Меню

Измерительный преобразователь ток напряжение схема

Преобразователи токов и напряжений.

Шунты.

Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в напряжении. Он предназначен для расширения пределов измерения по току. При этом большую часть измеряемого тока пропускают через шунт, а меньшую — через измерительный механизм прибора. Шунты имеют небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.

Шунт представляет собой четырёхзажимный резистор. Два входных (силовых) зажима, через которые шунт включается в измеряемую цепь, называются токовыми, а два других, с которых снимается напряжение U, подводимое к измерительному механизму – потенциальными – рис.3.1.

I u И М

Рис. 3.1. Схема включения шунта.

U

I

Шунт характеризуется номинальным значением Iном и номинальным значением выходного напряжения Uном . Их отношения определяет номинальное сопротивление шунта:

В измерительный механизм прибора отбирается часть измеряемого токаI:

где Ru – сопротивление измерительного механизма. Если необходимо, чтобы ток Iuбыл вn раз меньше тока I, то сопротивление шунта должно быть:

где n = I /Iu — коэффициент шунтирования.

Шунты изготавливаются из манганина, сопротивление которого незначительно меняется от температуры. Шунты могут быть встроенные в прибор (при токах до 30 А) или наружные. Наружные шунты изготавливаются калиброванными, рассчитанными на определённые токи и имеющие одно из стандартных значений выходного напряжения: 10; 15; 30; 50; 75; 100; 150 и 300 мВ. Серийные шунты выпускаются для токов до 5000А. Классы точности серийных шунтов от 0,02 до 0,5.

Для многопредельных магнитоэлектрических приборов

Чувствительность измерительного преобразователя – это отношение изменения выходного сигнала к вызвавшему его изменению входного сигнала. Отношение S=ΔY/ΔX есть средняя чувствительность преобразователя на интервале ΔХ, а предел, к которому стремится это отношение при ΔХ→ 0, есть чувствительность преобразователя в точке Х:

dY

S ═ lim Scp ═ —— .

ΔX→0 dX

Если Y и Х величины однородные, то чувствительность величина безразмерная. Различают абсолютную и относительную чувствительности преобразователя. Абсолютная чувствительность – это S=dY/dX, а относительная – S=(dY/Y)/(dX/X). Например, чувствительность тензо-метрического преобразователя определяется как отношение относительного изменения электрического сопротивления ΔR/R к относительной деформации Δl/l.

Если функция преобразования линейна, то S — соnst и не зависит от Х. Например, если у=ах+ b, то S=а.

Если функция преобразования нелинейна, то S≠Scp и зависит от Х. Например, если у=ах 2 +b, то а=2ах.

Порог реагирования – это минимальное изменение входной величины, вызывающее уверенно различимое приращение выходной величины преобразователя на фоне шумов, смещения нуля, гистерезиса характеристики и прочих мешающих факторов.

Входное и выходное сопротивления определяют степень согласования преобразователя с источником сигнала и с нагрузкой. Так, если преобразуемый сигнал напряжение, то Zвх должно быть максимальным, а если ток – то минимальным. В общем виде входное сопротивление должно быть таким, чтобы минимизировать мощность, потребляемую от источника сигнала.

Быстродействие характеризует способность быстро реагировать на

изменение входного сигнала. В общем виде динамические свойства преобразователя характеризуются дифференциальным уравнением, связывающим выходную и входную величины. Решение этого уравнения при известном х(t) дает значение у(t). Порядок уравнения и его коэффициенты определяются структурой и параметрами преобразователи. На практике такую методику в прямом виде практически не используют в связи со сложностью решения дифференциальных уравнений высоких порядков.

Чаще для описания динамических свойств преобразователей используют характеристические функции, которые можно получить экспериментально, подавая на вход специальный тестовый сигнал, например, скачкообразный или гармонический. Реакция преобразователи на скачкообразное входное воздействие единичной амплитуды называется переходной функцией преобразователя h(t). Очень часто сложный преобразователь при анализе динамических процессов разбивают на простейшие динамические звенья. Переходные функции основных

Читайте также:  Указатель низкого напряжения диэлектрик унн 1д 40 1000в д157697

не зависит от температуры. Температурный коэффициент прибора с дополнительным сопротивлением меньше температурного коэффициента измерительного механизма в Ru / (Ru + Rд) раз.

