• ابزار اندازه گیری جریان مستقیم اندازه گیری جریان

    • آموزش

    معرفی

    سلام به همه! پس از اتمام چرخه سنسورها، سؤالات طرح متفاوتی برای اندازه گیری پارامترهای مصرف لوازم خانگی و نه چندان الکتریکی مطرح شد. چه کسی چقدر مصرف می کند، چگونه می توان چه چیزی را اندازه گیری کرد، چه ظرافت هایی دارد و غیره. وقت آن است که تمام کارت های موجود در این زمینه را آشکار کنید.
    در این سری مقالات به بررسی مبحث اندازه گیری پارامترهای برق می پردازیم. این پارامترها در واقع بسیار هستند تعداد زیادی از، که سعی می کنم به تدریج در سریال های کوچک بیان کنم.
    سه سری در خط لوله تا کنون وجود دارد:
    • اندازه گیری برق
    • کیفیت برق.
    • دستگاه های اندازه گیری پارامترهای برق.
    در فرآیند تجزیه و تحلیل، ما مشکلات عملی خاصی را در میکروکنترلرها تا حصول نتیجه حل خواهیم کرد. البته بیشتر این چرخه به اندازه گیری اختصاص خواهد داشت ولتاژ ACو می تواند برای همه فن ها برای کنترل وسایل برقی خود مفید باشد خانه هوشمند.
    بر اساس نتایج کل چرخه، نوعی کنتور برقی هوشمند با دسترسی به اینترنت تولید خواهیم کرد. طرفداران کاملا بدنام کنترل لوازم الکتریکی خانه هوشمند خود می توانند تمام کمک های ممکن را در اجرای بخش ارتباطی بر اساس مثلاً MajorDomo ارائه دهند. بیایید منبع باز بسازیم خانه هوشمندبهتر است، به اصطلاح.
    در این مجموعه در دو بخش به سوالات زیر می پردازیم:
    • اتصال سنسورهای جریان و ولتاژ در دستگاه ها جریان مستقیمو همچنین مدارهای تکفاز و سه فاز جریان متناوب;
    • اندازه گیری مقادیر موثر جریان و ولتاژ؛
    • اندازه گیری ضریب توان؛
    • توان ظاهری، فعال و راکتیو؛
    • مصرف برق؛
    با رول کردن، پاسخ دو سوال اول را خواهید یافت. این لیست. من عمداً به دقت شاخص های اندازه گیری دست نمی زنم و از این سری فقط از نتایج به دست آمده با دقت کفش های بست مثبت یا منفی خوشحالم. حتما در سری سوم مقاله جداگانه ای به این موضوع اختصاص خواهم داد.

    1. اتصال سنسور


    در آخرین چرخه در مورد سنسورهای ولتاژ و جریان، در مورد انواع سنسورها صحبت کردم، اما در مورد نحوه استفاده از آنها و محل قرار دادن آنها صحبت نکردم. وقت آن است که آن را تعمیر کنید
    اتصال سنسورهای DC
    واضح است که کل چرخه به سیستم های AC اختصاص خواهد یافت، اما ما به سرعت مدارهای DC را مرور خواهیم کرد، زیرا این می تواند برای ما در هنگام توسعه منابع تغذیه DC مفید باشد. به عنوان مثال یک مبدل کلاسیک باک PWM را در نظر بگیرید:


    شکل 1. مبدل باک PWM
    وظیفه ما ارائه یک ولتاژ خروجی تثبیت شده است. علاوه بر این، بر اساس اطلاعات سنسور جریان، امکان کنترل حالت عملکرد سلف L1، جلوگیری از اشباع آن و همچنین اجرای حفاظت جریان مبدل وجود دارد. و صادقانه بگویم، هیچ گزینه خاصی برای نصب سنسور وجود ندارد.
    یک سنسور ولتاژ به شکل یک تقسیم کننده مقاومتی R1-R2 که تنها قادر به کار بر روی جریان مستقیم است، در خروجی مبدل نصب شده است. معمولا میکرو مدار تخصصیمبدل ورودی دارد بازخوردو تمام تلاش خود را می کند تا اطمینان حاصل شود که این ورودی (3) دارای سطح ولتاژ مشخصی است که در مستندات برای ریزمدار تعیین شده است. به عنوان مثال 1.25 ولت. اگر ولتاژ خروجی ما با این سطح مطابقت داشته باشد - همه چیز خوب است - ما مستقیماً ولتاژ خروجی را به این ورودی اعمال می کنیم. اگر نه، پس تقسیم کننده را تنظیم کنید. اگر نیاز به ارائه ولتاژ خروجی 5 ولت داشته باشیم، تقسیم کننده باید ضریب تقسیم 4 را ارائه دهد، به عنوان مثال، R1 = 30k، R2 = 10k.
    سنسور جریان معمولا بین منبع تغذیه و مبدل و روی تراشه نصب می شود. با اختلاف پتانسیل بین نقاط 1 و 2 و با مقاومت شناخته شده مقاومت Rs، می توان مقدار جریان جریان سلف خود را تعیین کرد. نصب سنسور جریان بین منبع و بار، بیشترین کار را ندارد ایده خوبی است، از آنجایی که خازن فیلتر توسط یک مقاومت از مصرف کنندگان جریان های پالسی قطع می شود. نصب یک مقاومت در قطع سیم مشترک نیز نشانه خوبی نیست - دو سطح زمین وجود خواهد داشت که با آنها به هم ریختگی هنوز لذت بخش است.
    مشکلات افت ولتاژ را می توان با استفاده از سنسورهای جریان غیر تماسی - به عنوان مثال سنسورهای سالن:


    شکل 2. سنسور جریان غیر تماسی
    با این حال، موارد بیشتری وجود دارد راه فریبندهاندازه گیری های فعلی از این گذشته ، ولتاژ روی ترانزیستور به همان ترتیب کاهش می یابد و جریان مشابهی مانند اندوکتانس از آن عبور می کند. بنابراین، مقدار جریان جریان را می توان از روی افت ولتاژ در آن نیز تعیین کرد. صادقانه بگویم، اگر به ساختار داخلی ریزمدارهای مبدل، به عنوان مثال، از Texas Instruments نگاه کنید، این روش به همان اندازه موارد قبلی رخ می دهد. دقت این روش مطمئناً بالاترین نیست، اما این برای عملکرد قطع فعلی کاملاً کافی است.


