Senzori și microcontrolere

Partea 1. Mat. o parte. Se referă la un senzor care nu este legat de nici un parametru măsurat. Sunt luate în considerare caracteristicile statice și dinamice ale senzorului.

Partea 2. Senzori de control al climei. Ea se referă la caracteristicile de lucru cu senzorii de temperatură, umiditate, presiune și gaz
Partea 3. Senzori ai cantităților electrice. În această parte voi examina senzorii de curent și de tensiune

ATENȚIE: Nu puneți acul de tricotat în priză Nu urcați în rețeaua de 220V fără abilitățile necesare!

Senzori de tensiune

Distribuitor de tensiune

o gamă largă de tensiuni și frecvențe determinate de valorile rezistențelor;
precizie ridicată, determinată din nou de precizia și termostabilitatea rezistențelor;
măsoară tensiunea constantă și alternativă.

nu există izolare galvanică - în interacțiune cu rețeaua industrială, este necesar să se asigure protecția utilizatorului de circuitele electrice sau să se utilizeze izolația galvanică;
Eficiență scăzută - tot curentul de divizare intră în căldură;

Transformator de tensiune

Figura 7: Transformator de tensiune
Pentru cazurile în care trebuie măsurate tensiuni foarte mari, de 6/10 kV și mai sus, se utilizează un transformator de tensiune. De fapt, acesta este un transformator convențional al cărui mod principal de funcționare este în gol.
Clasa de precizie a unui astfel de transformator depinde de secțiunea de lucru a caracteristicilor de magnetizare. La urma urmei, trebuie să trecem prin el nu doar un semnal cu o anumită amplitudine, dar nu să-i stricăm forma. Aici este doar problema - transformatorul practic nu trece armonici din cauza inductivităților mari. Deci, pentru a măsura distorsiunea armonică, cele mai multe transformatoare de tensiune nu vor funcționa.
Clasa obișnuită de precizie a transformatorului este de 0,5, 1, 3
avantaje:

o gamă imensă de tensiuni de operare - până la sute de kilovoliți și de mai sus;
atât de necesară izolare galvanică.

funcționează pe o anumită bandă de frecvențe;
funcționează numai cu tensiune alternativă;

Ultimul dezavantaj este ușor realizat, deoarece, dacă este necesar, puteți utiliza un transformator de măsurare DC. Da, transformatoarele DC "există", dar numele corect al dispozitivului este un amplificator magnetic. Precizia și liniaritatea acestor instrumente lasă mult de dorit - lucrarea are loc în secțiunea de saturație de bază prin magnetizare.
Se pare ca aceasta:

Figura 8: Măsurarea DC cu un amplificator magnetic
Citiți mai multe despre acest miracol al tehnologiei aici: analogiu.ru/6/6-2-2.html
Dacă subiectul este interesant, atunci voi sorbi revizuirea acestor vechi autorități de reglementare.

Senzor electronic izolat

Dezavantajele ambelor sisteme sunt lipsite de un senzor izolat electronic. De fapt, este un dispozitiv complet. În interiorul căruia se află un separator de tensiune și amplificatoare operaționale și o unitate de izolare galvanică și un circuit de putere izolat al acestei dezordini.

Figura 9: Diagrama structurala a senzorului electronic izolat
Am observat numai senzorii industriali cu o tensiune de ieșire de 0-10V sau un curent de 0-10mA. Spre deosebire de senzorii anteriori, acesta produce un semnal unipolar. În principiu, o astfel de schemă poate fi dezvoltată independent.
avantaje:
izolarea galvanică;
precizie mare;
gamă largă de tensiuni și frecvențe;
măsoară tensiunea constantă și alternativă.
dezavantaje:
costisitoare;
circuite complexe.

Link-uri suplimentare

Senzori de curent

Măsurarea șuntului

Cea mai simplă și mai precisă metodă de măsurare a curentului. După cum se știe, atunci când un curent curge printr-o rezistență activă, apare o scădere de tensiune proporțională cu curentul măsurat. Luați rezistorul și puneți-l în decalajul circuitului măsurat:

Figura 10: Șunt de curent al senzorului de curent
Căderea de tensiune pe șunt este proporțională cu curentul trecut:
(10)
În consecință, în funcție de tensiunea dorită la ieșirea senzorului, selectăm rezistența necesară la șunt. Dar! Scăderea tensiunii pe șunt va duce la pierderi de putere generate la căldură, respectiv la curenți mari, pentru a limita pierderile. Aceste șuruburi industriale tip SHSM asigură o tensiune de ieșire standard de 75mV:

Figura 11: Șunt de șunt de șunt
La o tensiune de 75mV, cea mai mare parte a capetelor de măsurare pentru șuturi au fost calibrate. Acordați atenție celei de-a doua perechi de șuruburi - acestea sunt concepute special pentru conectarea la un dispozitiv de măsurare pentru a reduce pierderile.