В многопредельных приборах добавочные резисторы изготавливаются секционными – рис. 3.3.

О О U1 О U2 О U3

R91

ИМ

R 92

R 93

Рис. 3.3. Многопредельное дополнительное сопротивление.

Добавочные резисторы могут быть внутренними и наружными. Наружные резисторы выпускаются калиброванными на номинальные токи от 0,5 до 1,0. Добавочные резисторы могут использоваться при измерении напряжения до нескольких киловольт.

Источник

Измерительный преобразователь напряжение-ток ±10 В – ±100 мА

Преобразователь может использоваться для передачи аналогового сигнала через длинную линию. Использование постоянного тока в качестве величины показывающей аналоговое значение позволяет избежать влияния помех на длинную линию и в тоже время использовать для передачи кабель всего из двух проводов. На передающей стороне устанавливается преобразователь измеряемого параметра в напряжение, которое подключается к входу преобразователя напряжение-ток. Далее ток через длинную линию может подаваться на вход обратного преобразователя ток-напряжение или сразу на показывающий прибор – амперметр. В качестве простейшего преобразователя ток-напряжение можно использовать прецизионный резистор. Амперметр может иметь шкалу с нанесёнными на ней значениями контролируемого параметра, например давления, температуры, скорости, частоты вращения, фазы, специфических параметров системы и т. п.

Схема преобразователя

Также применяется преобразователь напряжение в ток для плавного управления электромагнитными регуляторами на основе соленоидов. Преобразователь можно использовать для построения универсального прибора зарядки аккумуляторов.

Напряжение питания 18…36 В
Входное напряжение ±10 В
Выходной ток ± 100 мА
Сопротивление нагрузки 0,1…120 Ом
Температурный диапазон -50…+90 °С
Точность преобразования 0,5 %

Устройство питается от источника постоянного напряжения 24 В. Конденсатор С1 уменьшает шумы устройства на линию питания. Благодаря импульсному преобразователю напряжения DA1 к питанию не предъявляется требований по пульсациям и стабильности напряжения. Коэффициент преобразования схемы определяется резисторами, связанными соотношениями: Iout=(Vin*R1)/(R2+R8-R5), R1=(R6/2)+R5, R6=R7, R2+R8=R4+R9. Операционный усилитель DA2, использованный в устройстве, относится к прецизионным. DA2 должен обладать возможно меньшим напряжением смещением нуля для обеспечения точности преобразования напряжения в ток. Применение на выходе схемы мощных транзисторов позволяет увеличить надёжность устройства. Конденсатор С4 необходим для подавления наводок на вход устройства, С5 нужен для предотвращения возбуждения схемы.

Конденсаторы 50 Вольт, Hitano

Преобразователь TEN15-2423 TRACO POWER

Микросхема OP2177 AR

Предохранитель самовосстанавливающийся MF-R030

Резистор C2-29B-0,125-101 Ом ± 0.05 %

Резистор C2-23-0,25-33 Ом ± 5 %

Резистор C2-29B-0,125-101 Ом ± 0.05 %

Резистор 1 Ом ± 0.01 % ASTRO

Резистор C2-29B-0,125-200 Ом ± 0.05 %

Резистор C2-29B-0,125-10 кОм ± 0.05 %

Соединитель DIN41612-396 MRD

Устройство собрано на односторонней печатной плате. Конструктивно устройство представляет собой плату 100 x 125 мм для установки в направляющие планки. На плате предусмотрены отверстия для крепления радиаторов и торцевой планки.

При изготовлении печатной платы с металлизацией отверстий все элементы устанавливаются на одной стороне. Если без металлизации, то DA1 устанавливается на второй стороне и меняются проводники, подводимые к DA1. Транзисторы устанавливаются на радиаторы.

Резистор R5 производства фирмы MEGATRON Elektronik AG&Co марки ASTRO 2000 axial. Если не требуется высокая точность преобразования напряжение-ток резисторы можно использовать менее точные, они вносят основной вклад в стоимость устройства. Также при снижении требований к точности операционный усилитель можно применить OP213 или другой, при этом печатную плату нужно переделать.

Печатная плата

Источник питания можно заменить на любой обеспечивающий пульсации не более 50 мВ. Конденсаторы можно заменить на керамические или многослойные отечественного или зарубежного производства на максимальное напряжение не менее 50 Вольт. Соответствие разъёмов: DIN41612-396 MRD вилка на плату, DIN41612-396FSW розетка.

Читайте также:  Mastech мультиметры с детектором напряжения

Одним из важных параметров любого источника тока, а в нашем случае преобразователя напряжение-ток, является диапазон сопротивления нагрузки. Идеальный прибор обеспечивает ток, заданный внешней установкой, в диапазоне сопротивления нагрузки от 0 до бесконечности. В реальности это невозможно, также не следует забывать, что к сопротивлению нагрузки прибавляется сопротивление контактов разъёмов, проводов и других элементов цепей. Свойство источника тока обеспечить работу независимо от сопротивления нагрузки является весьма ценным, т. к. существенно повышает надёжность системы в целом. Платой за это является мощность, выделяемая на выходных транзисторах. В каждом конкретном случае требуется выбрать наиболее удачный компромисс между запасом по сопротивлению нагрузки и выделяемым теплом на выходном транзисторе. Для обеспечения широкого диапазона сопротивлений нагрузки нужно использовать источник питания с возможно большим напряжением. При токе в 100 мА: на нагрузке в 20 Ом напряжение составит 2В, на регулирующем транзисторе падение напряжение примерно 0,6 В, на резисторе R5 падение 0,1 В. При питании 15 В мощность около 12,3В*100мА+0,6В*100мA=1,29 Вт выделится на выходном транзисторе в виде тепла. При выборе радиатора следует не забывать о простом правиле: «Кашу маслом не испортишь». Уменьшение максимально возможного сопротивления нагрузки позволит уменьшить напряжение питания, что снизит нагрев устройства, снизит размеры радиатора и увеличит КПД.

Устройство не боится короткого замыкания в течении длительного времени, при этом выходной ток не меняется.

По приведённым выше формулам можно пересчитать схему для других токов и напряжений.
Устройство в настойке не нуждается. Для проверки к входу схемы подключается лабораторный блок питания и вольтметр с пределом измерения 10-12 В, к выходу нагрузка около 20 Ом и миллиамперметр с пределом измерения 100-150 мА. Измерительные приборы должны обеспечивать точность в 10 раз выше выбранной точности преобразователя. Осциллографом проверить отсутствие возбуждения. Проверить весь диапазон от нуля до максимума, регулируя входное напряжение.

Источник



Измерительный преобразователь переменного напряжения

Платон Константинович Денисов, г. Симферополь

Преобразователь представляет собой электронный модуль, на вход которого подается переменное напряжение для преобразования действующего значения в значение постоянного напряжения с высокой точностью. Модуль может быть применен при построении электронного вольтметра, включен в состав системы, обрабатывающей сигналы от датчиков, преобразующих измеряемую величину в переменное напряжение. Модуль найдет применение в звуковоспроизводящей аппаратуре при разработке индикаторов уровня сигнала. Наиболее полезной областью применения является сбор данных о технологических процессах и при проведении научных экспериментов. Выходы датчиков, с помощью которых физические величины, такие, например, как линейное или угловое перемещение, скорость вращения или ускорение преобразуются в переменное напряжение, соединяются с входом модуля, сигнал с выхода модуля обрабатывается в электронных схемах, микроконтроллерах или преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП.

Применение специализированной микросхемы упрощает схему, делает схему дешевой и надежной. Для питания достаточно однополярного источника напряжения от 4.5 до 9 В, что позволяет использовать стационарный источник нестабилизированного напряжения или батарею. Схема модуля является более простой и дешевой по сравнению с активными выпрямителями, разработанными на операционных усилителях, обеспечивающими аналогичные параметры.

Измерительный преобразователь обладает высоким быстродействием, что особенно важно при использовании в составе систем сбора данных о быстро протекающих процессах, контроля параметров движения различных объектов, работе в устройствах с малой инерционностью.

Описание схемы

Входной измеряемый сигнал поступает на делитель, состоящий из резисторов R1 и R2. Делитель уменьшает напряжение входного сигнала в 10 раз. Переменное напряжение, преобразуемое микросхемой DA1, находится в диапазоне от 0 до 1 В. Благодаря использованию делителя, диапазон измерения переменного напряжения расширяется до 10 В. Конденсатор С1 уменьшает влияние высокочастотных помех. Элементы С2, С5, С6, R3 и R5 обеспечивают режим работы микросхемы DA1. Микросхема DA1 является точным широкополосным преобразователем действующего значения переменного напряжения в постоянное напряжение. На выходе DA1 установлен конденсатор C3, участвующий в работе внутренних цепей микросхемы DA1. Цепь R4, С4 очищает выходной сигнал от помех, исказивших входной сигнал. Питание модуля осуществляется от собственного источника питания DA2. Конденсаторы С7 и С8 фильтруют помехи в линиях питания микросхемы DA1.

Читайте также:  Какие уровни напряжения существуют

Элементы схемы

Микросхема DA1 представляет собой прибор с повышенной линейностью, точностью и термостабильностью, работающий в широкой полосе частот. Элемент DA2 – импульсный источник питания, преобразующий постоянное нестабилизированное напряжение в диапазоне от 4.5 до 9 В в постоянное стабилизированное 5 В. Источник имеет КПД = 72%. При отсутствии этого элемента схему можно питать от любого источника напряжения 5 В с уровнем пульсаций не более 50 мВ. К резисторам R1 и R2 предъявляются высокие требования, эти резисторы должны иметь максимально возможную точность и наименьшую температурную зависимость. Значение R1 и R2 определяет входное сопротивление модуля. Планарное исполнение резисторов R3 … R5 наиболее подходит для данной схемы, т. к. позволяют разработать печатную плату с проводниками минимальной длины, что сокращает влияние внешних электромагнитных помех. Конденсатор С3 запрещается применять с диэлектриком керамического, электролитического или бумажного типа. Диэлектрик конденсатора С3 должен быть лавсановый. Тип конденсатора К73-16 соответствует требованиям, предъявляемым к С3. Точность изготовления С3 может быть не только 5%, но и 10% и 20%. В этом случае емкость С3 может снизиться, и нижняя граница частотного диапазона немного повысится.

Конструкция

Схема размещена на односторонней печатной плате. Элементы DA2, С3, С6, С7 устанавливаются на стороне, противоположной стороне проводников. По углам имеются отверстия для крепления винтами 3 мм.

Расположение компонентов
Печатная плата
Чертеж проводников платы для изготовления с помощью лазерного принтера

Настройка и проверка

После подключения питания проверить напряжение +5 B на выводах питания микросхемы DA1. Подключить генератор и вольтметр переменного напряжения к входу модуля. К выходу модуля подключить вольтметр постоянного напряжения, имеющий предел измерения 1 В. Изменяя на входе модуля значение переменного напряжения, проверить значение выходного постоянного напряжения в соответствии с коэффициентом деления резистивного делителя, состоящего из резисторов R1 и R2.

Применение

Выход преобразователя можно подключить к входу АЦП микроконтроллера. При этом появляется возможность программно корректировать погрешность, имеющуюся у измерительного преобразователя. Постоянное напряжение, поступающее с выхода модуля, соответствующее входному переменному напряжению, АЦП микроконтроллера преобразует в число, которое программно можно умножить на коэффициент, корректирующий погрешность входного резистивного делителя.

Повышение входного сопротивления

При измерении напряжений порядка милливольт от источников сигналов малой мощности необходимо увеличить входное сопротивление измерительного преобразователя. Входное сопротивление микросхемы LTC1968IMS8, из практики, около 40 МОм, для его повышения на входе схемы устанавливается операционный усилитель. При повышении входного сопротивления модуля возрастет влияние помех на измеряемый сигнал, что необходимо учитывать при выборе схемного решения.

Операционный усилитель DA1 имеет низкий уровень шумов и малое напряжение смещения. Коэффициент усиления DA1, заданный точными резисторами равен 1

Элементы, входящие в схему с повышенным входным сопротивлением

Источник