    شکل 3. ترانزیستور به عنوان سنسور جریان
    ما همین کار را در مدارهای دیگر مبدل های مشابه انجام می دهیم، چه تقویت کننده یا معکوس.
    اما لازم است به طور جداگانه به مبدل های ترانسفورماتور فوروارد و فلای بک اشاره شود.


    شکل 4. اتصال سنسورهای جریان در مبدل های فلای بک
    آنها همچنین می توانند از مقاومت خارجی یا ترانزیستور در نقش خود استفاده کنند.
    در این مورد، کار ما با اتصال سنسورها به مبدل های DC تمام شده است. اگر پیشنهادی برای گزینه های دیگر دارید، با کمال میل مقاله را با آنها تکمیل خواهم کرد.
    1.2 اتصال سنسورها به مدارهای تک فاز AC
    در مدارهای AC، ما انتخاب بسیار بیشتری از سنسورهای ممکن داریم. بیایید چندین گزینه را در نظر بگیریم.
    ساده ترین کار استفاده از یک تقسیم کننده ولتاژ مقاومتی و یک شنت جریان است.


    شکل 5. اتصال سنسورهای مقاومت
    با این حال، چند اشکال مهم دارد:
    ابتدا، یا با تخصیص مقدار زیادی توان روی آن، دامنه سیگنال قابل توجهی از شنت جریان ارائه خواهیم کرد، یا به دامنه سیگنال کوچکی بسنده کرده و متعاقباً آن را تقویت خواهیم کرد. و دوم اینکه مقاومت بین خنثی شبکه و نول دستگاه اختلاف پتانسیل ایجاد می کند. اگر دستگاه ایزوله باشد، مهم نیست، اما اگر دستگاه دارای ترمینال زمینی باشد، در این صورت خطر می کنیم که بدون سیگنال از سنسور فعلی باقی بمانیم، زیرا آن را کوتاه می کنیم. شاید ارزش امتحان حسگرهایی را داشته باشد که بر اساس اصول دیگری کار می کنند.
    به عنوان مثال، ما از ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ یا سنسور جریان اثر سالن و ترانسفورماتور ولتاژ استفاده خواهیم کرد. فرصت های بسیار بیشتری برای کار با تجهیزات وجود دارد، زیرا سیم خنثی هیچ تلفاتی ندارد و مهمتر از همه، در هر دو مورد، انزوای گالوانیکی تجهیزات اندازه گیری وجود دارد که اغلب می تواند مفید باشد. با این حال، باید در نظر گرفت که سنسورهای جریان و ولتاژ ترانسفورماتور دارای محدودیت هستند پاسخ فرکانسو اگر بخواهیم ترکیب هارمونیک اعوجاج ها را اندازه گیری کنیم، این واقعیت را نداریم که بیرون بیاید.


    شکل 6. اتصال ترانسفورماتور و سنسورهای جریان و ولتاژ غیر تماسی
    1.3 اتصال سنسورها به مدارهای چند فاز شبکه های AC
    در شبکه های چند فازی، توانایی ما برای اتصال سنسورهای جریان کمی کمتر است. این به دلیل این واقعیت است که از شنت جریان به هیچ وجه نمی توان استفاده کرد، زیرا اختلاف پتانسیل بین شنت های فاز در صدها ولت در نوسان است و من هیچ کنترل کننده همه منظوره ای را نمی شناسم که ورودی های آنالوگ آن بتواند در برابر چنین تمسخرهایی مقاومت کند.
    البته یکی از راه‌های استفاده از شنت‌های فعلی این است - برای هر کانال باید یک ورودی آنالوگ جدا شده از طریق گالوانیکی ایجاد کنید. اما استفاده از سنسورهای دیگر بسیار ساده تر و قابل اعتمادتر است.
    در آنالایزر کیفیت خود از تقسیم کننده های ولتاژ مقاومتی و سنسورهای از راه دورجریان اثر هال.

    شکل 7. سنسورهای جریان در یک شبکه سه فاز
    همانطور که از شکل می بینید، ما استفاده می کنیم اتصال چهار سیمه. البته به جای سنسورهای جریان روی افکت هال، می توانید ترانسفورماتورهای جریان یا حلقه های روگوفسکی بگیرید.
    به جای تقسیم کننده های مقاومتی می توان از ترانسفورماتورهای ولتاژ هم برای سیستم چهار سیمه و هم برای سه سیم استفاده کرد.
    در حالت دوم، سیم‌پیچ‌های اولیه ترانسفورماتورهای ولتاژ به صورت مثلث و سیم‌پیچ‌های ثانویه در یک ستاره به هم متصل می‌شوند که نقطه مشترک آن نقطه مشترک مدار اندازه‌گیری است.


    شکل 8. استفاده از ترانسفورماتورهای ولتاژ در شبکه سه فاز

    2 مقدار موثر جریان و ولتاژ


    زمان آن رسیده است که مشکل اندازه گیری سیگنال های خود را حل کنیم. اهمیت عملی برای ما در درجه اول مقدار موثر جریان و ولتاژ است.
    اجازه دهید مواد مربوط به چرخه سنسور را به شما یادآوری کنم. با کمک ADC میکروکنترلر خود، در فواصل زمانی معین، مقدار ولتاژ لحظه ای را ثبت می کنیم. بنابراین، برای دوره اندازه گیری، آرایه ای از داده ها در سطح مقدار ولتاژ لحظه ای خواهیم داشت (همه چیز برای جریان مشابه است).


