением и током. Таким образом, активная мощность переменного тока, которая вычисляется по формуле (V×I×cosθ), может быть получена вычислением средней мощности с использованием следующей формулы:

Все вычисленные значения отображаются на экране ЖК индикатора. Для работы с индикатором применяется библиотека lcd.h для компилятора CCS C.

На рисунках ниже изображены измерения с помощью цифрового ваттметра: Рисунок 6 – потребляемая мощность паяльной станции в режиме нагрева, Рисунок 7 – водонагревателя мощностью 2 кВт.

Рисунок 6. Измерение потребляемой мощности паяльнойстанции с помощью цифрового ваттметра.
Рисунок 7. Измерение потребляемой мощности 2 кВтводонагревателя.

Загрузки

Листинг исходного кода программы микроконтроллера (компилятор CCS C) – скачать

Проектные файлы SoloPCB (схема, печатная плата, библиотеки элементов) – скачать

electro-labs.com

Источник: https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=161438

Амперметры цифровые многоканальные ТТ16

Амперметры цифровые многоканальные ТТ16 (далее по тексту – амперметры) предназначены для измерений силы постоянного тока.

Описание

Принцип действия амперметров основан на аналого-цифровом преобразовании электрических сигналов, поступающих с первичных преобразователей на аналоговые входы, их обработке и хранении, с возможностью последующей передачи в информационные системы.

Амперметры обеспечивают измерение силы постоянного тока в 16 измерительных каналах посредством измерения падения напряжения на эталонных резисторах, значение электрического сопротивления которых зависит от модификации амперметров – ТТ 16-01, ТТ 16-02 или ТТ 16-03.

Последовательно с эталонными резисторами в измерительные цепи включены дополнительные резисторы для защиты от перегрузки входным напряжением. Гальваническая развязка входных электрических цепей осуществляется за счет использования независимых преобразователей «напряжение-частота» в каждом измерительном канале.

Амперметры представляют собой сборную конструкцию в пластмассовом корпусе с закрепленными внутри печатными платами. На лицевой панели расположены разъемы для подключения входных сигналов, кнопка выбора номера измерительного канала и цифровой светодиодный индикатор, отображающий значение силы тока, измеренное в выбранном канале.

Амперметры применяются как в качестве автономного измерительного прибора, так и в составе распределенных систем сбора данных или измерительных комплексов.

Внешний вид, места нанесения знака поверки и пломбирования амперметров представлены на рисунке 1.

Программное обеспечение

Метрологически значимое программное обеспечение по ГОСТ Р 8.654-2009 (далее – ПО) загружается в микропроцессор амперметра на заводе-изготовителе.

Номер версии ПО выводится на жидкокристаллический дисплей (ЖКИ) амперметра и считывается по интерфейсам связи. Возможность доступа к ПО через внешние интерфейсы отсутствует.

Влиянием ПО на метрологические характеристики амперметров можно пренебречь.

Идентификационные данные программного обеспечения (далее – ПО) амперметров приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики ПО амперметров

Идентификационные данные (признаки) Значение
Идентификационное наименование ПО TIT16 5-5mA 500K v12.mhx
Номер версии (идентификационный номер ПО) не ниже 1.2
Цифровой идентификатор ПО a7b768aad201b937ce5208d2408ae3a7

Уровень защиты ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений – «высокий» в соответствии с рекомендациями Р 50.2.077-2014.

Технические характеристики

Основные метрологические и технические характеристики амперметров приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Метрологические и технические характеристики амперметров

Наименование характеристики Значение
Диапазоны измерений силы постоянного тока, мА:-    для модификации ТТ 16-01-    для модификации ТТ 16-02-    для модификации ТТ 16-03 от 0 до 5 от -5 до +5 от 4 до 20
Пределы допускаемой основной приведенной (к верхнему значению диапазона измерений) погрешности измерений силы постоянного тока, % ±0,1
Пределы допускаемой дополнительной приведенной (к верхнему значению диапазона измерений) погрешности измерений силы постоянного тока, вызванной отклонением температуры окружающего воздуха от нормальных условий применения в диапазоне рабочих температур на каждые 10 °С, % ±0,05
Время установления рабочего режима, мин 10
Входное электрическое сопротивление, Ом, не более:-    для модификации ТТ 16-01-    для модификации ТТ16-02-    для модификации ТТ 16-03 600600400
Напряжение питания от источника постоянного тока, В 24±8
Максимальная потребляемая мощность, Вт, не более 3,7
Габаритные размеры, (длинахширинахвысота), мм, не более 125x45x138
Масса, кг, не более 0,33
Нормальные условия:-    температура окружающего воздуха, °С-    относительная влажность воздуха, %-    атмосферное давление, мм рт. ст. от 15 до 25 от 30 до 80 от 630 до 795
Наименование характеристики Значение
Рабочие условия:-    температура окружающего воздуха, °С-    относительная влажность воздуха при температуре +25 °С, % от -40 до +60 90
Средняя наработка на отказ, ч, не менее 150000
Средний срок службы, лет, не менее 15

Знак утверждения типа

наносится на боковую поверхность амперметров в виде наклейки и на титульный лист паспорта типографским способом.