Pentru a măsura curentul folosind aceste șuturi, este necesar să folosiți amplificatoare operaționale. În același timp, câștigul mediu este de 20-40, ceea ce este posibil cu amplificatoarele operaționale utilizate pe scară largă. În principiu, în circuitele DC necritice este posibil să se utilizeze o cascadă de amplificare bazată pe un singur tranzistor. Liniaritatea unei astfel de scheme va fi lame, dar pentru circuitele de protecție a pragurilor este o opțiune simplă și sigură.
Obținem următoarea schemă:

Figura 12: Folosirea amplificatorului op. Ca amplificator
Rețineți că atunci când se măsoară AC, semnalul de ieșire va fi bipolar, iar amplificatorul operațional trebuie alimentat de la o sursă bipolară de alimentare.
Ne uităm doar pentru cazul în care funcționează schema noastră:

Figura 13: Modelarea amplificatorului de senzori de curent
Intrarea este de 75mV, înmulțită cu 20, ieșirea are un semnal cu o amplitudine de 1,5V pentru un curent de 10A. În următorul material, vom înțelege ceea ce semnalul bipolar ar putea fi incomod.
avantaje:

precizie mare;
gamă largă de tensiuni și frecvențe;
măsoară curentul alternativ și curent alternativ.

nu există izolare galvanică;
eficiență scăzută.

Măsurarea transformatorului de curent

Transformatorul de curent de măsurare este un transformator al cărui înfășurare primară este conectată la o sursă de curent, iar secundarul este închis pentru măsurarea dispozitivelor sau dispozitivelor de automatizare de protecție.
Transformatoarele de curent sunt folosite pentru a măsura curenții în circuitele de curent înalt, de multe ori potențial ridicat. De exemplu, am vrut să măsuram curentul într-o rețea de 10kV. Sau dorim să obținem o modalitate simplă și relativ ieftină de izolare galvanică a circuitului curent măsurat al dispozitivului nostru de 220V. Principala problemă a transformatoarelor de curent este aceea că pot măsura numai tensiunea AC.
Transformatorul de curent este întotdeauna încărcat. Dacă bobina secundară a transformatorului curent se dovedește a fi deschisă, atunci acesta va avea un potențial de câteva mii de kilovolțiți, ceea ce va strica personalul și va dezactiva dispozitivul, spărgându-și izolarea.
Transformatoarele au o înfășurare primară integrată. De exemplu:

Figura 14: Transformatorul curent din seria CS2106L de la Coilcraft
Sau aici sunt niște elefanți, având similitudinea înfășurării primare sub forma unei anvelope uriașe sau deloc o fereastră pentru trecerea firelor prin ea

Figura 15: Transformator de curent industrial pentru multe amperi
Principalul dezavantaj al unui transformator de curent este că acesta funcționează numai la o anumită frecvență. Pasul din stânga până la fotografierea din dreapta. Defecțiunea este miezul metalic.
Dar dacă îl scoatem, vom obține un transformator de aer, sau așa-numitul. Rola lui Rogowski:

Figura 16: Diagrama conexiunii bobinelor Rogowski
Spre deosebire de alți senzori care necesită interacțiune cu circuitul măsurat, bobina Rogowski poate fi montată pe firele circuitului măsurat ca o centură.
Unele instrumente de măsurare sunt echipate cu astfel de senzori:

Figura 17: senzor de bobină Rogowski
Gama de curenți măsurați este de la zeci la mii de amperi, dar acestea suferă de precizie scăzută.
avantaje:

izolarea galvanică;
lucrați cu curenți mari de mii de amperi;

Măsoară numai curent alternativ într-un anumit interval de frecvență (cu excepția bobinei Rogowski);
modifică faza semnalului și necesită compensare

Hall senzori curent de efect

Senzorii de acest tip utilizează efectul apariției unei diferențe de potențial când conductorul este plasat cu curent într-un câmp magnetic.

Figura 18: Efectul Hall
La crearea senzorului, luăm circuitul magnetic, trecem prin acesta firul circuitului măsurat și punem senzorul Hall în secțiunea circuitului magnetic, obținând un senzor de curent deschis:

Figura 19: Senzor curent de tip Hall cu deschidere deschisă
Avantajul acestui senzor este simplitatea acestuia. Dezavantajul este prezența magnetizării nucleului, prin urmare, o creștere a nelinearității citirilor.
Adăugăm o înfășurare la miez și permiteți curentului să treacă prin acesta proporțional cu curentul măsurat:

Figura 20: Senzor de curent pe efectul Hall al tipului compensator
Cu zero părtinire, noi crestem liniaritatea senzorului și clasa de precizie. Cu toate acestea, în proiectarea sa, un astfel de senzor abordează transformatoarele de curent, deci costul lui crește de mai multe ori.
Ca transformatoare, există o varietate de senzori care vă permit să treci printr-un cablu de alimentare:

Figura 22: Senzor de curent pentru efect Hall
Există senzori cu un nucleu comun - cu toate acestea, costul lor este pur și simplu scalat.
Senzorii cu circuit integrat de putere bazat pe efectul Hall cu izolație galvanică de 2,1 kV și 3 kV sunt fabricați de Allegro. Datorită dimensiunilor mici, ele nu oferă o precizie ridicată, dar sunt compacte și ușor de utilizat.

Figura 23: Senzor de curent Allegro ACS754

Senzor ACS712 - măsurători AC și DC până la 30A cu o precizie de ± 1,5%
Senzorul ACS713 este optimizat pentru măsurarea DC până la 30A. Are de două ori sensibilitatea colegului său universal.
Senzor ACS754 - măsurători AC și DC până la 200A cu o precizie de ± 1,5%
ACS755 este optimizat pentru măsurarea curentului direct.
Senzorul ACS756 este un senzor pentru măsurarea DC și AC până la 100A cu o tensiune de alimentare de 3-5V.

Figura 24: Tensiunea de ieșire a senzorului față de curent
avantaje:

o gamă largă de curenți măsurați cu o frecvență de până la 50-100 kHz și mai mare;
măsoară curentul alternativ și curent alternativ.
izolarea galvanică