    شکل 9. یک سری مقادیر ولتاژ لحظه ای
    وظیفه ما محاسبه مقدار موثر است. ابتدا از فرمول انتگرال استفاده می کنیم:
    (1)
    که در سیستم دیجیتالما باید خود را به یک کوانتوم زمان معین محدود کنیم، بنابراین به جمع می‌رویم:
    (2)
    دوره نمونه برداری سیگنال ما کجاست و تعداد نمونه ها در هر دوره اندازه گیری است. جایی در اینجا در ویدیو شروع به مالش بازی در مورد برابری مناطق می کنم. آن روز باید می خوابیدم. =)
    در میکروکنترلرهای MSP430FE4252 که در مترهای تک فاز جیوه استفاده می شود، 4096 قرائت برای مدت زمان اندازه گیری 1، 2 یا 4 ثانیه انجام می شود. در ادامه به T=1s و N=4096 تکیه خواهیم کرد. علاوه بر این، 4096 امتیاز در ثانیه به ما امکان استفاده از الگوریتم ها را می دهد تبدیل سریعتبدیل فوریه برای تعیین طیف هارمونیک تا هارمونیک 40، همانطور که توسط GOST لازم است. اما بیشتر در مورد آن در قسمت بعدی.
    بیایید یک الگوریتم برای برنامه خود ترسیم کنیم. ما باید از شروع پایدار ADC هر 1/8192 ثانیه اطمینان حاصل کنیم، زیرا دو کانال داریم و این داده ها را به طور متناوب اندازه گیری می کنیم. برای انجام این کار، یک تایمر تنظیم کنید و سیگنال وقفه به طور خودکار ADC را مجددا راه اندازی می کند. همه ADC ها این کار را انجام می دهند.
    ما برنامه آینده را روی آردوینو خواهیم نوشت، زیرا بسیاری آن را در دسترس دارند. علاقه ما کاملاً آکادمیک است.
    با داشتن فرکانس کوارتز سیستمی 16 مگاهرتز و تایمر 8 بیتی (به طوری که زندگی مانند عسل به نظر نرسد)، باید از فرکانس عملکرد هر وقفه تایمر با فرکانس 8192 هرتز اطمینان حاصل کنیم.
    از این که ۱۶ مگاهرتز به اندازه نیاز ما تقسیم نمی شود و فرکانس نهایی تایمر ۸۱۹۸ هرتز است، ناراحت هستیم. ما چشمان خود را روی خطای 0.04٪ می بندیم و همچنان 4096 نمونه را در هر کانال می خوانیم.
    ما ناراحتیم که وقفه سرریز در آردوینو مشغول محاسبه زمان است (مسئول میلی و تاخیر است، بنابراین به طور معمول کار نمی کند)، بنابراین از وقفه مقایسه استفاده می کنیم.
    و ما ناگهان متوجه می شویم که سیگنال دوقطبی به ما می آید و msp430fe4252 به خوبی با آن کنار می آید. ما به یک ADC تک قطبی و غیره راضی هستیم تقویت کننده عملیاتییک مبدل ساده مونتاژ کنید سیگنال دوقطبیبه تک قطبی:


    شکل 10. مبدل سیگنال دوقطبی به تک قطبی
    علاوه بر این، وظیفه ما این است که از نوسان سینوسی خود نسبت به نیمی از ولتاژ مرجع اطمینان حاصل کنیم - سپس نیمی از محدوده را کم می کنیم یا گزینه را در تنظیمات ADC فعال می کنیم و مقادیر علامت را دریافت می کنیم.
    آردوینو دارای یک ADC 10 بیتی است، بنابراین از یک نتیجه بدون علامت بین 0-1023 نصف را کم می کنیم و -512-511 را دریافت می کنیم.
    ما مدل مونتاژ شده در LTSpiceIV را بررسی می کنیم و مطمئن می شویم که همه چیز همانطور که باید کار می کند. در مواد ویدیویی، ما علاوه بر این به صورت تجربی متقاعد شده ایم.


    شکل 11. نتیجه شبیه سازی. سبز سیگنال اصلی است، آبی خروجی است

    طرحی برای آردوینو برای یک کانال

    void setup() ( autoadcsetup(); DDRD |=(1<

    این برنامه در Arduino IDE برای میکروکنترلر ATmega1280 نوشته شده است. در برد دیباگ من، 8 کانال اول برای نیازهای داخلی برد هدایت می شوند، بنابراین از کانال ADC8 استفاده می شود. استفاده از این طرح برای برد با ATmega168 امکان پذیر است، اما باید کانال صحیح را انتخاب کنید.
    در داخل وقفه ها، چند پین سرویس را تحریف می کنیم تا فرکانس کاری دیجیتالی شدن را به صورت بصری ببینیم.
    چند کلمه در مورد اینکه ضریب 102 از کجا آمده است. در اولین شروع، سیگنالی با دامنه های مختلف از ژنراتور ارائه شد، نشانگر مقدار ولتاژ موثر از اسیلوسکوپ خوانده شد و مقدار محاسبه شده از کنسول در واحدهای ADC مطلق

    Umax، V اورمز، وی شمارش شد
    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

    با تقسیم مقادیر ستون سوم بر مقادیر ستون دوم، میانگین 102 بدست می آید. این ضریب "کالیبراسیون" ما خواهد بود. با این حال، مشاهده می شود که با کاهش ولتاژ، دقت به شدت کاهش می یابد. این به دلیل حساسیت کم ADC ما است. در واقع 10 رقم برای محاسبات دقیق به طرز فاجعه آمیزی کم است و اگر اندازه گیری ولتاژ در پریز از این طریق کاملاً امکان پذیر باشد، قرار دادن ADC 10 بیتی برای اندازه گیری جریان مصرف شده توسط بار، جرمی علیه مترولوژی خواهد بود. .

    در این مرحله ما می شکنیم. در قسمت بعدی سه سوال دیگر این مجموعه را بررسی خواهیم کرد و به آرامی به سراغ ساخت خود دستگاه خواهیم رفت.