Комплектность

Комплектность амперметров представлена в таблице 3.

Таблица 3 – Комплектность амперметров

Наименование Обозначение Количество
Амперметр цифровой многоканальный ТТ16 Систел-ТТ.16 1 шт.
Амперметр цифровой многоканальный ТТ16. Паспорт 59703777-4221-302 ПС 1 экз.
Амперметры цифровые многоканальные ТТ16. Методика поверки 59703777-4221-302-01.00.00.МП 1 экз. на партию
Амперметры цифровые многоканальные ТТ16. Руководство по эксплуатации 59703777-4221-302 РЭ 1 экз.
Разъем каналов ТИТ (8 клемм) EC381V-08P 4 шт.
Разъем интерфейсный DI-9F 1 шт.
Упаковка 1 шт.

Поверка

осуществляется по документу 59703777-4221-302-01.00.00.МП «Амперметры цифровые многоканальные ТТ16. Методика поверки», утвержденному ООО «ИЦРМ» 15.02.2017 г. Основное средство поверки:

– калибратор универсальный 9100Е (регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 25985-09).

Допускается применение аналогичного средства поверки, обеспечивающего определение метрологических характеристик, поверяемых СИ с требуемой точностью.

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке или в паспорт.

Сведения о методах измерений

отсутствуют.

Нормативные документы

ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия

ГОСТ 14014-91 Приборы и преобразователи измерительные цифровые напряжения, тока, сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний

ТУ 4221-302-59703777-2017 Амперметры цифровые многоканальные ТТ16. Технические условия

Источник: https://all-pribors.ru/opisanie/67185-17-tt16-76754

Цифровой вольтметр сетевого напряжения на микроконтроллере attiny

Цифровой вольтметр сетевого напряжения на микроконтроллере attiny

     Целью написания данной статьи является разработка встраиваемого цифрового вольтметра для измерения сетевого напряжения 220 В. Все началось с того, что у моего товарища возникла необходимость контролировать напряжение сети, для этого есть много способов. Самый простой – это контроль с помощью китайского цифрового мультиметра, т.к.

он обеспечивает с приемлемой точностью измерение напряжения переменного тока. Не совсем удобно, его нужно периодически подключать к измеряемой цепи, а постоянное подключение нецелесообразно, т.к. бесполезно расходуется энергия «Кроны», а попытки запитать от сетевого адаптера питания на 9 В и измерения напряжения сети привели к выходу мультиметра из строя.

Читайте также:  6.2.5. возможные модификации

Второй способ – купить готовое устройство – реле напряжения щитового исполнения типа «Барьер». Тут есть некоторые факторы – в распределительном щитке не осталось лишнего места для установки хоть самого маломощного реле напряжения (2 модуля), и слегка завышенная цена на эти устройства. Покупные стрелочные вольтметры не обеспечивают приемлемой точности.

Значит – есть выход из положения – изготовить цифровой встраиваемый вольтметр. Но и тут есть два варианта – изготовить на базе специализированной БИС АЦП КР572ПВ2 и изготовить на МК с встроенным АЦП.

Первый вариант не устроил меня сразу, 40-выводный ДИП-корпус, два напряжения питания +5 В и -5 В, статическая индикация, сложная разводка платы, много навесных компонентов и т.п. Второй вариант – МК с встроенным АЦП.

     Был выбран второй вариант – собрать сетевого напряжения на микроконтроллере ATTINY26, который содержит 10-разрядный АЦП, трехразрядный светодиодный индикатор с динамической индикацией, линейный стабилизатор 7805, ну еще несколько токоограничительных резисторов. Конечно, большая часть рассыпухи используется для работы бестрансформаторного БП. Ниже приведена схема. Для удобства чтения схемы условно разделил схему источника питания и цифровую часть. 

     Детали: все диоды в схеме использованы типа 1N4007, но подойдут и любые другие с прямым током от 0,5 А и обратным напряжением 400 В, конденсатор C1 – обязательно пленочный, 1,5 мкФ 400 В, но лучше 630 В (надежнее).

