Датчик постоянного тока своими руками

Схема датчика тока на основе датчика холла

При проведении измерений в автомобильной электрике часто приходится снимать осциллограммы величин тока. Другими словами, не просто измерять, а подробно изучать. Классически для таких целей используются токовые трансформаторы или резисторы. Однако последние имеют частотные ограничения и влияют на изучаемую схему. Токовой датчик, основанный на регуляторе Холла, призван решить эту проблему.

Все бы хорошо, но стоят такие датчики недешево. Если же суметь собрать такой вариант своими руками, то можно неплохо сэкономить. Чтобы суметь изготовить модель собственного производства, можно использовать несколько эффективных схем.

Схема на микросхеме 711

ACS 711 – тот самый чип, благодаря которому удастся изготовить токовый датчик или ТД на основе ДХ (датчика Холла). ЧД такого датчика будет равен почти 100 кГц, что будет вполне эффективно для проведения измерений.

Микросхема этого типа имеет выход, который интегрируется с усилителем. Последний, в свою очередь, за счет своей оперативности способен увеличивать возможности схемы вплоть до 1 А/В.

Что касается питания, то напряжение на усилитель поступает за счет применения внутреннего источника 2-полярного типа. Это может быть вариант NSD10 либо какой-нибудь другой. Сама микросхема питается уже посредством стабилизатора, имеющего выход с напряжением 3,3 В.

Проверенный «бюджетный» вариант

Вот, что надо предпринять для изготовления такого варианта:

• в ферритовом кольце пропилить канавку по толщине корпуса;
• на эпоксидный клей посадить МС;
• сделать определенное количество витков на кольце (кол-во витков будет зависеть от конкретного напряжения);
• в итоге получится бесконтактный вариант реле, функционирующий на электромагнитной основе.

Ферритовое кольцо в роли датчика

Точность срабатывания такого ДТ и регулярность достаточно высокая. Единственным недостатком схемы можно назвать кол-во витков, определяемых чисто эмпирически. На самом деле расчетов конкретного типа нигде и нет. Приходится определять число витков для конкретного сердечника.

Готовый ДТ MLX91206

Кумулятивная схема, где используется тончайший слой ферромагнитоструктуры или ИМС.

Последний выступает в качестве коммутатора магнитполя, обеспечивая тем самым, высокое усиление и наладку эквивалентности шумосигнала.

Более актуален этот вариант ДТ для измерения постоянно-переменного напряжения до 90 кгц с изоляцией омического свойства, что характеризуется незначительными внедряемыми потерями и малым временем отклика.

Схема включения датчика тока MLX91206

Кроме того, из преимуществ можно выделить простоту сборки и маленькие размеры фюзеляжа.

ДТ MLX91206 – это регулятор, который пока удовлетворяет спрос в автопромышленности. Помимо этого, ДТ этого типа применяется в других источниках питания: для защиты от перегрузки, в двигательных системах и т.д.

Чаще всего ДТ на микросхеме MLX91206 применяется в гибридных автомобильных системах, как автоинверторы.

Интересно и то, что датчик этот оснащен качественной защитной системой от перенапряжения, что позволяет использовать его в качестве отдельного регулятора, интегрированного к кабелю.

Принцип функционирования датчика подобного типа основан на преобразовании магнитполя, возникаемого от токов, проходящих сквозь проводник. Схема не имеет верхнего ограничения измеряемого уровня напряжения, так как выход и его параметры в данном случае зависят от проводникового размера и непосредственной дистанции от ДТ.

Что касается отличий этого типа ДТ от аналогичных:

1. Скорость аналогового выхода, которая выше (этому способствует ЦАП 12 бит).
2. Наличие программируемого переключателя.
3. Надежная защита от переплюсовки и перенапряжения.
4. Выход ШИМ с разрешением АЦП 12 бит.
5. Большущая полоса пропускания, параметры которой равны 90 кГц и многое другое.

Одним словом, ДТ этого типа является компактным и эффективным датчиком, изготовленным по технологии Триасис Холл. Технология подобного типа считается классической и традиционной, она чувствительна к плотности потока, который приложен четко параллельно поверхности.

Уникальное решение для измерения больших величин тока

Измерения, которые удается провести с помощью готового датчика, изготовленного по технологии Триасис Холл, делятся на измерения небольшого напряжения до 2 А, тока средн. величины до 30 А и токов до 600 А (больших).

Рассмотрим подробнее возможности этих измерений.

• Малые токи измеряются с помощью датчика за счет повышения параметров магнитполя через катушку вокруг ДТ. В данном случае чувствительность измерения будет обусловлена габаритами катушки и кол-вами витков.
• Токи в диапазоне до 30 А или средние токи измеряются с учетом допустимости напряжения и общей рассеиваемости мощности дорожки. Последние обязаны быть довольно толстыми и широкими, иначе непрерывной обработки среднего тока достичь не удастся.
• Наконец, измерение больших токов – это использование медных и толстых дорожек, способных приводить напряжение на обратной стороне печатной платы.