    سفت‌افزار ارائه‌شده و همچنین سایر سیستم‌افزارهای این سری (از آنجایی که من سریع‌تر از تهیه مقاله‌ها فیلم می‌گیرم) را می‌توان در مخزن GitHub پیدا کرد.

    اندازه گیری ولتاژ در عمل باید اغلب انجام شود. ولتاژ در مهندسی رادیو، دستگاه ها و مدارهای الکتریکی و غیره اندازه گیری می شود. نوع جریان متناوب می تواند پالسی یا سینوسی باشد. منابع ولتاژ یا ژنراتور جریان هستند.

    ولتاژ جریان پالس دارای پارامترهای دامنه و ولتاژ متوسط ​​است. ژنراتورهای پالس می توانند منابع چنین ولتاژی باشند. ولتاژ بر حسب ولت اندازه گیری می شود و "V" یا "V" تعیین می شود. اگر ولتاژ متغیر باشد، علامت " ~ "، برای ولتاژ ثابت، نماد "-" نشان داده شده است. ولتاژ متناوب در شبکه خانگی خانگی ~ 220 ولت مشخص شده است.

    اینها دستگاه هایی هستند که برای اندازه گیری و کنترل ویژگی های سیگنال های الکتریکی طراحی شده اند. اسیلوسکوپ ها بر اساس اصل انحراف یک پرتو الکترونی کار می کنند که تصویری از مقادیر متغیرها روی صفحه نمایش ایجاد می کند.

    اندازه گیری ولتاژ AC

    طبق اسناد تنظیمی، ولتاژ در شبکه خانگی باید برابر با 220 ولت با دقت انحراف 10٪ باشد، یعنی ولتاژ می تواند در محدوده 198-242 ولت متغیر باشد. اگر روشنایی خانه شما کم شده است، لامپ ها به طور مکرر شروع به از کار افتادن کردند، یا دستگاه های خانگی شروع به کار ناپایدار کردند، سپس برای پیدا کردن و رفع این مشکلات، ابتدا باید ولتاژ شبکه را اندازه گیری کنید.

    قبل از اندازه گیری، باید دستگاه اندازه گیری موجود خود را برای کار آماده کنید:

    • یکپارچگی عایق سیم های کنترل را با پروب ها و نوک ها بررسی کنید.
    • سوئیچ را روی ولتاژ AC با حد بالایی 250 ولت یا بالاتر تنظیم کنید.
    • نوک سیم های کنترل را در سوکت های دستگاه اندازه گیری قرار دهید، به عنوان مثال، . برای اینکه اشتباه نکنید، بهتر است به نشانه های سوکت روی بدنه نگاه کنید.
    • دستگاه را روشن کنید.

    از شکل مشخص است که حد اندازه گیری 300 ولت در تستر و 700 ولت در مولتی متر انتخاب شده است. برخی از دستگاه ها برای اندازه گیری ولتاژ به چندین کلید مختلف نیاز دارند که در موقعیت مورد نظر تنظیم شوند: نوع جریان، نوع اندازه گیری، و همچنین قرار دادن شاخه های سیم در سوکت های خاص. انتهای نوک سیاه در مولتی متر به جک COM (جک معمولی) وصل می شود، نوک قرمز در سوکت با علامت "V" وارد می شود. این سوکت برای اندازه گیری هر نوع ولتاژ رایج است. سوکت با علامت "ma" برای اندازه گیری جریان های کوچک استفاده می شود. سوکت با علامت "10 A" برای اندازه گیری مقدار قابل توجهی جریان استفاده می شود که می تواند به 10 آمپر برسد.

    اگر ولتاژ را با سیم وارد شده در سوکت "10 A" اندازه گیری کنید، دستگاه از کار می افتد یا فیوز منفجر می شود. بنابراین هنگام انجام کارهای اندازه گیری باید مراقب باشید. بیشتر اوقات ، خطاها در مواردی رخ می دهد که ابتدا مقاومت اندازه گیری شد و سپس با فراموش کردن تغییر به حالت دیگر ، اندازه گیری ولتاژ شروع می شود. در همان زمان، مقاومتی که وظیفه اندازه گیری مقاومت را بر عهده دارد در داخل دستگاه می سوزد.

    پس از آماده سازی دستگاه می توانید اندازه گیری را شروع کنید. اگر وقتی مولتی متر را روشن می کنید چیزی روی نشانگر ظاهر نمی شود، به این معنی است که باتری واقع در داخل دستگاه منقضی شده است و باید تعویض شود. اغلب در مولتی متر یک "Krona" وجود دارد که ولتاژ 9 ولت تولید می کند. عمر مفید آن بسته به سازنده حدود یک سال است. اگر مولتی متر برای مدت طولانی استفاده نشده باشد، ممکن است تاج همچنان معیوب باشد. اگر باتری خوب است، مولتی متر باید یکی را نشان دهد.

    پروب های سیم باید در سوکت قرار داده شوند یا با سیم های خالی لمس شوند.

    در صفحه نمایش مولتی متر، مقدار ولتاژ شبکه بلافاصله به صورت دیجیتال ظاهر می شود. در دستگاه اشاره گر، فلش با زاویه خاصی منحرف می شود. تستر اشاره گر دارای چندین مقیاس درجه بندی شده است. اگر آنها را با دقت در نظر بگیرید، همه چیز روشن می شود. هر مقیاس برای اندازه گیری های خاص طراحی شده است: جریان، ولتاژ یا مقاومت.

    حد اندازه گیری دستگاه روی 300 ولت تنظیم شده است، بنابراین باید روی ترازو دوم حساب کنید که حد آن 3 است، در حالی که قرائت های دستگاه باید در 100 ضرب شود. ترازو دارای مقدار تقسیم 0.1 ولت است. ، بنابراین نتیجه نشان داده شده در شکل را در حدود 235 ولت دریافت می کنیم. این نتیجه در محدوده قابل قبولی است. اگر اندازه گیری به طور مداوم در طول اندازه گیری تغییر کند، ممکن است تماس ضعیفی در اتصالات سیم کشی برق وجود داشته باشد که می تواند منجر به جرقه زدن و نقص در شبکه شود.