Все выводные резисторы, кроме R2 рассчитаны на 0,125-0,25 Вт, R2 – на 1-2 Вт, SMD резисторы применены типоразмера 1206. Подстроечный резистор RV1 лучше применить многооборотный типа 3296, это позволит более точно откалибровать вольтметр по образцовому вольтметру.

Стабилитрон D1 мощностью 0,5 Вт 8,2 В, можно и на другое напряжение стабилизации, не рекомендую ниже 7,5 В и выше 10 В. Конденсаторы электролитические выбраны на 16 В, керамические SMD 100 нФ типоразмер 0805.

МК – Attiny26 в дип-20 корпусе, светодиодный индикатор ТОТ3361 красного цвета свечения, такие светодиоды раньше применяли в телефонах с АОН «Русь 27». Для удобства подключения питающих проводов применен двухконтактный клеммник на плату.  

     Сборка. Итак, приступаем к сборке цифрового вольтметра на , рисунок платы прилагается ниже.

     Устройство собрано на плате из односторонне фольгированного текстолита, размером 83х30 мм. Все выводные детали размещаем со стороны компонентов.

     Гасящий конденсатор С1 1,5 мкФ 400 В размещаем со стороны монтажа.

     Все запаяно, проверено на предмет обрыва/КЗ. В микроконтроллере программируются фьюзы так, что он тактировался от внутреннего RC-генератора 8МГц, т.е установить фьюзы CKSEL = 0100. Остальные фьюзы можно не трогать. Можно включать в сеть для проверки и настройки.

   Производим пробное включение, собранное без ошибок устройство начинает работать сразу. Убедились, что на светодиодах есть какие-нибудь цифры, хоть далекие от идеала.

Потом в ту же розетку включаем цифровой мультиметр для измерения действующего напряжения сети и с помощью движка подстроечного резистора (с соблюдением правил техники безопасности) устанавливаем на индикаторе напряжение, соответствующее показаниям контрольного вольтметра (мультиметра).

После этого несколько раз проверяем соответствие показаний показаниям контрольного вольтметра. В случае необходимости корректируем все тем же подстроечником. На фото ниже показано работающее устройство.

     Судя по яркости, не мешало бы применить светофильтр, это повысит контрастность изображения и читаемость в светлое время суток. Габариты собранного устройства 83х30х20 мм, что позволяет установить его в пластиковый квартирный щиток.

А роль светофильтра выполняет его крышка с темного прозрачного пластика. Вот и все, цифровой вольтметр сетевого напряжения на микроконтроллере ATTINY26 готов к применению. В архиве прилагается схема, рисунок печатной платы в формате 5.0, а также исходный код на CodeVision AVR 1.25, МК.

Скачать файлы можно на
     Материал предоставил i8086.

   Схемы на микроконтроллерах

Источник: http://elwo.ru/index/86-417-5-3

Измерение силы тока при помощи амперметра

Прибор амперметр служит для измерения силы пока в цепях с переменным и постоянным напряжением. Подключение происходит последовательно.

Идеальный амперметр не оказывает влияния на цепь, но создать его в реальной жизни невозможно, так как любой проводник имеет внутреннее сопротивление.

Такой прибор существует лишь в теории, где влияние устройства не учитывается в связи с допустимой погрешностью расчетов. Для повышения точности производимых измерений сопротивление амперметра стремятся сделать минимальным.

Отличия амперметров различных конструкций

Магнитоэлектрическая система

В отличие от предыдущего прибора амперметр переменного тока в своей основе имеет электромагнитную систему. Наиболее часто такие устройства используются в сетях на 50-60 Герц. Устройство амперметра  предполагает наличие одного либо двух сердечников, соединенных с стрелочным механизмом.

Преимуществом конструкции является универсальность, позволяющая помимо переменного измерять и постоянный ток. Сопротивление амперметра электромагнитного типа выше, чем у других моделей, что отражается в худшую сторону на точность результата. Шкала нелинейная, поэтому  показания амперметра считать затруднительно.

В некоторых случаях в первой половине шкалы ставится точка, говорящая о невозможности измерить ток в данном диапазоне, сохраняя в норме погрешность.

Электромагнитный измеритель

Для уменьшения воздействия влияния внешних магнитных полей используются амперметры ферродинамического типа. Устройство характеризуется высокой точностью измерений.