Дт на эффекте холла: общий взгляд

Что такое эффект Холла? Как известно, это явление основано на том, что если поместить в магнитное поле какой-либо полупроводник прямоугольного типа, и пропустить сквозь него напряжение, то на краях материала обязательно возникнет электрическая сила, направленная перпендикулярно магнитному полю.

Именно по этой причине магнитный датчик принято называть ДХ в честь ученого Холла, которому удалось первым раскрыть этот самый эффект.

Что дает этот самый эффект в автомобильной электрике? Все просто. Когда к ДХ подносится напряжение, то на краях пластины (она бывает расположена внутри ДХ) возникает разность потенциалов, и дается значение, пропорциональное СМП (силе магнитного поля).

Таким образом, в автомобильной сфере удалось использовать бесконтактные элементы, значительно лучше показавшие себя на практике, чем детали, оснащенные контактными группами. Последние приходилось регулярно чистить, ремонтировать, менять.

Бесконтактные ДХ успешно контролируют, например, скорость вращения валов, широко используются в системах зажигания, применимы в тахометрах и АБС.

Для измерений силы тока в различных электрических цепях с помощью микросхемы АС712 это удается сделать. Эффект Холла в данном случае оказывает неоспоримую помощь. Таким образом, удается изготавливать датчик или регулятор электрического тока на ДХ.

Подобные датчики позволят измерять силу не только постоянного, но и переменного тока, получать значения в млА.

Как измерить ток утечки с помощью датчика тока

Как правило, модуль с микросхемой АС712 функционирует строго от 5В, зато позволяет измерять максимальный уровень тока до 5 А. При этом напряжение должно быть выставлено в пределах значений от 2 квт.

Вообще, ДТ применяются повсеместно в электротехнике для создания коммуникаций обратной связи. В зависимости от конкретного места функционирования, ДТ классифицируются на несколько видов. Известны резистивные ДТ, токово-трансформаторные, ну и конечно, ДТ на эффекте Холла.

Нас интересуют ДТ на эффекте Холла. Они еще называются открытыми регуляторами или приборами с выходным сигналом по напряжению. Предназначение их: бесконтактным способом измерять переменный, постоянный и импульсный ток в диапазонах от плюс/минус 57 до плюс/минус 950 Ампер при в.о. 3 млс.

Датчик тока в схеме электромобиля

Выходное напряжение ДТ бывает четко соизмерно вычисляемым параметрам тока. 0-е значение напряжения равняется половинной величине тока питания. Тем самым, диапазон выхода тока составляет 0,25-0,75 В.

• Настройку чувствительности ДТ легко провести методом трансформации числа витков тестируемого проводника по кругу магнитопровода регулятора.
• Корпус ДТ обязан быть устроен из прочного РВТ пластика.
• РВТ пластик – это пластиковый материал, получаемый посредством однородного сваривания.

Что касается жестких выводов корпуса ДТ, то их бывает 3. Предназначены они для пайки на плату.

Цепь выхода ДТ – пара комплектарно-биополярных транзисторов. Другими словами, это не что иное, как полупроводниковый прибор, в котором сформировано два перехода, а перенос заряда осуществляется носителями 2-х полярностей или иначе – электронами и квазичастицами.

ДТ на эффекте Холла бывают также оригинального и неоригинального производства. Первые выделяются привлекательным дизайном, надежны и способны давать высочайшую точность показаний. А вот ДТ неоригинального производства таких параметров не имеют, хотя тоже способны предоставить свои преимущества. К ним относится разборный корпус и низкая стоимость.

Внимание. Если ДТ легко разбирается путем вывинчивания 4-х винтиков, то перед вами не оригинальный прибор.

Разборка корпуса оригинального ДТ обязательно приведет к неудаче, так как они изготовлены в закрытом варианте. Конечно, можно постараться и добраться до внутренностей, однако это обязательно приводит к поломкам. Корпус таких приборов запаян со всех сторон, по всем стыкам.

Для сравнения внутренностей заводского ДТ и последующего собирания самодельной схемы рекомендуется воспользоваться, как и было написано выше, неоригинальным устройством. Например, пусть это будет китайский ДСТ-500. Он легко разбирается, схема срисовывается на ура, так как она простая, не содержит сложных заковырок.

Что касается функционирования, то она одинакова во всех типах ДТ:

• силовой проводник под напряжением идет через магнитопровод;
• образуется циклотронное поле;
• ток идет по выравнивающей обмотке магнитопровода, чтобы стабилизировать поле;
• компенсируемое напряжение должно быть ровно пропорционально напряжению в сил. проводнике.

Помимо этого, для компенсирования магнитпровода датчика, требуется измерять величинные и знаковые значения ДТ. Для этих целей в магнитопроводе следует прорезать отверстие, через которое, собственно говоря, и вставляется датчик Холла. Сигнал прибора будет форсироваться, снабжать мощностный эндотрон, выход которого интегрирован со стабилизирующей обмоткой.

Данным образом, основной целью подобной схемы станет пропуск такой доли напряжения сквозь обмотку, которая бы воздействовала на магнитное поле так, чтобы в разрыве магнитопровода значение приближалось к 0.

В целой зоне измеряемого напряжения при этом сохранится ювелирная точность КПД соизмеримости. Для измерения точного напряжения компенс. обмотки используется низкоомный резистор-прецизион. Величина падения тока на таком резисторе будет равна значению напряжения в силовой цепи.

ДТ подобного типа можно легко изготовить своими силами. Потребность в таких регуляторах постоянно растет, стоят они, как и говорилось, недешево.

Датчик Холла в конкретном случае желательно использовать специфический, бескорпусный. Установить его можно на узкую полоску тонкого фольго-стеклотекстолита. Под ним должно быть предусмотрено посадочное углубление, где он будет посажен на эпоксидный клей очень плотно.

Внимание. Толщина полоски текстолита в 0,8 мм будет считаться нормальной, так как зайдет в зазор без излишнего трения о стенки и без эффекта болтания.

ДТ — эталонная установка для вычисления напряжения высоковольтажного пульсара питания. Например, ток, потребляемый стартером или генератором. И с помощью датчика Холла осуществить это удается, используя всего лишь одну микросхему.

Напоследок интересное видео про датчик тока на основе датчика холла

Самодельный датчик тока для ардуино

Если вы очень переживаете за расход электро энергии и жуть как хочется вычислить виновника — это ваш день. Мы соберем датчик тока напишем простую логику для обработки входных значений для пересчета значений в киловаты/ч.

Для сборки я использовал плату Arduino nano (никто не мешаем вам использовать тот же код для ESP или STM плат), LCD экранный шилд, резистор на 56 Ом, резисторы 100 кОм, конденсатор 10 мКф, датчик тока CT — Talema AC103 (с номинальным измерением 30A и максимальным 75A).

Датчик тока — это магнитопровод с зазором и обмоткой компенсации, а так же встроенный датчик Холла и плата управления. Датчик Холла размещается в зазоре магнитопровода и реагирует на создаваемое катушкой магнитное поле.

Чем сильнее напряженность магнитного поля, тем сильнее датчик Холла подает сигнал, который усиливается платой управления.Датчики тока бывают для измерения переменного тока и постоянного тока.

Наш — CT-Talema AC103 — для переменного.

Соберем наше устройство согласно схеме:

LCD шилд уже имеет выводы для подключения наших аналоговых портов для измерения сигнала — и это удобно.Через датчик тока нужно пропустить единственный вводной кабель фазы т.к. на нулевой провод зачастую приходит не все напряжение — часть может уходить через заземление.

Не забываем, что нам нужно выполнить калибровку нагрузочного резистора R3. Формула расчета R = V / I — R = 2,5 / 0,042 = 59,5 Ом где 2,5 — опорное напряжение на плате, а 42mA — потребление платы. По тому принимаем самый близкий резистор по номиналу — 56 Ом.Для деление основного напряжения питания до опорного 5/2 вам потребуется поставить два одинаковых резистора R1 и R2.

Остается только загрузить пример кода в Arduino:

Завершающим шрихом нашей установки станет калибровка. Ее лучше выполнять при включенной эталонной нагрузке известной мощности. Для этого хорошо подходят мощные лампы накаливания.

Возьмем лампу на 100 Ват. Включаем плату и высчитываем поправочный коэффициент:Двойной RMSCurrent = ((maxCurrent — 516) * 0,707) /11,8337 где 11.

8337 — подобранный коэффициент для компенсации расхождений в измерениях.

Источник

Arduino Pro Mini + токовый датчик GY-712 ведут контроль перегорания ламп

Всем привет. Хочу поделится одним из проектом созданным на базе Arduino. Для меня работа с токовыми датчиками GY-712 была впервые. Перед созданием этого проекта создавался тестовый блок.

• Если вам уже интересно, тогда продолжим.
• Здесь я расскажу об одном модуле, так как описывать и зарисовывать 7 модулей не очень-то и легко.
• Было тех задание: 1) Лампы(фонари) 50-65ВТ 220В переменка или 24В постоянка; 2) Индикация работы лампы (светодиод на панели);
• 3) Звуковая индикация перегоревшей лампы.

Решение было принято такое: Используем токовый датчик GY-712 5А

1. По причинам: 1) Меряет переменный и постоянный ток; 2) Легко подключается к контроллеру; 3) Компактный;
2. 4) Недорогой при заказе с Китая.
3. Давайте посмотрим на схему:

При старте он проверяется, включен ли тумблер, если включен ты выдается звуковой сигнал и световая индикация, что бы датчик можно было откалибровать без нагрузки. Если тумблер выключить то прога выдаст звук + индикация. Далее идет калибровка. После калибровки – звуковой сигнал.