    اندازه گیری ولتاژ DC

    منابع ولتاژ ثابت باتری ها، کم ولتاژ یا باتری هایی هستند که ولتاژ آنها از 24 ولت بیشتر نیست. بنابراین دست زدن به قطب های باتری خطرناک نیست و نیازی به اقدامات ایمنی خاصی نیست.

    برای ارزیابی عملکرد یک باتری یا منبع دیگر، اندازه گیری ولتاژ در قطب های آن ضروری است. برای باتری های انگشتی، تیرهای برق در انتهای کیس قرار دارند. قطب مثبت "+" مشخص شده است.

    جریان مستقیم به همان روشی که جریان متناوب اندازه گیری می شود. تفاوت فقط در تنظیم دستگاه در حالت مناسب و رعایت قطبیت خروجی ها است.

    ولتاژ باتری معمولا روی کیس مشخص می شود. اما نتیجه اندازه گیری هنوز سلامت باتری را نشان نمی دهد، زیرا نیروی الکتروموتور باتری در این مورد اندازه گیری می شود. مدت زمان کارکرد دستگاهی که باتری در آن نصب خواهد شد به ظرفیت آن بستگی دارد.

    برای ارزیابی دقیق عملکرد باتری، لازم است ولتاژ را با بار متصل اندازه گیری کنید. برای باتری انگشتی، یک لامپ چراغ قوه معمولی 1.5 ولتی به عنوان بار مناسب است. اگر در هنگام روشن بودن ولتاژ کمی کاهش یابد، یعنی بیش از 15٪ نباشد، باتری برای استفاده مناسب است. اگر ولتاژ بسیار بیشتر کاهش یابد، چنین باتری هنوز می تواند فقط در یک ساعت دیواری کار کند که انرژی بسیار کمی مصرف می کند.

    بر اساس یک میکروکنترلر کوچک Attiny13 چه کاری می توان انجام داد؟ خیلی چیزها به عنوان مثال، ولتاژ، جریان، دماسنج، با نتایج نمایش داده شده بر روی یک صفحه نمایش نوع HD44780. بنابراین بیایید این دستگاه جهانی را جمع آوری کنیم که می تواند با موفقیت به عنوان یک ماژول در منابع تغذیه، شارژرها، UMZCH و در مکان هایی که به دقت بسیار بالایی نیاز نیست استفاده شود. اندازه تخته فقط 35 در 16 میلی متر است.

    مدار U، I، T متر در Attiny13

    • محدوده اندازه گیری ولتاژ 0-99V با وضوح 0.1V.
    • محدوده اندازه گیری جریان 0-9.99A با وضوح 10 میلی آمپر.
    • محدوده اندازه گیری دما 0-99C با وضوح 0.1C.
    • جریان مصرفی خود متر 35 میلی آمپر است.

    اول از همه، باید بدانید که دستگاه در چه محدوده ولتاژی کار می کند. برای ایجاد این، لازم است تقسیم کننده ولتاژ محاسبه شود. به عنوان مثال، برای اندازه گیری 10 ولت، تقسیم کننده 1/10 خواهد بود (10 x را ضرب می کنیم زیرا ولتاژ 10 برابر ولتاژ پایه 1 می شود)، برای 30 ولت 1/30 خواهد بود و غیره. سپس باید برنامه را برای این محدوده پیکربندی کنید. ما این 30 ولت را در 640 ضرب می کنیم و نتیجه را بر 1023 تقسیم می کنیم. عدد حاصل تقریباً در ابتدای برنامه نوشته شده است، ولتاژ ثابت و برنامه باید کامپایل شود (برای محدوده 100 ولت، 8.2k).

    ما همچنین می‌توانیم اندازه‌گیری جریان را به روشی مشابه تنظیم کنیم، یک تقسیم‌کننده متفاوت، یک محدوده متفاوت ارائه دهیم و آن را فهرست کنیم، اما من آن را توصیف نمی‌کنم. در اینجا هیچ کالیبراسیون دمای آنالوگ وجود ندارد، زیرا کاملاً اضافی به نظر می رسید.

    ما به صورت آزمایشی در برنامه تصحیح می کنیم، ثابت temp مسئول این است. مقاومت 1K بین زمین و خروجی سنسور ولتاژ را تنظیم می کند، حتی می توان آن را تا 100 اهم کاهش داد.

    نحوه کار این طرح

    ولتاژی که می خواهیم اندازه گیری کنیم به نقاط V و V + روی برد اعمال می شود، نقطه GND را با ورودی جرم منبع تغذیه وصل می کنیم و به نقطه B - خروجی جرم (اندازه گیری انجام می شود. روی زمین). بین نقاط GND و V - یک شنت متصل است. این متر از نقطه V و V+ از طریق رگولاتور 7805 تغذیه می شود. روی برد فضایی برای رگولاتور در بسته TO252 وجود دارد، اما رگولاتور بزرگتر 78L05 در بسته TO92 نیز می تواند با موفقیت استفاده شود. حداکثر ولتاژی که می توان برای نقاط V و V + تعیین کرد برای یک 7805 معمولی تا 35 ولت خواهد بود، البته برای 78L05 کمتر است، اما نه بیشتر از 30. برای اندازه گیری ولتاژ بالا، تراشه باید جداگانه پر شود - در سمت چاپ، مسیر زیر پتانسیومتر تنظیم ولتاژ را قطع کنید و برق را به نقطه A اعمال کنید.