Это позволяет отказаться от установки в приборе дополнительных защитных экранов. В основе конструкции лежит замкнутый ферримагнитный провод. Стрелки амперметра показывает измеряемую величину на нелинейной шкале.

Показания амперметра можно снять с требуемой погрешностью не во всем диапазоне измерений, а лишь начиная со значения, обозначенного точкой.

Ферродинамический высокоточный прибор

Цифровой измеритель силы тока наиболее удобен в пользовании, так как сразу показывает требуемое значение без необходимости получения данных с помощью стрелок амперметра.

  Часто он входит в состав мультиметра или электронного вольтамперметра. Наиболее современные приборы имеют возможность автоматически выбирать предел измерений. Прибор не чувствителен к горизонтальному либо вертикальному положению.

Точность измерений зависит от дискретизации и алгоритма, заложенного для  осуществления снятия показаний.

Мультиметр с функцией цифрового амперметра

Схемы подключения

Прибор для лабораторных измерений Э537

Перед тем как подключить амперметр важно учесть:

  • постоянный или переменный ток в сети;
  • соблюдается ли полярность прибора;
  • стрелка амперметра должна находиться за серединой шкалы;
  • предел измерения больше максимально возможного скачка тока в электросхеме;
  • окружающая среда соответствует рекомендуемым параметрам;
  • измерительное место находится без воздействия вибрации.

Стандартное подключение амперметра для измерения силы тока в цепиИзмерение силы тока в цепи с помощью шунта

Для гальванического разделения силовой и контрольной цепи используют измерительные трансформаторы тока. Амперметр подключается к специальным выводам. Используется такая схема для измерения токов, превышающих предел измерений прибора.

Создание гальванической развязки с помощью измерительного трансформатора

Производить измерения на цифровом амперметре гораздо проще. на него не воздействуют вибрация, правильное положение и магнитные поля.

Не столь критично отреагирует прибор и на неправильно выбранную полярность. Превышать предел измерений не рекомендуется, так  как можно повредить устройство.

Большинство высокотоковых выходов мультиметров не имеют защиты плавким предохранителем.

Выбор положения, требуемого для измерения тока с помощью цифрового мультиметра

Бесконтактное измерение тока

Для осуществления измерения силы тока без разрыва схемы существует специальный вид электрических амперметров под названием токовые клещи. Принцип действия основан на измерении магнитного поля, образующегося вокруг проводника с током. Данный эффект проявляется на переменном напряжении.

Измерение тока без разрыва цепи

Контроль тока заряда аккумуляторной батареи автомобиля

При использовании зарядного устройства существует необходимость замерять силу тока амперметром. Это позволяет контролировать процесс накопления энергии аккумулятором и избегать перезаряда с недозарядом.  В результате срок службы АКБ значительно увеличивается.

После включения цепи амперметр покажет ток заряда. Точность измерений и прочие характеристики амперметра не столь важны для контроля передачи энергии. Погрешность измерения тоже не столь важна, так как следить необходимо за уменьшением показаний стрелки амперметра. Прибор, показывающий через несколько часов одно и тоже значение, говорит об полном заряде аккумулятора.

При работе множества аппаратуры возникает необходимость контроля силы тока. Стрелки амперметров или цифры на экране дискретного прибора показывают пользователю эту физическую величину. Производимые измерения необходимы как для поддержания рабочего состояния так и для сигнализации об возникновении аварийной ситуации.

Источник: https://SwapMotor.ru/instrument-i-oborudovanie/iampermetr.html

Многофункциональный ваттметр с гальванической развязкой

Нередко требуется измерить мощность того или иного мощного (и не очень) электрооборудования.

Кроме того, иногда полезно знать одновременно и ток нагрузки I, и напряжение U, и не просто мощность (всё равно какую), а и полную P, и активную S (их нередко путают и не всегда уточняют, которая из них имеется в виду в том или ином случае).

Также в ряде специфических случаев требуется знать коэффициент мощности сети, равный P/S (он же косинус φ (фи) — угла сдвига фаз между напряжением и током), реактивную мощность Q и сам φ. Обычный мультиметр в решении вышеозначенных задач не поможет, т.к.

измерив, пусть даже одновременно (2-мя приборами), ток нагрузки и напряжение в сети мы сможем получить только S=UI, а все остальные параметры остаются недоступными, т.к. для их вычисления одних U и I недостаточно.

Внимание! Из-за ограничений по размеру топика здесь не приводятся многие необходимые для полного понимания материала выкладки, формулы, описания и пр. вещи.

В прилагаемом архиве есть полная статья со всеми описаниями.