И стартует основная программа. Контроль тумблера, если включен то контроль тока нагрузки лампы, если ток выше заданного порога то включить индикацию если тока нет, то выключить индикацию и выдать звуковой сигнал.

  Датчики давления шин инфинити qx60

Вот простая схема без контроля тумблера, просто световая индикация. Это на тот случай кому просто нужен будет световой индикатор нагрузки – но тогда можно просто намотать на ферритовое кольцо провода(сделать трансформатор тока) и подключить светодиодик.

• const int currentPin1 = 0; // Аналоговый вход с датчика тока
• const unsigned long sampleTime = 100000UL; // sample over 100ms, it is an exact number of cycles for both 50Hz and 60Hz mains const unsigned long numSamples = 250UL; // choose the number of samples to divide sampleTime exactly, but low enough for the ADC to keep up const unsigned long sampleInterval = sampleTime/numSamples; // the sampling interval, must be longer than then ADC conversion time //const int adc_zero = 512; // relative digital zero of the arudino input from ACS712 (could make this a variable and auto-adjust it)
• int adc_zero1; //Переменная автоматической калибровки
• void setup()
• Источник

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Счетчик электроэнергии на Arduino своими руками

Счетчик электроэнергии на Arduino своими руками

В сегодняшней статье мы поговорим о том, как сделать простой счетчик электроэнергии с поддержкой Wi-Fi своими руками.

Шаг 1: Необходимые детали и инструменты

• Wemos D1 mini pro;
• Датчик тока ACS712;
• OLED дисплей;
• 5В блок питания;
• Монтажная плата 4 х 6 см;
• Провода;
• Гнезда под «гребенку»;
• Перемычки;
• Винтовые клеммы;
• Стойки;
• Вилка+розетка
• Самозажимные клеммы;
• Тумблер.
• Паяльник;
• Клеевой пистолет;
• Кусачки / стриппер.

Шаг 2: Как это работает?

• Питание поступает от сети переменного тока и проходит через предохранитель, для предотвращения повреждения печатной платы во время короткого замыкания.
• Провода переменного тока расходятся в два направления:
• К нагрузке через датчик тока (ACS712);
• 230V AC / 5V DC к блоку питания.

Блок питания 5 В обеспечивает питание микроконтроллера (Arduino / Wemos), датчика тока (ACS712) и OLED-дисплея.

Величина тока, определяется датчиком тока (ACS712). Считанное значение подается на аналоговый вывод (A0) платы Arduino / Wemos. Как только аналоговый сигнал заходит в Arduino, расчет мощности выполняется по алгоритму приложения Arduino.

Расчетное значение отображаются на 0,96-дюймовом дисплее OLED.

Встроенный WiFi-чип Wemos подключен к домашнему маршрутизатору и связан с приложением Blynk. Таким образом, можно контролировать параметры, а также калибровать и изменять различные настройки со своего смартфона через OTA.

Шаг 3: Матчасть

В цепях переменного тока ток изменяются синусоидально со временем.

Активная мощность (P): мощность, используемая устройством для производства полезной работы. Она выражается в кВт.

• Активная мощность = напряжение (V) * ток (I) * cosΦ

  Медленная реакция датчика кислорода

Реактивная мощность (Q): мощность, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение. Не приносит никакой полезной работы. Она выражается в кВАр.

• Реактивная мощность = напряжение (V) * ток (I) * sinΦ

Полная мощность (S): определяется, как произведение действующего значение напряжения на действующее значение тока. Также может быть определена, как сумма активной и реактивной мощности. Выражается в кВА

• Полная мощность = напряжение (V) * ток (I)

Отношения между активной, реактивной и полной мощностью:

• Активная мощность = полная мощность * cosΦ
• Реактивная мощность = полная мощность * sinΦ
• (кВА) ² = (кВт) ² + (кВАр) ²

Коэффициент мощности (пф): отношение активной мощности к полной мощности в цепи.

• Коэффициент мощности = активная мощность / полная мощность

Из вышесказанного ясно, что мы можем измерить любую мощность, а также коэффициент мощности, измеряя напряжение и ток.

Шаг 4: Датчик тока

Величина переменного тока измеряется с помощью трансформатора тока, но для этого проекта был выбран ACS712 — датчик тока с эффектом Холла, который измеряет ток при наведении. Обнаруженное магнитное поле вокруг провода, дает эквивалентное аналоговое выходное напряжение. Затем напряжения обрабатывается микроконтроллером для измерения тока, протекающего через нагрузку.

Шаг 5: Измерение тока с помощью ACS712

Выходной сигнал датчика тока ACS712 представляет собой волну. Нам необходимо рассчитать среднеквадратичное значение тока, это можно сделать следующим образом.

• Измеряем напряжения Vpp (полную амплитуду);
• Делим напряжение Vpp на два, чтобы получить амплитудное напряжение Vp;
• Умножаем полученное значение на 0,707, получив действующее напряжение (Vrms)

Затем умножим на чувствительность датчика тока (ACS712), чтобы получить действующее значение тока.

• Vp = Vpp / 2
• Vrms = Vp x 0,707
• Irms = Vrms x Чувствительность

Чувствительность модуля ACS712:

• 5A составляет 185 мВ / A;
• модуля 20A — 100 мВ / A;
• модуля 30A — 66 мВ / A.

Подключение датчика (ACS712 Arduino / Wemos)

Шаг 6: Расчет мощности

Причина не использовать датчик напряжения связана с ограниченным количеством аналоговых выводов Wemos (только один). Хотя дополнительный датчик можно подключить с помощью АЦП, такого как ADS1115.

Коэффициент мощности нагрузки можно изменить во время программирования или из приложения для смартфона.

• Активная мощность (Вт) = Vrms x Irms x Pf
• Vrms = 230 В (известно)
• Pf = 0,85 (известно)
• Irms = чтение с текущего датчика (неизвестно)

Шаг 7: Приложение Blynk

Так как на плате Wemos есть встроенный чип WiFi. Преимущества использования платы Wemos: калибровка датчика и изменение значения параметров со смартфона через OTA без физического повторного программирования микроконтроллера.

Blynk — это приложение, которое обеспечивает полный контроль над Arduino, ESP8266, Rasberry, Intel Edison и многими другими аппаратными средствами. Приложение совместимо как с Android, так и с iPhone. В Blynk все работает на «Energy».

Когда вы создаете новую учетную запись, вы получаете 2000 фунтов стерлингов, чтобы начать эксперимент; Каждый виджет нуждается в энергии для работы.

Для этого проекта вам нужно 2400 фунтов стерлингов, поэтому вы должны приобрести дополнительную энергию 400 фунтов стерлингов (стоимость менее 1 доллара США)

• Датчик — 2 х 200 = 400;
• Отображение маркировки — 2 x 400 = 800;
• Ползунки — 4 х 200 = 800;
• Меню — 1x 400 = 400.

Общая энергия, необходимая для этого проекта = 400 + 800 + 800 + 400 = 2400

Загружаем приложение Blynk

Авторизация

Чтобы подключить приложение Blynk к оборудованию, нужно авторизироваться.

• Создаем новую учетную запись в приложении Blynk.
• Нажмём значок QR в верхней строке меню. Создадим клон этого проекта, отсканировав QR-код, показанный выше. Как только он будет успешно обнаружен, весь проект будет немедленно загружен на телефоне.
• После создания проекта будет выслано письмо на электронную почту.
• Проверим свою электронную почту и пройдём авторизацию.

  Датчик холостого хода бмв е39 523i

Подготовка Arduino IDE для Wemos Board

Чтобы загрузить код Arduino на Wemos, вы должны следовать этим инструкциям

Устанавливаем библиотеки

Импортируем библиотеку в Arduino IDE

Загрузим библиотеки для дисплея OLED:

Эскиз Arduino

После установки вышеуказанных библиотек вставим код Arduino, приведенный ниже.

Введем код авторизации с шага 1, ssid и пароль вашего роутера.

Шаг 8: Подготовка монтажной платы

Чтобы сделать поделку аккуратной и красивой, соберем схему на макетной плате 4×6 см.

• Плата Wemos (2 x 8-контактный гнездовой разъем);
• Плата питания 5 В постоянного тока (3-контактный гнездовой разъем);
• Модуль датчика тока (3-контактный гнездовой разъем);
• OLED-дисплей (4-контактный гнездовой разъем).
1. Припаиваем 2-контактную винтовую клемму для подачи питания переменного тока на блок питания.
2. ACS712 —> Wemos
3. Модуль питания:
• Провода переменного тока (2 контакта) модуля питания подключен к винтовой клемме.
• Выход V1 подключен к Wemos 5V, а вывод GND подключен к выводу Wemos GND.

Шаг 9: 3D-печатный корпус

Чтобы придать самоделке привлекательный вид, специально был спроектирован корпус (Autodesk Fusion 360). Он состоит из двух частей: основы и крышки. Шаблон.

Нижняя часть проектировалась под плату (4 х 6 см), датчик тока и держатель предохранителей.

Крышка предназначена для установки розетки переменного тока и OLED-дисплея.

Шаг 10: Схема подключения переменного тока

Шнур питания переменного тока имеет 3 провода: фазный (красный), нейтральный (черный) и заземляющий (зеленый).

Красный провод от шнура питания подключен к одной клемме предохранителя. Другая клемма предохранителя подключена к подпружиненным 2-контактному разъему. Черный провод напрямую подключен к подпружиненному разъему.

Затем красный провод подключаем к клемме «L» разъема переменного тока, а зеленый провод (заземление) подключается к центральной клемме (обозначается буквой G).

Клемма нейтрали подключена к одной клемме датчика тока ACS712. Другая клемма ACS712 подключена обратно к подпружиненному разъему.

После завершения всех внешних подключений тщательно осмотрим плату и очистим ее от остатков паяльного флюса.

Примечание. Не прикасайтесь к элементам схемы, пока они находится под напряжением. Любое случайное прикосновение может привести к негативным последствиям для здоровья и жизни человека. Соблюдайте меры безопасности во время работы.

Шаг 11: Устанавливаем компоненты

Монтируем компоненты (розетку, тумблер и OLED-дисплей) в слоты верхней крышки, как показано на рисунке. Затем крепим все винтами. Нижняя часть имеет 4 стойки для крепления основной платы.

Установим держатель предохранителя и датчика тока в гнездо в нижней части корпуса. Затем укладываем все провода.

Наконец, устанавливаем крышку.

Шаг 12: Финальные испытания

• Подключим шнур питания счетчика к розетке.
• Изменим следующие параметры из приложения Blynk:
• Ползунок CALIBRATE, регулирует значение нулевого тока, когда нагрузка не подключена;
• Измерим напряжение в доме с помощью мультиметра и установим значение ползунка VOLTAGE;
• Устанавливаем коэффициент мощности;
• Введём тариф на электроэнергию в регионе.
1. Затем подключим прибор к розетке счетчика.
2. На этом все, спасибо за внимание!
3. ( Специально для МозгоЧинов )
4. Источник

Датчики электрического тока

Глобальные тренды — спрос на снижение выбросов CO2, повышение интенсивности энергосбережения — приводят к необходимости сбалансированного потребления энергии, для чего большую помощь могут оказать электронные схемы управления процессами.

Наиболее распространённые случаи — это оптимизация эксплуатационных характеристик аккумуляторов, контроль скорости вращения двигателей и переходных процессов в серверах, управление солнечными батареями. Для операторов таких систем важно, в частности, знать, какой ток протекает в цепи.

Неоценимую помощь в этом могут оказать датчики тока.



Почему необходимы  датчики тока

Датчиками называют блоки, задача которых измерить некоторый параметр, а потом, сравнив его с эталонным для данной технической системы значением, подать соответствующий сигнал на исполнительный элемент схемы. Поскольку большинство систем используют электродвигатели, то наиболее распространёнными типами являются датчики тока и напряжения (общий вид последнего представлен на следующем рисунке).

Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления.

По сравнению в другими управляющими технологиями (например, контакторного контроля) датчики обеспечивают следующие преимущества:

1. Компактность.
2. Безопасность в применении.
3. Высокую точность.
4. Экологичность.



Малые размеры и вес часто позволяют изготавливать многофункциональные датчики, например, такие, которые могут контролировать несколько параметров цепи. Таковыми являются современные датчики тока и напряжения.

В состав таких детекторов входят:

• Контактные группы входа;
• Контактные группы выхода;
• Шунтирующий резистор;
• Усилитель сигнала;
• Несущая плата;
• Блок питания.

Идея того, что устройства можно подключать к уже имеющейся сети, не выдерживает проверку временем, ибо часто в экстремальных ситуациях (пожар, взрыв, землетрясение) именно системы встроенного электроснабжения первыми выходят из строя.

Детекторы подразделяют на активные и пассивные. Первые не только передают конечный сигнал на управляющий элемент, но и управляют его действием.

Классификация и схемы подключения

Датчики тока предназначаются для оценки параметров постоянного и/или переменного тока. Сравнение выполняется двумя методами.  В первом случае используется закон Ома.

При установке шунтирующего резистора в соответствии с нагрузкой системы на нём создаётся напряжение, пропорциональное нагрузке системы.

Напряжение на шунте может быть измерено дифференциальными усилителями, например, токовыми шунтирующими, операционными или разностными. Такие устройства используются для нагрузок, которые не превышают 100 А.

Измерение переменного тока выполняется в соответствии с законами Ампера и Фарадея. При установке петли вокруг проводника с током там индуцируется напряжение. Этот метод измерения используется для нагрузок от 100 А до 1000 А.

Схема описанных измерений представлена на рисунке:

Слева — измерение малых токов; справа — измерение больших токов

Измерение обычно производится при низком входном значении синфазного напряжения. При помощи чувствительного резистора датчик тока соединяется между нагрузкой и землей.

Это необходимо, поскольку синфазное напряжение всегда учитывает наличие операционных усилителей. Нагрузка обеспечивает питание прибора, а выходное сопротивление заземляется.

Недостатками данного способа считаются наличие помех, связанных с потенциалом нагрузки системы на землю, а также невозможность обнаружения коротких замыканий.

Для слежения работой мощных систем детектор присоединяют к усилителю между источником питания и нагрузкой. В результате непосредственно контролируются значения параметров, подаваемых источником питания.

Это позволяет идентифицировать возможные короткие замыкания. Особенность подключения заключается в том, что диапазон синфазного напряжения на входе усилителя должен соответствовать напряжению питания нагрузки.

Перед измерением выходного сигнала контролируемого устройства нагрузка заземляется.

Как функционирует датчик тока

Работа данного элемента включает следующие этапы:

1. Измерение нагрузки в контролируемой схеме.
2. Сравнение полученного значения с эталонным, которое программируется в процессе настройки.
3. Фиксация полученного результата (может быть выполнена в цифровом или аналогом виде).
4. Передача данных на панель управления.

Для выполнения указанных функций (в частности, реализации высокой точности измерений) к элементам детектора предъявляются следующие требования:

• Допустимое падение напряжения на шунтирующем резисторе должно быть не более 120…130 мВ;
• Температурная погрешность не может быть выше 0.05 %/°С и не изменяться во времени работы;
• В функциональном диапазоне значений характеристики сопротивления резисторов должны быть линейными;
• Способ пайки токочувствительных резисторов на плату не может увеличивать общее сопротивление схемы подключения.
• Монтажные схемы устройств, которые предназначены для контроля цепей постоянного и переменного тока представлены соответственно на рисунках.
• 
• 

Практика применения

Чаще всего данные изделия используются как измерители в схемах токовых реле, которые управляют режимами работы различного электроприводного оборудования и предохраняют его от экстремальных ситуаций.

Токовые реле способны защитить любое механическое устройство от заклинивания или других условий перегрузки, которые приводят к ощутимому увеличению нагрузки на двигатель. Функционально они определяют уровни тока и выдают выходной сигнал при достижении указанного значения. Такие реле используются для:

• Сигнала сильноточных условий, например, забитая зёрнами доверху кофемолка;
• Некоторых слаботочных условий, например, работающий насос при низком уровне воды.

Чтобы удовлетворить требования разнообразного набора приложений, в настоящее время используется блочный принцип компоновки датчиков, включая применение USB-разъёмов, монтаж на DIN-рейку и кольцевые исполнения устройств. Это обеспечивает выполнение следующих функций:

• Надёжную работу на любых режимах эксплуатации;
• Возможность применения трансформаторов;
• Регулировка текущих параметров, которые могут быть фиксированными или регулируемыми;
• Аналоговый или цифровой выход, включая и вариант с коротким замыканием;
• Различные исполнения блоков питания.

В качестве примера рассмотрим схему датчика тока для управления работой водяного насоса, обеспечивающего подачу воды в дом.



Кавитация — это разрушительное состояние, вызванное присутствием пузырьков, которые образуются, когда центробежный насос или вертикальный турбинный насос работает с низким уровнем жидкости. Образующиеся пузырьки затем лопаются, что приводит к точечной коррозии и разрушению исполнительного узла насоса. Подобную ситуацию предотвращает токовое реле.

Когда насос работает в нормальном режиме, и жидкость полностью перекрывает его впускное отверстие, двигатель насоса потребляет номинальный рабочий ток. В случае снижения уровня воды потребляемый ток уменьшается.  Если кнопка запуска нажата, одновременно включаются стартёр M и таймер TD.

Реле CD настроено на максимальный ток, поэтому его контакт при первоначальном запуске двигателя не будет замкнут. При падении силы тока ниже установленного минимума реле включается, а, после истечения времени ожидания TD, включается в его нормально замкнутый контакт.

Соответственно контакты CR размыкаются и обесточивают двигатель насоса.

Применение такого детектора исключает автоматический перезапуск насоса, поскольку оператору необходимо убедиться в том, что уровень жидкости перед впускным отверстием достаточен.

Датчик тока своими руками

Если приобрести стандартный датчик (наиболее известны конструкции от торговой марки Arduino) по каким-то соображениям невозможно, устройство можно изготовить и самостоятельно.

Датчик тока фирмы Arduino. Стрелкой указан USB-разъём.

Необходимые компоненты:

1. Операционный усилитель LM741, или любой другой, который мог бы действовать как компаратор напряжения.
2. Резистор 1 кОм.
3. Резистор 470 Ом.
4. Светодиод.

Общий вид устройства в сборе, сделанного своими руками, представлен на следующем рисунке. В данной схеме используется эффект Холла, когда разность управляющих потенциалов может изменяться при изменении месторасположения проводника в электромагнитном поле.



Видео по теме



Детектор сети переменного тока

Как известно, изолированное обнаружение сетевого напряжения важно во многих промышленных устройствах. Изоляция тут нужна для предотвращения прохождения постоянного или переменного тока между двумя частями устройства, позволяя при этом передавать сигнал и мощность между ними.

Изоляция также развязывает разность потенциалов земли, обеспечивает помехоустойчивость и защиту от всплесков высоких напряжений. Традиционно для обнаружения напряжения используют оптопары постоянного или переменного тока (оптроны), которые устанавливают по пути прохождения сигнала.

 Вот простой модуль под названием «Датчик сети переменного тока 220 В».



Помните, никогда не прикасайтесь к плате после включения – вы можете получить удар током! Его принципиальную схему смотрите ниже:

Простая схема датчика сети 220 В



Оптрон PC817B содержит инфракрасный светодиод оптически связанный с фототранзистором, заключенный в 4-контактный DIP корпус. Типичное напряжение изоляции входа-выхода (среднеквадратичное значение) у PC817 составляет 5,0 кВ, напряжение коллектор-эмиттер от 35 до 80 В, а CTR (коэффициент передачи тока) от 50% до 600% при входном токе 5 мА.

Второй вариант схемы датчика сети 220 В



Схема не требует трансформатора переменного тока. Вместо этого напряжение снижается последовательным конденсатором (C1), подключенным непосредственно к сети 220 В. Напряжение переменного тока выпрямляется диодом D1, а результирующее напряжение постоянного тока сглаживается конденсатором C2. Стабилитрон ZD1 добавлен в качестве предварительного стабилизатора для полной защиты цепи. В случае обрыва на конденсаторе C2 (может из-за случайного перегорания R3 или PC1) напряжение на конденсаторе C2 фильтра ограничивается ZD1 примерно до 5 В. Это предотвратит взрыв конденсатора фильтра C2.

Когда будет на входе сеть, результирующий вход на базе T1 через PC1 приводит к тому, что T1 приводится в проводимое состояние током через PC1 и R4, тем самым давая сигнал низкого уровня на выходе с открытым T1, при подходящем сопряжении с внешней схемой с подтягивающим резистором. В случае отключения питания, возникнет сигнал высокого уровня на выходе.

Но можно сделать улучшенную версию такого датчика сети, адаптированную к цифровой технике.

Очевидно, что самый простой и безопасный способ обнаружить сетевое электричество с помощью микроконтроллера – это использовать оптрон.

Чтобы безопасно подключить такое опасное высокое напряжение как 220 В к оптрону, необходимо ограничить ток. Поскольку входное напряжение высокое, необходимо также учитывать номинальную мощность резистора.



Если нужен плавный / стабильный выход постоянного тока, для GPIO микроконтроллера например, немного доработаем схему. Емкость конденсатора (C) в этой новой версии не важна – от 2 до 10 мкФ будет нормально в большинстве ситуаций.



Еще одна хорошая идея – это использовать двунаправленную оптопару (также известную как оптопара переменного тока), которая имеет два внутренних светодиода, проводящих в противоположных направлениях. К примеру модель H11AA1.



Конструкция предлагаемого универсального детектора сети упрощает мониторинг сигнала высокого напряжения, поскольку обеспечивает сформированный цифровой выходной сигнал (H / L) с гальванической развязкой. Схема не требует каких-либо дорогих компонентов и может быть собрана за час.

Проект состоит из двух важных сегментов. Первый – обрабатывает вход высокого напряжения, а второй обеспечивает изоляцию между высоковольтной и низковольтной секциями. Предохранитель и металлооксидный варистор являются компонентами дополнительной защиты цепи.

Варистор на основе оксида металла (MOV), также известный как резистор зависимый от напряжения (VDR), представляет собой своеобразный резистор, который используется для защиты схем от высокого напряжения. Он способен уменьшать скачки напряжения.

В нормальных условиях сопротивление варистора очень велико, но когда подключенное напряжение становится выше, чем напряжение ограничения варистора, его сопротивление сразу становится очень низким.

Варистор можно просто подключить между линией и нейтралью (фаза и ноль), но только после предохранителя. Тогда при коротком замыкании варистора сработает предохранитель и отключит сеть от устройства.

Подтягивающий резистор можно использовать с микроконтроллерами, у которых нет внутреннего такого резистора. Кроме того, 2-контактная перемычка поможет включить / выключить сглаживающий конденсатор при необходимости.



Окончательный несглаженный выходной сигнал (JP1 = Open) выглядит как левый сигнал на снимке осциллографа, а сглаженный выходной сигнал (JP1 = Close) как правый. Конечно сглаженный выходной сигнал не выглядит идеально ровным, но колебания не превышают 500 мВ.

Вход (где светодиод) в этом оптроне подключен к сетевому напряжению, обрабатываемому схемой емкостного делителя потенциала. Максимально допустимое коммутируемое напряжение оптопары составляет 30 В, а транзистор (T1), подключенный к выходу оптопары (фототранзистор), может выдерживать токи до 10 мА.

Возможным примером применения датчика будет его использование в качестве цепи сброса при включении питания. Другое применение – это система аварийного питания, сигнализации на основе микроконтроллера или в качестве схемы детектора сбоя / возобновления электроэнергии.