    ویدئو از متر

    هنگام چشمک زدن میکروکنترلر، باید تنظیم مجدد پین را به عنوان یک پایه معمولی تنظیم کنید (fusebit RSTDISBL را فعال کنید). قبل از انجام این عمل مطمئن شوید که همه چیز به خوبی تنظیم شده است، پس از خاموش شدن مجدداً ریست شده است و برنامه نویس عادی به پردازنده دسترسی ندارد! منابع، و همچنین سایر اسناد و فایل ها، قرار دارند

    واحد اصلی اندازه گیری ولتاژ الکتریکی ولت است. بسته به قدر، ولتاژ را می توان در اندازه گیری کرد ولت(که در)، کیلو ولت(1 کیلوولت = 1000 ولت)، میلی ولت(1 میلی ولت = 0.001 ولت)، میکرو ولت(1 uV = 0.001mV = 0.000001 V). در عمل، اغلب، باید با ولت و میلی ولت سروکار داشت.

    دو نوع اصلی ولتاژ وجود دارد - دائمیو متغیر. باتری ها منبع ولتاژ ثابت هستند. منبع ولتاژ متناوب می تواند مثلاً ولتاژ شبکه برق یک آپارتمان یا خانه باشد.

    برای اندازه گیری ولتاژ استفاده می شود ولت متر. ولت متر هستند شرکت کنندگان(آنالوگ) و دیجیتال.

    تا به امروز ، ولت مترهای اشاره گر نسبت به دیجیتال پایین تر هستند ، زیرا استفاده از دومی راحت تر است. اگر هنگام اندازه گیری با یک ولت متر اشاره گر، قرائت های ولتاژ باید بر روی یک مقیاس محاسبه شود، سپس برای یک دیجیتال، نتیجه اندازه گیری بلافاصله روی نشانگر نمایش داده می شود. و از نظر ابعاد، دستگاه اشاره گر به دیجیتال ضرر می کند.

    اما این بدان معنا نیست که از دستگاه های اشاره گر اصلا استفاده نمی شود. برخی از فرآیندها وجود دارند که با دستگاه دیجیتال قابل مشاهده نیستند، بنابراین در شرکت‌های صنعتی، آزمایشگاه‌ها، تعمیرگاه‌ها و غیره از گردونه‌ها استفاده می‌شود.

    در نمودارهای مدار الکتریکی، ولت متر با دایره ای با حرف لاتین بزرگ نشان داده می شود. V" داخل. در کنار نماد ولت متر، علامت آن " PU” و شماره سریال موجود در طرح. مثلا. اگر دو ولت متر در مدار وجود داشته باشد، در نزدیکی اول می نویسند " PU 1"، و در مورد دوم" PU 2».

    هنگام اندازه گیری ولتاژ مستقیم، نمودار قطبیت اتصال ولت متر را نشان می دهد، اما اگر ولتاژ متناوب اندازه گیری شود، قطبیت اتصال نشان داده نمی شود.

    ولتاژ بین اندازه گیری می شود دو نقطهمدارها: در مدارهای الکترونیکی بین مثبتو منفیقطب ها، در مدارهای الکتریکی بین فازو صفر. ولت متر متصل است موازی با منبع ولتاژیا به موازات زنجیره- یک مقاومت، لامپ یا بار دیگری که برای اندازه گیری ولتاژ لازم است:

    اتصال یک ولت متر را در نظر بگیرید: در مدار بالایی، ولتاژ روی یک لامپ اندازه گیری می شود. HL1و در عین حال روی منبع تغذیه GB1. در نمودار زیر، ولتاژ در سراسر لامپ اندازه گیری شده است. HL1و مقاومت R1.

    قبل از اندازه گیری ولتاژ، آن را تعیین کنید چشم اندازو تقریبی ارزش. واقعیت این است که برای ولت متر، قسمت اندازه گیری تنها برای یک نوع ولتاژ طراحی شده است و این نتایج اندازه گیری متفاوتی را به همراه دارد. یک ولت متر برای اندازه گیری ولتاژ مستقیم ولتاژ متناوب را نمی بیند و یک ولت متر برای ولتاژ متناوب، برعکس، می تواند ولتاژ مستقیم را اندازه گیری کند، اما قرائت های آن دقیق نخواهد بود.

    دانستن مقدار تقریبی ولتاژ اندازه گیری شده نیز ضروری است، زیرا ولت مترها در محدوده ولتاژ کاملاً تعریف شده کار می کنند و اگر در انتخاب محدوده یا مقدار اشتباه کنید، دستگاه ممکن است آسیب ببیند. مثلا. محدوده اندازه گیری ولت متر 0 ... 100 ولت است، به این معنی که ولتاژ فقط در این محدوده ها قابل اندازه گیری است، زیرا هنگام اندازه گیری ولتاژ بالای 100 ولت، دستگاه از کار می افتد.

    علاوه بر دستگاه هایی که تنها یک پارامتر (ولتاژ، جریان، مقاومت، خازن، فرکانس) را اندازه گیری می کنند، دستگاه های چند منظوره نیز وجود دارند که تمام این پارامترها را در یک دستگاه اندازه گیری می کنند. چنین وسیله ای نامیده می شود آزمایشکننده(بیشتر نشانگرها) یا مولتی متر دیجیتال.

    ما به تستر نمی پردازیم، این موضوع مقاله دیگری است، اما بلافاصله به یک مولتی متر دیجیتال می رویم. در بیشتر موارد، مولتی مترها می توانند دو نوع ولتاژ را در محدوده 0 ... 1000 ولت اندازه گیری کنند. برای سهولت اندازه‌گیری، هر دو ولتاژ به دو بخش و در بخش‌ها به زیرمحدوده‌ها تقسیم می‌شوند: ولتاژ ثابت دارای پنج زیر محدوده، ولتاژ متناوب دارای دو محدوده است.

    هر زیر محدوده حداکثر حد اندازه گیری خود را دارد که با یک مقدار عددی نشان داده می شود: 200 متر, 2 ولت, 20 ولت, 200 ولت, 600 ولت. مثلا. در حد "200 ولت"، ولتاژ در محدوده 0 ... 200 ولت اندازه گیری می شود.

    در حال حاضر روند اندازه گیری.