Имеющиеся решения

Для решения этих задач существуют специальные приборы – ваттметры и универсальные вольт-ампер-фазометры, но т.к. они являются спецтехникой, а не приборами широкого назначения, то их довольно сложно найти и стоят они порой недёшево. Кроме того, далеко не всегда такие приборы показывают все параметры сразу.

В интернете встречаются очень простые и дешёвые конструкции, например, [2], но они очень узкоспециализированные (так, [2] измеряет только φ). В то же время все вышеописанные задачи вполне «по зубам» обычным МК AVR, которые гораздо более доступны и порой дешевле микросхем от AD.

Тем более, что для создания универсального измерительного прибора без МК и прочих узлов всё равно не обойтись.

Схема устройства, детали

Схема электрическая принципиальная ваттметра приведена на рис. 1.Рис. 1. Схема электрическая принципиальная Полная схема есть в прилагаемом архиве. Схема устройства состоит из 2-х частей – аналоговой (слева от DIP выключателей SW1) и цифровой (справа).

Аналоговая часть состоит из измерительных трансформаторов напряжения (Т1), тока (Т2) и согласующих узлов.

Резистор R2 – потенциометр для точной настройки напряжения, поступающего на АЦП. Т2 – токовый трансформатор Talema AC1025, нагруженный на шунт-резистор R1 номиналом 100 ом мощностью 0.125Вт. Такие параметры резистора рекомендованы фирмой-производителем трансформатора.

Первичная обмотка – 2 витка обычного одножильного провода сечением 1-1.5 мм, этого вполне достаточно для бытовых нагрузок мощностью до 2 кВт и током до 10А. На характеристики и настройку схемы толщина этого провода не влияет. Узел R3, C1, C3, DA1.1 – формирователь средней точки для «поднятия» синусоид на полдиапазона АЦП.

ОУ DA1 – в принципе любой. Я использовал и LM358, и rail-to-rail MCP601. Делитель R4, R5, R6 – цепочка для измерения больших (от 4-5А) токов. Диодные пары VD1-VD2, VD3-VD4, VD5-VD6 и R7 – классическая защита входов АЦП от перенапряжения (точнее – от выхода синусоиды за границы 0..+5в). VD1-VD4 – желательно Шоттки.

Можно также применить «специализированные» диодные сборки типа BAV199 (1 сборка содержит 1 пару диодов) или аналогичные. Все потенциометры (R2, R3 и R5) желательно многооборотные. Они позволят провести наиболее точную настройку узлов схемы.

Для измерения тока предусмотрено 2 канала – слаботочный (T2-R7-ADC2) и сильноточный (T2-R4-R5-R6-ADC3). Такое решение вызвано тем, что большие нагрузки (4-5А и выше) приводят к появлению на выходе ТТ напряжения, превышающего по амплитуде 4.5-5в.

Вершины полуволн такого напряжения будут срезаны диодной парой VD3, VD4, что означает фактическую невозможность измерения тока выше указанных значений. Микропрограмма контроллера автоматически выбирает, который из двух сигналов использовать.

Цифровая часть схемы – микроконтроллер AtMega16, стандартный алфавитно-цифровой ЖК дисплей типа HD44780 и пр. элементы. Схемы включения – стандартные для этих компонентов. При подключении дисплея следует руководствоваться документацией на конкретную модель, т.к. существуют разные их цоколёвки (распиновки). Мне известны 2. На схеме я привёл наиболее распространённую.

Единственное требование к дисплею – он должен быть русифицированным, т.к. все сообщения выдаются на русском языке. Резистор R8 – обычный (не многооборотный), служит для установки желаемого уровня контрастности изображения на LCD. R9 и SB5 – подсветка. Номинал R9 не указан, т.к. разные модели LCD имеют разный ток подсветки.

Его можно вычислить по закону Ома, используя значение тока подсветки для конкретного дисплея. Если дисплей без подсветки, то R9 и SB5 вообще не нужны. R11, VD6 – индикатор «Питание подано». Никаких специальных настроек цифровой части не требуется.

При исправных деталях, правильном монтаже и запрограммированном контроллере схема начинает работать сразу после подачи питания. Сам МК может быть модификаций AtMega 16/16A. Модификацию буквой L использовать нельзя – штатно она не работает на частоте 16MHz. При программировании (прошивке) кроме заливки в контроллер файла wattmetr.hex также необходимо: 1.

