Instrumen untuk mengukur arus searah. Pengukur arus TrueRMS non-kontak

Selama pengoperasian jaringan listrik atau perangkat apa pun, perlu untuk mengukur kekuatan arus.

Dari artikel ini Anda akan mempelajari apa yang dimaksud dengan istilah ini dan alat apa yang digunakan untuk tujuan ini.

Pada saat yang sama, kita akan membicarakan tentang langkah-langkah keselamatan saat melakukan pekerjaan tersebut.

Satuan saat ini

Dalam fisika, kuat arus biasanya disebut jumlah muatan yang melintasi penampang suatu penghantar per satuan waktu. Satuan ukurannya adalah ampere (A). Arus sebesar 1 A sedemikian rupa sehingga dalam 1 detik muatan sebesar 1 coulomb (C) melewati penampang konduktor.

Kekuatan arus dapat dibandingkan dengan tekanan air. Seperti diketahui, pada zaman dahulu sungai-sungai kecil ditutup dengan bendungan untuk menghasilkan tekanan yang mampu memutar roda kincir.

Semakin kuat tekanannya, semakin produktif pabrik yang dapat digerakkan dengan bantuannya.

Dengan cara yang sama, kuat arus mencirikan kerja yang dapat dilakukan listrik. Contoh sederhananya: bola lampu akan menyala lebih terang seiring dengan meningkatnya arus dalam rangkaian.

Mengapa Anda perlu mengetahui berapa banyak arus yang mengalir dalam suatu konduktor? Kekuatan arus menentukan bagaimana arus akan bekerja pada seseorang jika terjadi kontak yang tidak disengaja dengan bagian aktif. Kami menampilkan efek yang dihasilkan oleh listrik dalam tabel:

Kuat arus, A (variabel dengan frekuensi 50 Hz) Memengaruhi
Kurang dari 0,5 mA tidak terlihat oleh manusia
0,5 hingga 2 mA Ketidakpekaan terhadap berbagai rangsangan muncul
2 hingga 10 mA Nyeri, kejang otot
10 mA hingga 20 mA Kejang semakin parah, beberapa jaringan rusak. Dengan kekuatan arus 16 mA atau lebih, seseorang kehilangan kemampuan untuk melepaskan atau menarik tangannya untuk membuka kontak dengan bagian pembawa arus.
20 mA hingga 100 mA Kelumpuhan pernapasan
100mA hingga 3A Fibrilasi jantung, diperlukan tindakan segera untuk menyadarkan korban
Lebih dari 3 A Luka bakar parah, serangan jantung (dengan paparan jangka pendek, kemungkinan resusitasi tetap ada)

Berikut beberapa alasan lainnya:

  1. Kekuatan arus mencirikan beban pada konduktor. Throughput maksimum yang terakhir tergantung pada material dan luas penampang. Jika arusnya terlalu tinggi, kawat atau kabel akan menjadi sangat panas. Hal ini dapat menyebabkan insulasi meleleh dan mengakibatkan korsleting. Inilah sebabnya mengapa perkabelan selalu dilindungi dari beban berlebih oleh pemutus arus atau sekering. Pemilik apartemen dan rumah dengan kabel lama harus memberi perhatian khusus pada arus yang mengalir di kabel: karena penggunaan peralatan listrik yang semakin banyak, sering kali terjadi kelebihan beban.
  2. Berdasarkan perbandingan nilai arus pada berbagai rangkaian suatu alat listrik, dapat disimpulkan bahwa alat tersebut berfungsi dengan baik. Misalnya, arus dengan kekuatan yang sama harus mengalir dalam fase motor listrik. Jika ditemukan perbedaan, berarti mesin rusak atau kelebihan beban. Kondisi alat pemanas atau “lantai hangat” listrik ditentukan dengan cara yang sama: kekuatan arus di semua komponen alat diukur.

Kerja listrik, lebih tepatnya dayanya (jumlah kerja per satuan waktu), tidak hanya bergantung pada kuat arus, tetapi juga pada tegangan. Faktanya, hasil kali besaran-besaran ini menentukan daya:

W = kamu * aku,

  • W – kekuatan, W;
  • kamu – tegangan, V;
  • I – kekuatan saat ini, A.

Jadi, dengan mengetahui tegangan dalam jaringan dan daya perangkat, Anda dapat menghitung berapa banyak arus yang akan mengalir melaluinya, asalkan dalam kondisi baik: I = W/U. Misal diketahui daya suatu pemanas adalah 1,1 kW dan beroperasi dari jaringan biasa 220 V, maka kuat arus yang ada di dalamnya adalah: I = 1100/220 = 5 A.

Rumus pengukuran saat ini

Perlu diingat bahwa, menurut hukum Kirchhoff, kuat arus pada kawat sebelum bercabang adalah jumlah arus pada cabang. Karena di apartemen atau rumah semua perangkat dihubungkan dalam rangkaian paralel, maka jika, misalnya, dua perangkat dengan arus 5 A bekerja secara bersamaan, maka arus 10 A akan mengalir pada kabel suplai dan pada kabel netral umum. kabel.

Operasi sebaliknya, yaitu menghitung daya konsumen dengan mengalikan arus yang diukur dengan tegangan, tidak selalu memberikan hasil yang benar.

Untuk menentukan daya aktif (daya guna listrik), Anda perlu mengetahui faktor daya aktual suatu perangkat, yaitu rasio daya aktif dan reaktif.

Instrumen untuk mengukur arus dan tegangan

Berikut beberapa alat ukur yang akan membantu seorang tukang listrik dalam hal ini:

Pengukur amper

Ada beberapa jenis perangkat ini, yang berbeda dalam prinsip pengoperasiannya:

  1. Elektromagnetik: Ada kumparan di dalamnya, arus yang mengalir melaluinya menciptakan medan elektromagnetik. Medan ini menarik inti besi yang terhubung dengan panah ke dalam kumparan. Semakin besar arusnya, inti akan semakin tertarik dan jarum akan semakin menyimpang.
  2. Panas: Perangkat tersebut berisi benang logam yang dikencangkan dan dihubungkan ke panah. Arus yang mengalir menyebabkan pemanasan filamen, yang derajatnya bergantung pada kekuatan arus. Dan semakin panas benangnya, semakin memanjang dan melorot, dan karenanya, semakin banyak jarum yang membelok.
  3. Magnetoelektrik: Perangkat ini berisi magnet permanen, di bidangnya terdapat bingkai aluminium yang dihubungkan ke panah dengan kawat yang dililitkan di sekelilingnya. Ketika arus listrik mengalir melalui suatu kawat, rangka dalam medan magnet cenderung berputar dengan sudut tertentu, yang bergantung pada kuat arus yang mengalir. Dan posisi panah yang menandai nilai saat ini pada skala bergantung pada sudut putarannya.
  4. Elektrodinamik: Di dalam perangkat terdapat dua kumparan yang dihubungkan seri, salah satunya dapat digerakkan. Ketika arus mengalir melalui kumparan sebagai akibat interaksi medan elektromagnetik yang dihasilkan, maka kumparan yang bergerak cenderung berputar relatif terhadap kumparan yang diam dan pada saat yang sama menarik panah bersamanya. Sudut putaran akan tergantung pada kekuatan arus yang mengalir.
  5. Induksi: arus dilewatkan melalui belitan kumparan tetap yang dihubungkan oleh sistem magnet. Akibatnya, medan elektromagnetik yang berputar atau bergerak terbentuk, bekerja dengan gaya tertentu (tergantung pada kekuatan arus) pada silinder atau piringan logam yang dapat digerakkan. Yang itu terhubung ke panah.
  6. Elektronik: Perangkat semacam itu disebut juga digital. Ada rangkaian listrik di dalamnya, informasi ditampilkan pada layar kristal cair.

Multimeter untuk mengukur arus

Inilah yang biasa disebut pengukur parameter arus elektronik universal. Ia dapat beralih ke mode ammeter dan ke mode voltmeter, ohmmeter dan megohmmeter (resistansi besar, biasanya isolasi, diukur).

Mengukur arus dengan multimeter

Hasil pengukuran ditampilkan pada layar kristal cair. Perangkat memerlukan daya baterai untuk beroperasi.

Penguji

Dari segi fungsionalitas, ini adalah multimeter yang sama, tetapi analog. Hasil pengukuran ditunjukkan pada skala menggunakan panah; baterai hanya diperlukan jika Anda memiliki ohmmeter.

Meteran penjepit

Clamp meter lebih praktis. Mereka hanya perlu menjepit bagian kawat yang sedang diuji, setelah itu perangkat akan menunjukkan kekuatan arus yang mengalir di dalamnya.

Perlu diingat bahwa hanya konduktor yang diuji yang boleh berada di klem. Jika Anda menjepit beberapa konduktor, perangkat akan menampilkan jumlah geometris arus di dalamnya.

Meteran penjepit

Jadi, ketika seluruh kabel 1 fasa ditempatkan ke dalam penjepit arus, perangkat akan menampilkan "nol", karena arus multiarah dengan besaran yang sama mengalir dalam konduktor fasa dan netral.

Metode pengukuran

Tiga alat ukur pertama harus dimasukkan ke dalam rangkaian beban secara seri, yaitu pada kawat putus. Untuk jaringan 1 fasa, ini dapat berupa kabel fasa atau netral. Untuk fase 3 fase saja, karena pada nol jumlah geometrik arus mengalir di semua fase (pada beban yang sama sama dengan nol).

Mari kita perhatikan dua keadaan penting:

  1. Berbeda dengan voltmeter (pengukur tegangan), amperemeter tidak dapat digunakan tanpa beban, jika tidak maka akan terjadi korsleting.
  2. Probe perangkat dapat menyentuh kabel atau kontak hanya jika tidak ada tegangan, yaitu saluran yang diuji harus dihilangkan energinya. Jika tidak, busur dapat terjadi antara probe dan kawat yang berjarak dekat, sehingga menghasilkan panas yang cukup untuk melelehkan logam.

Semua alat ukur memiliki saklar jangkauan yang mengatur sensitivitas.

Pembumian diperlukan untuk pengoperasian listrik yang aman. – komponen terpenting dari jaringan listrik.

Transformator 220 hingga 12 Volt - Anda akan menemukan tujuan dan rekomendasi pembuatannya.

Perhatikan bahwa arus yang dikonsumsi oleh beberapa perangkat, seperti peralatan televisi dan komputer, lampu hemat energi dan lampu LED, tidak bersifat sinusoidal.

Oleh karena itu, beberapa alat ukur yang prinsip pengoperasiannya berorientasi pada tegangan bolak-balik, dapat menentukan nilai kuat arus tersebut dengan suatu kesalahan.

Video tentang topik tersebut

  • tutorial

Perkenalan

Halo semuanya! Setelah menyelesaikan siklus sensor, muncul berbagai pertanyaan tentang pengukuran parameter konsumsi peralatan rumah tangga dan bukan peralatan listrik. Siapa yang mengkonsumsi berapa banyak, bagaimana menghubungkan apa yang diukur, apa seluk-beluknya, dan seterusnya. Saatnya mengungkap semua kartu di area ini.
Dalam rangkaian artikel kali ini kita akan membahas topik pengukuran parameter listrik. Sebenarnya ada banyak sekali parameter ini, yang akan saya coba bahas secara bertahap dalam seri kecil.
Sejauh ini ada tiga seri yang direncanakan:
  • Pengukuran listrik.
  • Kualitas daya.
  • Alat untuk mengukur parameter kelistrikan.
Selama proses analisis, kami akan menyelesaikan masalah praktis tertentu pada mikrokontroler hingga hasilnya tercapai. Tentu saja, sebagian besar seri ini akan dikhususkan untuk mengukur tegangan bolak-balik dan mungkin berguna bagi semua orang yang suka mengontrol peralatan listrik di rumah pintar mereka.
Berdasarkan hasil keseluruhan siklus, kami akan memproduksi semacam meteran listrik pintar dengan akses Internet. Penggemar berat dalam mengendalikan peralatan listrik di rumah pintar mereka dapat memberikan semua bantuan yang mungkin dalam mengimplementasikan bagian komunikasi di pangkalan, misalnya, MajorDomo. Mari jadikan OpenSource sebagai rumah pintar yang lebih baik.
Dalam seri dua bagian ini, kita akan mengeksplorasi pertanyaan-pertanyaan berikut:
  • Menghubungkan sensor arus dan tegangan pada perangkat DC, serta rangkaian AC satu fasa dan tiga fasa;
  • Pengukuran nilai efektif arus dan tegangan;
  • Pengukuran faktor daya;
  • Daya total, aktif dan reaktif;
  • Konsumsi listrik;
Dengan mengklik di bawah ini Anda akan menemukan jawaban atas dua pertanyaan pertama dari daftar ini. Sengaja saya tidak menyinggung soal ketelitian pengukuran indikator dan dari rangkaian ini saya hanya senang dengan hasil yang didapat dengan ketelitian plus minus sepatu kulit kayu. Saya pasti akan mencurahkan artikel terpisah untuk masalah ini di seri ketiga.

1. Menghubungkan sensor


Pada seri terakhir tentang sensor tegangan dan arus, saya berbicara tentang jenis-jenis sensor, tetapi tidak berbicara tentang cara menggunakannya dan di mana menempatkannya. Saatnya untuk memperbaikinya
Menghubungkan Sensor DC
Jelas bahwa keseluruhan rangkaian akan dikhususkan untuk sistem AC, tetapi mari kita bahas rangkaian DC dengan cepat, karena ini mungkin berguna bagi kita saat mengembangkan catu daya DC. Ambil contoh konverter uang PWM klasik:


Gambar 1. Konverter PWM Buck
Tugas kita adalah menyediakan tegangan keluaran yang stabil. Selain itu, berdasarkan informasi dari sensor arus, dimungkinkan untuk mengontrol mode pengoperasian induktor L1, mencegah kejenuhannya, dan juga menerapkan perlindungan arus pada konverter. Dan sejujurnya, sebenarnya tidak ada opsi untuk memasang sensor.
Sensor tegangan berupa pembagi resistif R1-R2 yang merupakan satu-satunya yang mampu beroperasi pada arus searah dipasang pada keluaran konverter. Sebagai aturan, sirkuit mikro konverter khusus memiliki input umpan balik, dan melakukan segala upaya untuk memastikan bahwa input ini (3) memiliki level tegangan tertentu yang ditentukan dalam dokumentasi untuk sirkuit mikro. Misalnya 1,25V. Jika tegangan keluaran kita cocok dengan level ini, semuanya baik-baik saja - kita langsung menerapkan tegangan keluaran ke masukan ini. Jika tidak, maka atur pembatasnya. Jika kita perlu memberikan tegangan keluaran 5V, maka pembagi harus memberikan faktor pembagian sebesar 4, yaitu Misalnya R1 = 30k, R2 = 10k.
Sensor arus biasanya dipasang di antara catu daya dan konverter dan pada chip. Berdasarkan beda potensial antara titik 1 dan 2, dan dengan resistansi resistor Rs yang diketahui, kita dapat menentukan nilai arus induktor kita. Memasang sensor arus antara sumber dan beban bukanlah ide yang baik, karena kapasitor filter akan terputus oleh resistor dari konsumen arus pulsa. Memasang resistor di celah kabel biasa juga bukan pertanda baik - akan ada dua permukaan tanah yang akan menyenangkan untuk diutak-atik.
Masalah penurunan tegangan dapat dihindari dengan menggunakan sensor arus non-kontak - seperti sensor hall:


Gambar 2. Sensor arus non-kontak
Namun, ada cara yang lebih cerdas untuk mengukur arus. Bagaimanapun, tegangan turun pada transistor dengan cara yang persis sama dan arus yang mengalir melaluinya sama dengan induktansi. Oleh karena itu, besarnya arus juga dapat ditentukan oleh jatuh tegangan yang melewatinya. Jujur saja, jika melihat struktur internal chip konverter, misalnya dari Texas Instruments, maka cara ini sama lazimnya dengan cara-cara sebelumnya. Keakuratan metode ini tentu saja bukan yang tertinggi, tetapi ini cukup untuk membuat cutoff saat ini berfungsi.


Gambar 3. Transistor sebagai sensor arus
Kami melakukan hal yang sama di sirkuit lain dari konverter serupa, baik meningkatkan atau membalikkan.
Namun, perlu disebutkan secara terpisah konverter transformator maju dan flyback.


Gambar 4. Menghubungkan sensor arus pada konverter flyback
Mereka juga dapat menggunakan resistansi eksternal atau transistor dalam perannya.
Di sinilah kita selesai menghubungkan sensor ke konverter DC-DC. Jika Anda memiliki saran untuk opsi lain, saya akan dengan senang hati melengkapi artikel tersebut dengan saran tersebut.
1.2 Menghubungkan sensor ke rangkaian AC satu fasa
Di sirkuit AC kami memiliki lebih banyak pilihan sensor yang mungkin. Mari pertimbangkan beberapa opsi.
Cara paling sederhana adalah dengan menggunakan pembagi tegangan resistif dan shunt arus.


Gambar 5. Menghubungkan sensor resistor
Namun, ia memiliki beberapa kelemahan signifikan:
Pertama, kami akan memberikan amplitudo sinyal yang signifikan dari shunt saat ini dengan mengalokasikan sejumlah besar daya ke sana, atau kami akan puas dengan amplitudo sinyal yang kecil dan kemudian memperkuatnya. Dan kedua, resistor menciptakan perbedaan potensial antara jaringan netral dan netral perangkat. Jika perangkat diisolasi, maka ini tidak menjadi masalah, tetapi jika perangkat memiliki terminal ground, maka kita berisiko dibiarkan tanpa sinyal dari sensor arus, karena kita akan menyebabkan hubungan arus pendek. Mungkin ada baiknya mencoba sensor yang beroperasi berdasarkan prinsip lain.
Misalnya, kita akan menggunakan trafo arus dan tegangan, atau sensor arus efek Hall dan trafo tegangan. Ada lebih banyak kemungkinan untuk bekerja dengan peralatan, karena kabel netral tidak memiliki rugi-rugi, dan yang terpenting, dalam kedua kasus tersebut terdapat isolasi galvanis pada peralatan pengukuran, yang seringkali berguna. Namun perlu diingat bahwa sensor arus dan tegangan transformator memiliki respon frekuensi yang terbatas dan jika kita ingin mengukur komposisi harmonik distorsi, maka belum tentu berhasil.


Gambar 6. Menghubungkan trafo dan sensor arus dan tegangan non-kontak
1.3 Menghubungkan sensor ke rangkaian AC multifasa
Dalam jaringan multifase, kemampuan kita untuk menghubungkan sensor arus sedikit berkurang. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa shunt arus tidak dapat digunakan sama sekali, karena perbedaan potensial antara shunt fasa akan berfluktuasi dalam ratusan volt dan saya tidak mengetahui adanya pengontrol serba guna yang input analognya dapat bertahan. pelecehan seperti itu.
Tentu saja, ada satu cara untuk menggunakan shunt arus - untuk setiap saluran Anda perlu membuat input analog yang diisolasi secara galvanis. Namun jauh lebih mudah dan lebih dapat diandalkan jika menggunakan sensor lain.
Dalam penganalisis kualitas saya, saya menggunakan pembagi tegangan resistif dan sensor arus efek hall jarak jauh.

Gambar 7. Sensor arus pada jaringan tiga fasa
Seperti yang Anda lihat dari gambar, kami menggunakan koneksi empat kabel. Tentu saja, alih-alih sensor arus efek Hall, Anda dapat menggunakan transformator arus atau loop Rogowski.
Alih-alih pembagi resistif, transformator tegangan dapat digunakan, baik untuk sistem empat kabel maupun tiga kabel.
Dalam kasus terakhir, belitan primer transformator tegangan dihubungkan dengan segitiga, dan belitan sekunder dengan bintang, yang titik persekutuannya adalah titik persekutuan dari rangkaian pengukuran.


Gambar 8.Penggunaan trafo tegangan pada jaringan tiga fasa

2 nilai RMS arus dan tegangan


Saatnya memecahkan masalah pengukuran sinyal kita. Yang penting secara praktis bagi kami adalah, pertama-tama, nilai efektif arus dan tegangan.
Izinkan saya mengingatkan Anda tentang peralatan dari seri sensor. Dengan menggunakan ADC mikrokontroler kami, kami akan mencatat nilai tegangan sesaat secara berkala. Jadi, selama periode pengukuran kita akan memiliki serangkaian data pada tingkat nilai tegangan sesaat (untuk arus semuanya serupa).


Gambar 9. Rangkaian nilai tegangan sesaat
Tugas kita adalah menghitung nilai efektif. Pertama, mari kita gunakan rumus integral:
(1)
Dalam sistem digital kita harus membatasi diri pada kuantum waktu tertentu, jadi kita lanjutkan ke penjumlahannya:
(2)
Dimana periode pengambilan sampel sinyal kita, dan jumlah sampel selama periode pengukuran. Di video ini saya mulai berbicara omong kosong tentang kesetaraan wilayah. Seharusnya aku tidur hari itu. =)
Dalam mikrokontroler MSP430FE4252, yang digunakan pada meteran listrik fase tunggal Merkurius, 4096 hitungan dilakukan selama periode pengukuran 1, 2, atau 4 detik. Kami akan mengandalkan T=1c dan N=4096 sebagai berikut. Selain itu, 4096 titik per detik akan memungkinkan kita menggunakan algoritma transformasi Fourier cepat untuk menentukan spektrum harmonik hingga harmonik ke-40, seperti yang disyaratkan oleh GOST. Tapi lebih dari itu di episode berikutnya.
Mari kita buat sketsa algoritma untuk program kita. Kami perlu memastikan peluncuran ADC yang stabil setiap 1/8192 detik, karena kami memiliki dua saluran dan kami akan mengukur data ini secara bergantian. Untuk melakukan ini, atur timer dan sinyal interupsi akan secara otomatis me-restart ADC. Semua ADC dapat melakukan ini.
Kami akan menulis program masa depan di Arduino, karena banyak orang yang memilikinya. Untuk saat ini, minat kami hanya bersifat akademis.
Memiliki frekuensi kuarsa sistem 16 MHz dan pengatur waktu 8-bit (sehingga kehidupan tidak terasa seperti madu), kita perlu memastikan bahwa setiap interupsi pengatur waktu beroperasi pada frekuensi 8192 Hz.
Kami sedih karena 16 MHz tidak dibagi sesuai kebutuhan dan frekuensi pengoperasian akhir pengatur waktu adalah 8198 Hz. Kami menutup mata terhadap kesalahan 0,04% dan masih membaca 4096 sampel per saluran.
Kami sedih karena interupsi overflow di Arduino sibuk menghitung waktu (bertanggung jawab atas milis dan penundaan, sehingga berhenti bekerja secara normal), jadi kami menggunakan interupsi perbandingan.
Dan kami tiba-tiba menyadari bahwa sinyal yang datang kepada kami adalah sinyal bipolar, dan msp430fe4252 mengatasinya dengan sempurna. Kami puas dengan ADC unipolar, jadi kami merakit konverter sinyal bipolar ke unipolar sederhana menggunakan penguat operasional:


Gambar 10. Konverter sinyal bipolar ke unipolar
Selain itu, tugas kita adalah memastikan bahwa sinusoida kita berosilasi relatif terhadap setengah tegangan referensi - kemudian kita akan mengurangi setengah rentang atau mengaktifkan opsi dalam pengaturan ADC dan mendapatkan nilai yang ditandatangani.
Arduino memiliki ADC 10-bit, jadi kita akan mengurangi setengah dari hasil unsigned di kisaran 0-1023 dan mendapatkan -512-511.
Kami memeriksa model yang dirakit di LTSpiceIV dan memastikan semuanya berfungsi sebagaimana mestinya. Dalam materi video kami juga diyakinkan secara eksperimental.


Gambar 11. Hasil simulasi. Hijau adalah sinyal sumber, biru adalah sinyal keluaran.

Sketsa untuk Arduino untuk satu saluran

batalkan pengaturan() ( pengaturan otomatis(); DDRD |=(1<

Program ini ditulis dalam Arduino IDE untuk mikrokontroler ATmega1280. Di papan debug saya, 8 saluran pertama dirutekan untuk kebutuhan internal papan, sehingga saluran ADC8 digunakan. Sketsa ini dapat digunakan untuk papan dengan ATmega168, tetapi Anda harus memilih saluran yang benar.
Di dalam interupsi, kami mendistorsi beberapa pin layanan untuk melihat dengan jelas frekuensi digitalisasi pengoperasian.
Sedikit penjelasan tentang dari mana koefisien 102 berasal. Pada permulaan pertama, sinyal dengan berbagai amplitudo disuplai dari generator, nilai tegangan efektif dibaca dari osiloskop, dan nilai yang dihitung dalam satuan ADC absolut diambil dari konsol. .

Umax, V Urm, B Terhitung
3 2,08 212
2,5 1,73 176
2 1,38 141
1,5 1,03 106
1 0,684 71
0,5 0,358 36
0,25 0,179 19

Membagi nilai kolom ketiga dengan nilai kolom kedua kita mendapatkan rata-rata 102. Ini akan menjadi koefisien “kalibrasi” kita. Namun, Anda dapat melihat bahwa seiring dengan penurunan voltase, keakuratannya menurun tajam. Hal ini disebabkan rendahnya sensitivitas ADC kita. Faktanya, 10 digit untuk perhitungan yang akurat sangatlah kecil, dan jika sangat mungkin untuk mengukur tegangan dalam soket dengan cara ini, maka menggunakan ADC 10-bit untuk mengukur arus yang dikonsumsi oleh beban akan menjadi kejahatan terhadap metrologi. .

Pada titik ini kita akan istirahat. Pada bagian selanjutnya, kita akan membahas tiga pertanyaan lainnya dalam seri ini dan dengan lancar beralih ke pembuatan perangkat itu sendiri.

Anda akan menemukan firmware yang disajikan, serta firmware lain untuk seri ini (karena saya merekam materi video lebih cepat daripada menyiapkan artikel) di repositori di GitHub.

Perangkat yang diusulkan dirancang untuk dipasang di berbagai catu daya yang diatur. Ini menampilkan volume keluarantage unit dan arus bebannya pada indikator LED-nya. Ketika ada kebutuhan untuk terus memantau tegangan keluaran dan arus beban catu daya laboratorium, segera diputuskan untuk menampilkan nilainya pada indikator LED tujuh elemen. Alternatif yang mungkin adalah LCD karakter dengan dua baris 8 atau 16 karakter, namun mahal dan sulit dibaca. Persyaratan lainnya adalah keluaran nilai tegangan dan arus secara simultan ke indikator tanpa peralihan apa pun. Karena berbagai alasan, penulis tidak puas dengan solusi siap pakai yang ditemukan dalam literatur dan di Internet, dan dia memutuskan untuk merancang perangkat itu sendiri.

Tampilan meteran yang diusulkan ditunjukkan pada Gambar. 1. Memungkinkan Anda mengukur tegangan dari 0 hingga 99,9 V dengan resolusi 0,1 V dan arus dari 0 hingga 9,99 A dengan resolusi 0,01 A. Perangkat ini dirakit pada papan berukuran 57x62 mm dan dapat dipasang di hampir semua ruangan catu daya laboratorium atau perangkat lain yang memerlukan pemantauan tegangan dan arus secara konstan. Rangkaian meteran ditunjukkan pada Gambar. 2. Ini berisi op-amp, dua regulator tegangan terintegrasi, mikrokontroler (yang paling murah dengan ADC sepuluh-bit), dua register dan dua indikator LED tujuh elemen. Jumlahnya bisa empat atau tiga digit.

Nilai tegangan terukur ditampilkan pada indikator HG1, dan nilai arus ditampilkan pada indikator HG2. Terminal elemen indikator dengan nama yang sama digabungkan berpasangan dan dihubungkan melalui resistor pembatas arus R13-R20 ke output register DD2. Pin umum dari bit indikator dihubungkan ke register DD3. Register-register tersebut dihubungkan secara seri dan membentuk register geser 16-bit, dikendalikan oleh sinyal dari tiga keluaran mikrokontroler DD1: GP2 (pulsa jam), GP4 (kode serial yang dimuat), GP5 (pulsa untuk mengeluarkan kode yang dimuat ke register paralel keluaran). Indikasinya adalah yang dinamis biasa, di mana digit-digit indikator dinyalakan secara bergantian oleh pulsa-pulsa pada keluaran register DD3, dihasilkan bersamaan dengan munculnya kode-kode pada keluaran register DD2 untuk menampilkan digit yang diinginkan dalam register. beralih angka.

Indikator HG1 dan HG2 dapat mempunyai anoda persekutuan atau katoda persekutuan dari unsur masing-masing kategori, namun keduanya harus sama. Bergantung pada ini, versi program mikrokontroler yang sesuai harus dipilih - AV-meter_common_anocle.HEX untuk anoda umum atau AV-meter_common_cathode. HEX untuk katoda umum. Mikrokontroler mengontrol indikator menggunakan interupsi dari timer TMR0, yang diikuti dengan periode 2 ms.
Input GP0 dan GP1 beroperasi dalam mode input analog ADC mikrokontroler. GP0 digunakan untuk mengukur tegangan, dan GP1 digunakan untuk mengukur arus. Tiga digit paling signifikan dari indikator menampilkan nilai terukur. Pada digit terkecil indikator HG1, huruf U (tanda pengukuran tegangan) selalu ditampilkan, dan pada digit yang sama dari indikator HG2 - huruf A (tanda pengukuran arus). Jika indikator tiga digit digunakan, tidak diperlukan perubahan program, tetapi huruf-huruf ini tidak ada.

Tegangan terukur disuplai ke mikrokontroler melalui pembagi R2-R4, dan tegangan sebanding dengan arus terukur disuplai dari output op-amp DA1.1. Resistor R12, bersama dengan dioda pelindung internal mikrokontroler, melindungi inputnya dari kemungkinan kelebihan beban (op-amp ditenagai oleh tegangan 7...15 V). Gain tegangan yang diambil dari sensor arus (resistor R1) sekitar 50 diatur oleh resistor R6, R8, R11. Nilai pastinya ditentukan dengan memotong resistor R8.

Filter low-pass R7C3 memperhalus riak tegangan pada input non-pembalik op-amp. Tanpa filter ini, pembacaan perangkat “melompat”. Fungsi serupa dilakukan oleh kapasitor C2 pada rangkaian pengukuran tegangan. Dioda Zener VD1 melindungi input op-amp dari tegangan lebih jika terjadi putusnya resistor R1. Dalam kasus ekstrim, dioda zener mungkin tidak dipasang.
Perhatian khusus harus diberikan pada rantai R5R10. Jika tidak ada arus terukur, maka akan tercipta offset awal sekitar +0,25 mV pada masukan op-amp. Tanpa ini, nonlinier yang signifikan diamati ketika mengukur arus kurang dari 0,3 A. Dalam berbagai contoh sirkuit mikro LM358N, efek ini memanifestasikan dirinya pada tingkat yang berbeda-beda, tetapi bagaimanapun juga, kesalahan pada nilai kecil dari arus yang diukur terlalu tinggi. Saat mengatur R5 dan R10 ke nilai yang ditunjukkan dalam diagram (dapat diubah secara proporsional dengan tetap mempertahankan rasio yang sama, misalnya, 15 Ohm dan 300 kOhm), kesalahan pengukuran arus yang disebabkan oleh efek ini tidak melebihi satu nilai terkecil. angka.

Dengan semua salinan chip LM358N yang saya miliki, dan dibeli selama sepuluh tahun terakhir di tempat yang berbeda, tidak diperlukan pemilihan resistor ini. Tetapi jika perlu, Anda harus menentukan resistansi minimum resistor R10, di mana angka nol masih menyala pada indikator HG1 tanpa adanya arus yang diukur, dan kemudian meningkatkannya sebesar 1,5...2 kali. Untuk menyederhanakan desain, saya tidak menyarankan untuk mengecualikan elemen C2, C3, R4, R5, R10, yang biasanya tidak ada di perangkat tersebut.

Akurasi dan stabilitas pembacaan yang baik juga dipastikan dengan pemisahan lengkap unit kontrol indikator pulsa yang relatif kuat dari mikrokontroler dengan memberi daya pada regulator tegangan terintegrasi DA3 yang terpisah. Gangguan dari pengoperasian prosesor mikrokontroler itu sendiri tidak banyak berpengaruh terhadap hasil pengukuran, karena masing-masing pengukuran dilakukan dengan mikrokontroler terlebih dahulu dialihkan ke mode tidur dengan generator jam dimatikan.

Mikrokontroler di-clock dari osilator internal. R9C5 - sirkuit untuk mengatur mikrokontroler ke keadaan awal. Untuk menghilangkan akibat dari kemungkinan kegagalan mikrokontroler, mikrokontroler dilengkapi dengan watchdog timer (WDT).

Pada Gambar. Gambar 3 menunjukkan gambar konduktor papan sirkuit cetak perangkat, dan Gambar. 4 - lokasi bagian-bagian di atasnya. Sebagian besar resistor dan kapasitor berukuran 0805 untuk pemasangan di permukaan. Pengecualian adalah resistor R2 (karena disipasi daya), R13 (untuk menyederhanakan tata letak konduktor sirkuit tercetak), resistor pemangkas R3, R8, kapasitor oksida C1, C6, C8. Kapasitor C2 dan C3 terbuat dari keramik, tetapi dapat diganti dengan tantalum oksida.

Saya ingin menyampaikan kepada Anda versi yang ditingkatkan untuk catu daya laboratorium. Kemampuan untuk mematikan beban ketika arus preset tertentu terlampaui telah ditambahkan. Anda dapat mem-flash firmware untuk voltammeter yang lebih baik.

Rangkaian meter arus dan tegangan digital

Beberapa detail juga ditambahkan ke diagram. Kontrolnya memiliki satu tombol dan resistor variabel dengan nilai dari 10 kilo-ohm hingga 47 kilo-ohm. Resistansinya tidak penting untuk rangkaian, dan seperti yang Anda lihat, resistansinya dapat bervariasi dalam rentang yang cukup luas. Tampilan di layar juga sedikit berubah. Menambahkan tampilan daya dan ampere jam.

Variabel perjalanan saat ini disimpan di EEPROM. Oleh karena itu, setelah dimatikan, Anda tidak perlu mengkonfigurasi semuanya lagi. Untuk masuk ke menu pengaturan saat ini, Anda perlu menekan tombol. Dengan memutar kenop resistor variabel, Anda perlu mengatur arus di mana relai akan mati. Terhubung melalui saklar transistor ke output PB5 mikrokontroler Atmega8.

Pada saat dimatikan, tampilan akan menunjukkan bahwa arus maksimum yang disetel telah terlampaui. Setelah menekan tombol tersebut kita akan kembali ke menu setting maksimal saat ini. Anda perlu menekan tombol lagi untuk beralih ke mode pengukuran. Di jalan keluar PB5 Mikrokontroler akan mengirimkan log 1 dan relay akan menyala. Pemantauan seperti ini juga mempunyai kelemahan. Perlindungan tersebut tidak akan bekerja secara instan. Pemicuan mungkin memerlukan waktu beberapa puluh milidetik. Untuk sebagian besar perangkat eksperimental, kelemahan ini tidak terlalu penting. Penundaan ini tidak terlihat oleh manusia. Semuanya terjadi sekaligus. Tidak ada PCB baru yang dikembangkan. Siapapun yang ingin mengulang perangkat dapat sedikit mengedit papan sirkuit tercetak dari versi sebelumnya. Perubahan yang terjadi tidak akan signifikan.

. Saat ini atau arus listrik ditentukan oleh jumlah elektron yang melewati suatu titik atau elemen rangkaian dalam satu detik. Misalnya, sekitar 2.000.000.000.000.000.000 (dua triliun) elektron melewati filamen lampu pijar senter yang menyala setiap detik. Namun, dalam praktiknya, yang diukur bukanlah jumlah elektron, melainkan pergerakannya, yang dinyatakan dalam ampere(A).

Amper adalah satuan arus listrik, yang dinamai menurut fisikawan dan matematikawan Perancis A. Ampere, yang mempelajari interaksi konduktor dengan arus. Telah ditetapkan secara eksperimental bahwa dengan arus 1A, sekitar 6.250.000.000.000.000.000 elektron melewati suatu titik atau elemen rangkaian.

Selain ampere, satuan arus yang lebih kecil juga digunakan: miliampere(mA) sama dengan 0,001 A, dan mikroampere(μA) sama dengan 0,000001 A atau 0,001 mA. Karena itu: 1 A = 1000 mA = 1.000.000 μA.

1. Alat untuk mengukur kekuatan arus.

Seperti tegangan, arus juga bisa konstan Dan variabel. Alat yang digunakan untuk mengukur arus disebut amperemeter, miliammeter Dan mikroammeter. Sama seperti voltmeter, amperemeter juga demikian anak panah Dan digital.

Pada diagram kelistrikan, perangkat ditandai dengan lingkaran dan huruf di dalamnya: A(pengukur amper), mA(miliammeter) dan μA(mikroammeter). Di sebelah simbol amperemeter, terdapat tanda huruf “ PA" dan nomor seri pada diagram. Misalnya. Jika ada dua amperemeter dalam rangkaian, maka di sebelah amperemeter pertama ditulis “ PA1", dan tentang yang kedua" PA2».

Untuk mengukur arus, amperemeter dihidupkan langsung ke rangkaian yang seri dengan beban, yaitu putusnya rangkaian catu daya beban. Jadi, selama pengukuran, amperemeter menjadi seperti elemen lain dari rangkaian listrik yang dilalui arus, tetapi pada saat yang sama amperemeter tidak melakukan perubahan apa pun pada rangkaian. Gambar di bawah menunjukkan diagram penghubung miliammeter ke rangkaian daya lampu pijar.