    1. اندازه گیری ولتاژ DC.

    ابتدا تعریف می کنیم چشم اندازولتاژ اندازه گیری شده (DC یا AC) و سوئیچ را به بخش مورد نظر منتقل کنید. به عنوان مثال، بیایید یک باتری انگشتی را در نظر بگیریم که ولتاژ ثابت آن 1.5 ولت است. ما بخش ولتاژ ثابت را انتخاب می کنیم و در آن حد اندازه گیری "2V" است که محدوده اندازه گیری آن 0 ... 2 ولت است.

    سیم های تست باید مطابق شکل زیر در سوکت ها وارد شوند:

    قرمزکاوشگر نامیده می شود مثبت، و در سوکت مقابل قرار می گیرد که نمادهای پارامترهای اندازه گیری شده نشان داده شده است: "VΩmA";
    سیاهدیپستیک نامیده می شود منفییا عمومیو در سوکت قرار می گیرد که در مقابل آن نماد "COM" قرار دارد. تمام اندازه گیری ها نسبت به این پروب انجام می شود.

    با کاوشگر مثبت، قطب مثبت باتری را لمس می کنیم، و با قطب منفی - منفی. نتیجه اندازه گیری 1.59 ولت بلافاصله روی نشانگر مولتی متر قابل مشاهده است. همانطور که می بینید، همه چیز بسیار ساده است.

    حالا یک نکته ظریف دیگر. اگر پروب های روی باتری تعویض شوند، علامت منفی در جلوی دستگاه ظاهر می شود که نشان می دهد قطبیت اتصال مولتی متر معکوس شده است. علامت منفی می تواند در فرآیند تنظیم مدارهای الکترونیکی بسیار راحت باشد، زمانی که شما نیاز به تعیین لاستیک های مثبت یا منفی روی برد دارید.

    خوب، اکنون گزینه ای را در نظر بگیرید که مقدار ولتاژ ناشناخته است. بیایید یک باتری انگشتی را به عنوان منبع ولتاژ بگذاریم.

    فرض کنید ولتاژ باتری را نمی دانیم و برای اینکه دستگاه نسوزد، اندازه گیری را از حداکثر حد "600 ولت" شروع می کنیم، که مربوط به محدوده اندازه گیری 0 ... 600 ولت است. با پروب های مولتی متر، قطب های باتری را لمس می کنیم و روی نشانگر نتیجه اندازه گیری را برابر با " می بینیم. 001 ". این ارقام نشان می دهد که ولتاژ وجود ندارد یا مقدار آن خیلی کم است یا محدوده اندازه گیری خیلی زیاد است.

    پایین می رویم. سوئیچ را به موقعیت "200 ولت" تغییر می دهیم که مربوط به محدوده 0 ... 200 ولت است و قطب های باتری را با پروب ها لمس می کنیم. نشانگر قرائت هایی برابر با " را نشان داد 01,5 ". در اصل، این قرائت ها قبلاً کافی است تا بگوییم ولتاژ باتری AA 1.5 ولت است.

    با این حال، صفر جلو نشان می دهد که ولتاژ حتی کمتر شده و با دقت بیشتری اندازه گیری می شود. ما به حد "20V" کاهش می دهیم، که مربوط به محدوده 0 ... 20 ولت است، و دوباره اندازه می گیریم. نمایشگر نشان می دهد " 1,58 ". اکنون می توان با دقت گفت که ولتاژ یک باتری انگشتی 1.58 ولت است.

    به این ترتیب، بدون دانستن مقدار ولتاژ، آن را پیدا می کنند و به تدریج از حد اندازه گیری بالا به یک حد پایین کاهش می یابد.

    همچنین شرایطی وجود دارد که هنگام اندازه گیری، واحد " 1 ". واحد سیگنال می دهد که ولتاژ یا جریان اندازه گیری شده بالاتر از حد اندازه گیری انتخاب شده است. مثلا. اگر ولتاژ 3 ولت را در حد "2 ولت" اندازه گیری کنید، یک واحد روی نشانگر ظاهر می شود، زیرا محدوده اندازه گیری این حد فقط 0 ... 2 ولت است.

    یک محدودیت دیگر "200 متر" با محدوده اندازه گیری 0 ... 200 میلی ولت وجود دارد. این محدودیت برای اندازه گیری ولتاژهای بسیار کوچک (میلی ولت) طراحی شده است که گاهی اوقات هنگام تنظیم نوعی طراحی رادیویی آماتور با آن مواجه می شویم.

    2. اندازه گیری ولتاژ AC.

    فرآیند اندازه گیری ولتاژ AC هیچ تفاوتی با اندازه گیری ولتاژ DC ندارد. تنها تفاوت این است که برای ولتاژ متناوب، قطبیت پروب ها مورد نیاز نیست.

    بخش ولتاژ AC به دو زیر محدوده تقسیم می شود 200 ولتو 600 ولت.
    در حد "200 ولت" می توانید مثلاً ولتاژ خروجی سیم پیچ های ثانویه ترانسفورماتورهای کاهنده یا هر ولتاژ دیگری در محدوده 0 ... 200 ولت را اندازه گیری کنید. در حد "600 ولت"، می توانید ولتاژهای 220 ولت، 380 ولت، 440 ولت یا هر ولتاژ دیگری در محدوده 0 ... 600 ولت را اندازه گیری کنید.

    به عنوان مثال، اجازه دهید ولتاژ یک شبکه خانگی 220 ولت را اندازه گیری کنیم.
    سوئیچ را به موقعیت "600 ولت" منتقل می کنیم و پروب های مولتی متر را در خروجی قرار می دهیم. نشانگر بلافاصله نتیجه اندازه گیری 229 ولت را نشان داد. همانطور که می بینید، همه چیز بسیار ساده است.

    و یک لحظه
    قبل از اندازه گیری ولتاژ بالا، همیشه یک بار دیگر از سالم بودن عایق پروب ها و سیم های ولت متر یا مولتی متر مطمئن شوید. و همچنین محدودیت اندازه گیری انتخاب شده را بررسی کنید. و فقط پس از تمام این عملیات، اندازه گیری ها را انجام دهید. به این ترتیب خود و دستگاه را از غافلگیری غیرمنتظره نجات خواهید داد.

    و اگر چیزی مبهم باقی ماند، ویدیو را تماشا کنید، که اندازه گیری ولتاژ و جریان را با استفاده از یک مولتی متر نشان می دهد.

    اندازه گیری جریان(به اختصار اندازه گیری جریان) یک مهارت مفید است که بیش از یک بار در زندگی مفید خواهد بود. در مواقعی که نیاز به تعیین توان مصرفی است، باید مقدار جریان را دانست. برای اندازه گیری جریان از دستگاهی به نام آمپرمتر استفاده می شود.

    جریان متناوب و جریان مستقیم وجود دارد، بنابراین از ابزارهای اندازه گیری مختلفی برای اندازه گیری آنها استفاده می شود. جریان همیشه با حرف I نشان داده می شود و قدرت آن با آمپر اندازه گیری می شود و با حرف A نشان داده می شود. به عنوان مثال، I \u003d 2 A نشان می دهد که قدرت جریان در مدار مورد آزمایش 2 آمپر است.

    اجازه دهید به تفصیل در نظر بگیریم که چگونه ابزارهای اندازه گیری مختلف برای اندازه گیری انواع مختلف جریان مشخص شده اند.

    • در دستگاه اندازه گیری برای اندازه گیری جریان مستقیم، نماد "-" در مقابل حرف A اعمال می شود.
    • در یک دستگاه اندازه گیری برای اندازه گیری جریان متناوب، علامت "~" در همان مکان اعمال می شود.
    • ~ وسیله ای برای اندازه گیری جریان متناوب.
    • - وسیله ای برای اندازه گیری جریان مستقیم.

    در اینجا یک عکس از آمپرمتر طراحی شده برای اندازه گیری جریان DC.

    طبق قانون، قدرت جریانی که در یک مدار بسته، در هر نقطه از آن جریان دارد، برابر با همان مقدار است. در نتیجه، برای اندازه گیری جریان، لازم است مدار را در هر مکان مناسب برای اتصال دستگاه اندازه گیری قطع کنید.

    لازم به یادآوری است که مقدار ولتاژ موجود در مدار الکتریکی هیچ تاثیری بر اندازه گیری جریان. منبع جریان می تواند منبع تغذیه خانگی 220 ولت یا باتری 1.5 ولتی و غیره باشد.

    اگر قصد اندازه گیری جریان در مدار را دارید، دقت کنید که آیا جریان مستقیم یا متناوب در مدار می گذرد. یک دستگاه اندازه گیری مناسب بردارید و اگر قدرت جریان مورد انتظار در مدار را نمی دانید، کلید اندازه گیری جریان را روی حداکثر موقعیت قرار دهید.

    اجازه دهید نحوه اندازه گیری قدرت جریان با یک وسیله الکتریکی را به تفصیل در نظر بگیریم.

    برای ایمنی اندازه گیری مصرف فعلیلوازم برقی ما یک سیم کشی خانگی با دو پریز می سازیم. پس از مونتاژ، سیم پسوندی بسیار شبیه به سیم استاندارد فروشگاهی دریافت می کنیم.

    اما اگر سیم داخلی ساخت و ساز فروشگاهی را جدا کرده و با یکدیگر مقایسه کنیم، تفاوت های ساختار داخلی را به وضوح خواهیم دید. نتیجه گیری های داخل سوکت های یک سیم کشی خانگی به صورت سری به هم وصل می شوند و در فروشگاه به صورت موازی وصل می شوند.

    عکس به وضوح نشان می دهد که پایانه های بالایی توسط یک سیم زرد به هم متصل شده اند و ولتاژ اصلی به پایانه های پایینی سوکت ها می رسد.

    اکنون شروع به اندازه گیری جریان می کنیم، برای این کار دوشاخه دستگاه الکتریکی را به یکی از پریزها و پروب های آمپرمتر را در پریز دیگر وارد می کنیم. قبل از اندازه گیری جریان، اطلاعاتی را که در مورد نحوه صحیح و ایمن اندازه گیری جریان خوانده اید فراموش نکنید.

    اکنون نحوه تفسیر صحیح قرائت آمپرمتر اشاره گر را در نظر بگیرید. در اندازه گیری مصرف فعلیابزار، سوزن آمپر متر در تقسیم 50 متوقف شد، سوئیچ به حداکثر حد اندازه گیری 3 آمپر تنظیم شد. مقیاس آمپرمتر من 100 تقسیم دارد. این بدان معنی است که تعیین قدرت جریان اندازه گیری شده با فرمول (3/100) X 50 \u003d 1.5 آمپر آسان است.

    فرمول محاسبه توان دستگاه با توجه به جریان مصرفی.

    با داشتن اطلاعاتی از میزان جریان مصرفی هر وسیله برقی (تلویزیون، یخچال، اتو، جوش و ...) به راحتی می توانید میزان مصرف برق این وسیله برقی را مشخص کنید. یک الگوی فیزیکی در جهان وجود دارد که الکتریسیته همیشه از آن پیروی می کند. کاشفان این الگو، امیل لنز و جیمز ژول هستند و به افتخار آنها، اکنون به آن قانون ژول-لنز می گویند.

    • I - قدرت جریان، اندازه گیری شده در آمپر (A)؛
    • U - ولتاژ، اندازه گیری شده در ولت (V)؛
    • P توان است که بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود.

    بیایید یکی از محاسبات فعلی را انجام دهیم.

    جریان مصرفی یخچال را اندازه گرفتم برابر با 7 آمپر است. ولتاژ در شبکه 220 ولت است. بنابراین، مصرف برق یخچال 220 ولت X 7 A \u003d 1540 وات است.