Читайте также:  Кодовый замок

выставить режим кварцевого резонатора (CKSEL3..0=1111) 2. выставить CKOPT=0 (обязательно, т.к. кварц 16MHz) 3. выставить JTAGEN=1. Если этого не сделать, то LCD не будет корректно работать, ибо JTAG контроллер (4 старших бита PC) программно не выключается. 4. прошить EEPROM первоначальной конфигурационной информацией (файл wattmetr.eep). Все кнопки без фиксации.

Их конструкция любая, в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации.

SB1-SB3 и VD5 используются только при настройке и калибровке прибора, поэтому их можно разместить непосредственно на плате, SB4 и SB2 используются ещё и для переключения режимов отображения информации на дисплее, поэтому её лучше вывести наружу либо для удобства калибровки продублировать (2 параллельно включённые кнопки – на плате и на корпусе).

Для подключения дублирующих кнопок на плате сделаны специальные отводы для разъёмов. Назначение кнопок и светодиода будет описано ниже, в разделах «Калибровка» и «Эксплуатация». Следует отметить, что на схеме отсутствует какой-либо преобразователь уровней UART (ножки 14, 15 контроллера).

Это связано с тем, что тип и само наличие либо отсутствие такого преобразователя сильно зависит от того, к чему будет подключаться прибор. Если COM-порт, то это микросхема MAX232, если USB – то что-то типа FT232BM, если к другому контроллеру, то, может быть, преобразователи вообще не нужны и т.д.

Моя авторская конструкция предполагает подключение к другому МК AVR, поэтому преобразователь в ней вообще отсутствует. Резистор R12 необходим для поддержания на входе Rx высокого уровня в отсутствие передачи (согласно правилам работы UART), либо когда этот интерфейс вообще не используется. Схемы узлов на MAX232, FT232 и пр.

здесь не приводятся, их легко можно найти в документации на эти микросхемы. Также можно использовать USB шнуры от старых мобильников с нативным интерфейсом UART (типа PL2303). Но перед этим следует убедиться, что на выходе шнура лог. уровни ТТЛ, а не RS232. Для тестирования работы интерфейса мною использовался узел на MAX232, собранный на другой плате.

Этот узел я подключал к прибору стандартным аудиошлейфом от компьютерного CD/DVD привода. Питание схемы осуществляется от любого источника постоянного тока напряжением 5в. Например, от классического блока питания на однокристальном стабилизаторе LM7805 – рис. 2. Можно также использовать любой другой БП, дающий 5в, батарейку, порт USB компьютера и т.п.Рис. 2.

Схема электрическа принципиальная блока питания Если предполагается запитывать схему от той же сети, куда включается измеряемая нагрузка (как, например, в быту, в квартире), то можно объединить трансформаторы T1 обеих схем. Т.е. использовать один, с двумя независимыми вторичными обмотками. Так, я использовал один трансформатор с двумя вторичками по 15в каждая. Схема собирается любым удобным способом. К статье также прилагается чертёж печатной платы, созданный в широко известной программе Sprint Layout v5.0. БП по рис. 2 был собран на готовой п/п заводского изготовления. Её чертёж также прилагается. После сборки прибор необходимо настроить и откалибровать — см. полный вариант статьи.

Эксплуатация прибора

Пользоваться предлагаемым устройством очень легко. Сразу же после включения питания появляется приветственное сообщение, спустя 1 секунду прибор переходит в рабочее состояние и начинает отображать измеренные параметры на дисплее. Показания обновляются примерно раз в секунду. Устройство имеет два т.н.

«профилей отображения» — наборов одновременно отображаемых параметров: 1.1-я строка дисплея – U, I, S; 2-я – P, cos(φ),φ. 2.1-я — U, I, S; 2-я – P, Q, φ. Набор профилей и их состав фиксированы, никаких средств модификации не предусмотрено. Для смены профиля необходимо нажать кнопку SB4 и держать её до появления на дисплее надписи «Профиль изменён».

После появления этой надписи кнопку отпустить. «Заводские» настройки содержат активным 1-й профиль. Запомнить текущий профиль, чтобы прибор при включении сразу его использовал, можно кнопкой SB2. Кнопку SB2 необходимо держать до появления надписи «Профиль запомнен».

При калибровке прибора текущий профиль не меняется, однако при сбросе настроек в заводские, текущим становится профиль 1. Автоматически выбор профиля не сохраняется. Это сделано с целью экономии ресурса EEPROM. На состав информации, выдаваемой по UART выбор профиля никак не влияет.

Следует также обратить внимание на следующую особенность – ТТ с первичной обмоткой по функционированию и конструктивно похож на антенну радиоприёмника. По такому принципу работают устройства поиска скрытой в стенах проводки и родственные конструкции.