Anda juga harus ingat bahwa amperemeter tersedia dalam rentang (skala) yang berbeda, dan jika Anda menggunakan perangkat dengan rentang yang lebih kecil dibandingkan dengan nilai terukur saat mengukur, perangkat tersebut dapat rusak. Misalnya. Rentang pengukuran miliammeter adalah 0...300 mA, artinya kuat arus diukur hanya dalam batas tersebut, karena jika arus diukur di atas 300 mA, perangkat akan rusak.

2. Mengukur arus dengan multimeter.

Mengukur arus dengan multimeter praktis tidak berbeda dengan mengukur dengan amperemeter atau miliammeter biasa. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa perangkat konvensional hanya memiliki satu rentang pengukuran, dirancang untuk nilai arus maksimum tertentu, sedangkan multimeter memiliki beberapa rentang, dan sebelum mengukur Anda harus menentukan rentang mana yang akan digunakan saat ini.

Multimeter konvensional, bukan multimeter profesional, dirancang untuk mengukur arus searah dan memiliki empat subrentang, yang cukup memadai di tingkat rumah tangga. Setiap subrentang memiliki batas pengukuran maksimumnya sendiri, yang ditunjukkan dengan nilai digital: 2m, 20m, 200m, 10A. Misalnya. Pada batas " 20m» Arus DC dapat diukur pada kisaran 0...20 mA.

Misalnya, mari kita ukur arus yang dikonsumsi oleh LED konvensional. Untuk melakukan ini, kita akan merakit rangkaian yang terdiri dari sumber tegangan (baterai pena-AA) GB1 dan LED VD1, dan sambungkan multimeter ke sirkuit terbuka PA1. Namun sebelum memasukkan multimeter ke dalam rangkaian, kita akan mempersiapkannya untuk pengukuran.

Kami memasukkan kabel pengukur ke dalam soket multimeter, seperti yang ditunjukkan pada gambar:

merah tongkat celup disebut positif, dan dimasukkan ke dalam soket, di seberangnya terdapat ikon parameter yang diukur: “ VΩmA»;
hitam tongkat celupnya adalah dikurangi atau umum dan dimasukkan ke dalam soket, di seberangnya tertulis “ com" Semua pengukuran dilakukan relatif terhadap probe ini.

Di sektor pengukuran DC, pilih batas " 2m", rentang pengukurannya adalah 0...2 mA. Kami menghubungkan probe multimeter sesuai dengan diagram dan kemudian menerapkan daya. LED menyala dan konsumsi arusnya 1,74 mA. Pada prinsipnya, itulah keseluruhan proses pengukuran.

Namun, opsi pengukuran ini cocok bila konsumsi arus diketahui. Dalam praktiknya, situasi sering muncul ketika perlu untuk mengukur arus di beberapa bagian rangkaian, yang nilainya tidak diketahui atau diketahui perkiraannya. Dalam hal ini pengukuran dimulai dari batas tertinggi.

Mari kita asumsikan konsumsi LED saat ini tidak diketahui. Lalu kita pindahkan saklarnya ke batas" 200m", yang sesuai dengan kisaran 0...200 mA, dan setelah itu kita menghubungkan probe multimeter ke sirkuit.

Kemudian kita berikan tegangan dan lihat pembacaan multimeter. Dalam hal ini, pembacaan saat ini adalah “ 01,8 ", yang berarti 1,8 mA. Namun, angka nol di depan menunjukkan bahwa Anda dapat turun hingga batas " 20m».

Matikan listrik. Kami memindahkan saklar ke batas " 20m" Nyalakan daya dan lakukan pengukuran lagi. Pembacaannya adalah 1,89 mA.

Seringkali ada situasi ketika indikator muncul ketika mengukur arus atau tegangan satuan. Satuan menunjukkan bahwa batas pengukuran rendah dipilih dan lebih kecil dari nilai parameter yang diukur. Dalam hal ini, Anda perlu mencapai batas yang lebih tinggi.

Mungkin juga ada saat ketika arus yang diukur di atas 200 mA dan perlu mencapai batas pengukuran " 10A" Namun, ada nuansa yang perlu diingat. Selain fakta bahwa saklar dipindahkan ke batas " 10A", probe positif (merah) juga perlu dipindahkan ke soket paling kiri, di seberangnya terdapat nilai alfanumerik "10A", yang menunjukkan bahwa soket ini dimaksudkan untuk mengukur arus tinggi.

Dan satu nasihat lagi. Buatlah aturan: ketika Anda menyelesaikan semua pengukuran pada batasnya « 10A» Segera pindahkan probe positif (merah) ke tempat normalnya. Ini akan menyelamatkan Anda dari saraf, probe, dan multimeter.

Pada dasarnya itu saja yang ingin saya sampaikan tentang mengukur arus dengan multimeter. Hal utama yang harus dipahami adalah ketika voltmeter dihubungkan sejajar dengan beban atau sumber tegangan, sedangkan untuk mengukur arus digunakan amperemeter terhubung langsung ke sirkuit dan arus mengalir melaluinya, yang memberi daya pada elemen rangkaian.

Nah, untuk memperkuat apa yang telah Anda baca, saya sarankan menonton video yang menggunakan contoh rangkaian untuk membahas tentang mengukur tegangan dan arus dengan multimeter.

  • Sergei Savenkov

    semacam ulasan "pendek"... seolah-olah mereka sedang terburu-buru di suatu tempat