В связи с этим при отсутствии нагрузки прибор иногда показывает «мусор» — какой-то наведенный помехами ток и мощности. На результаты измерений при подключенной нагрузке эти наводки не проявляются. Никаких средств по борьбе с этим явлением не предусмотрено.

Интерфейс обмена данными по UART

Предлагаемый прибор имеет возможность выдачи результатов измерений через стандартный последовательный интерфейс UART. Т.о. можно использовать его в составе более сложных устройств либо подключать его к компьютеру для автоматизированного сбора информации. Параметры обмена данными – 38400, 8N1.

Протокол обмена очень прост – по однобайтовой команде 0xAA контроллер выдаёт блок информации размером 15 байт — см. полный вариант статьи в архиве. Для иллюстрации работы с прибором мною разработано демонстрационное Windows приложение WinAppWattmeter.exe для ПК.

Оно написано на C# и работает в среде WinXP и выше. Необходимо наличие платформы .NET 2.0 и одного COM-порта (физического либо виртуального USB), куда следует подключить прибор. Исходники компилируются в среде VS.NET 2005 и выше. Версии VS Express и .NET Compact не проверялись.

Скриншот приложения:

Технические характеристики, достоинства и недостатки прибора

Достоинства: 1.Полная гальваническая развязка от измеряемой сети. 2.Возможность питания от любого источника – БП, батарейки, USB порт компьютера и т.п. 3.Широкий диапазон настроек. 4.Доступная элементная база. 5.Большой спектр измеряемых величин. 6.Возможность передачи результатов измерений в другие вычислительные системы (например, в ПК). Недостатки: 1.

Нелинейность ТТ ведёт к погрешностям измерения тока на всём диапазоне. Это существенно затрудняет оценку точности измерений (какие-то диапазоны токов измеряются точно, остальная часть с погрешностями, причём разными). Эти диапазоны сильно зависят от коэффициентов, регулируемых в режиме калибровки прибора, поэтому не являются фиксированными.

Например, можно откалибровать так, что на малых нагрузках типа зарядок для мобильников, паяльников или квартирных лампочек показания будут правильными, а более мощные (утюги, фены, электрические плиты, духовки, микроволновки, стиральные машины) будут измеряться с ошибками. 2.Сам ТТ может оказаться труднодобываемой и дорогостоящей деталью. 3.

При отсутствии нагрузки прибор иногда показывает какой-то ток, наведенный в первичной обмотках ТТ и, как следствие, какие-то мощности и пр. параметры. Детальные технические характеристики прибора не приводятся, т.к. имеются довольно широкие возможности по его настройке и регулировке.

Используемая модель ТТ потенциально позволяет измерять токи до 25А, но для полного использования этого диапазона необходимо дорабатывать входной (аналоговый) каскад схемы и микрокод. Диапазон измеряемых напряжений также зависит от используемого трансформатора.

Если обычный, «из блока питания», то это «стандартный» диапазон порядка 180-250в, а если взять какой-то специально изготовленный трансформатор, то можно измерять и 380 вольт. Диапазоны значений величин, обусловленные используемыми типами данных и алгоритмическими особенностями микрокода – U=1..999в, I=1мА..65А, S/P/Q – каждая 1..999 соответствующих единиц.

Ток потребления схемы составляет 28-30 mA без учёта тока подсветки дисплея. Этот ток разный у разных моделей LCD. Его типовое значение – 100-120 мА. Также, ток может немного отличаться от приведенных значений при использовании разных моделей LCD и ОУ.

Фотографии

В завершение несколько фотографий устройства.Блок питания. Трансформатор физически один, с двумя независимыми вторичными обмотками. Одна обслуживает сам БП, 2-я (2 жёлтых провода справа) – измерительный Т1.Макетная плата устройства. Замечание (ещё раз): это – макетный экземпляр. По чертежу Sprint п/п не изготавливалась, т.к.

планируется эксплуатация прибора в составе другого изделия, которое пока в разработке. Поэтому на две колодки, второй дисплей и светодиод слева просьба внимание не обращать. К описываемому прибору они отношения не имеют.Паяльник на 25W. Профиль отображения 2.Без нагрузки. Профиль отображения 2. Ловим наводки и глюки на обмотку ТТ.

Результат – «левый» ток 68 мА со всеми вытекающими.То же самое, что и выше, но без наводок. Профиль отображения 2.Утюг 1кВт. Профиль отображения 1. Отрицательная активная мощность 🙂 — режим «коррекции» отключен. Светится второй слева светодиод – признак использования канала высокого тока (ножка 19 (PD5) контроллера). Задан порог – 4А.

Список прилагаемых материалов

Wattmetr-Mega16-16MHz.zip – микропрограмма контроллера с исходниками CvAVR. Также в архиве есть готовый файл микрокода wattmetr.hex и файл заводских установок (EEPROM) — wattmetr.eep. WinAppWattmeter.zip – демонстрационное приложение с исходниками (.NET 2.0, С# под VS.NET 2005+). Там же готовый exe файл (без вирусов). Plata*.* — чертежи печатных плат в формате .lay (Sprint 5). Также в архиве есть полный вариант статьи в формате MS Word 2003.

Скачать архив со всеми материалами

Литература, ссылки

1. Л.А. Бессонов, Теоретические основы электротехники, изд. 9, в 2-х томах. Москва, «Высшая школа», 1996.

2. Электронный фазометр Он же — Радио №5, 1990 г., стр.56

3. Atmel AVR465: Single-Phase Power/Energy Meter with Tamper Detection.

4. Цифровой ваттметр на МК — radiokot.ru/circuit/digital/measure/23/

5. Трансформатор тока 6. Современные промышленные датчики тока. «Современная электроника», октябрь, 2004 г.

7. Измерение действующего значения напряжения

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.

Источник: http://electronics-lab.ru/blog/136.html

Цифровой ампервольтметр

   Уже несколько лет занимаюсь радиоэлектроникой, но стыдно признаться, у меня все еще нет нормального блока питания. Запитываю собранные устройства тем, что попадется под руку. От всяких полудохлых батареек и трансформаторов с диодным мостом без какой либо стабилизации напряжения и ограничения выходного тока. Такие извращения довольно опасны для собранной конструкции.

Наконец-то решился собрать нормальный блок питания. А начал сборку с ампервольтметра. Надо конечно было начинать с другого, но как уже есть. Поскольку понемногу занимаюсь говнокодерством, то решил сам разработать показометр. В качестве экрана стоит дисплей от Nokia-1202.

Наверно я уже всех задолбал с этим дисплеем, но он в 3 раза дешевле, чем 2×16 HD44780 (по крайней мере у нас). Вполне паябельный разъем и вообще неплохие характеристики. Короче – хороший вариант для измерителя напряжения и тока.

   В первой и второй строчке отображается усредненное значение напряжения и тока из 300 замеров АЦП.

Это сделано для большей точности измерения. В третьей строчке выводится сопротивление нагрузки, рассчитанное по закону Ома. Хотел сперва сделать, чтоб выводилась потребляемая мощность, но сделал сопротивление. Может позже переделаю на мощность. В четвертой строчке выводится температура измеряемая датчиком DS18B20.

Он запрограммирован измерять температуру от 0 до 99 градусов Цельсия. Его надо установить на радиатор выходного транзистора, или на какой нибудь другой элемент схемы, где есть сильный нагрев. 

   К микроконтроллеру можно так же подключить кулер для охлаждения радиатора транзистора. Он будет изменять свои обороты при изменении температуры измеряемой датчиком DS18B20. На ножке PB3 присутствует ШИМ сигнал. Кулер подключается к этому выводу через силовой ключ. В качестве силового ключа лучше всего использовать MOSFET транзистор. При температуре в 90 градусов у вентилятора будут максимальные обороты. Датчик температуры можно и не устанавливать. В этом случае в четвертой строчке просто высветится надпись OFF. Кулер подключаем на прямую. На выходе PB3 будет 0.

   В архиве есть два варианта прошивки. Одна на максимально измеряемый ток в 5 ампер, а вторая до 10 ампер. Максимально измеряемое напряжение – 30 вольт.

Коэффициент усиления ОУ LM358 по расчетам выбран 10. Для разных прошивок нужно подобрать шунт. Не у всех есть возможность измерять сотые доли ома и прецизионные резисторы.

Поэтому в схеме есть два подстроечных резистора. Ними можно подкорректировать показания измерений.

   Там-же в архиве есть и печатная плата. Есть небольшие различия на фото – там она немножко подправленная. Удалена одна перемычка и размер меньше по высоте на 5 мм. Стабильность показаний ампервольтметра высокая. Иногда плавает только на сотые доли. Хотя сравнивал всего лишь с моим китайским тестером. Для меня этого вполне хватит.

   Всем спасибо за внимание. Все вопросы задаем на форуме. Показометр сделал Бухарь.

   Форум по МК-метрам

Источник: http://radioskot.ru/publ/mk/cifrovoj_ampervoltmetr/9-1-0-765

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector