Изследване на сензори за измерване на електрически величини

[Mozo]

ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ ВАРНА
Катедра: Електронна техника и микроелектроника
Дисциплина: Материали и компоненти в електрониката

Р-л на лаб. упр.: Георги Николов

ПРОТОКОЛ No 2

ТЕМА: Изследване на сензори за измерване на електрически величини

А. Въведение
Към ел. Величини се причисляват: ток, напрежение, мощност, съпротивление, капацитет, индуктивност и др. Тяхното познаване позволява вземането на редица решения при експлоатацията на дадена система. Например, ако се следи токът в дадена верига, измерването на ток, по-голям от номиналния, може да означава претоварване на агрегат или аварийна ситуация.
От гледна точна на съвременната схемотехника, измерването на пост. напрежение е най-лесно. Поради тази причина, измерването на останалите ел. величини най-често се свежда до имерване на напрежение, което от своя страна е пропорционално на измерваната величина. В процеса на измерване най-често изходният сигнал от сензора (или преобразувателя) се усилва или понижава, след което се филтрира. Благодарение на навлизането на микропроцесорната техника, филтрирането често се изпълнява цифрово, което позволява да се намалят цената и размерите на устройството.
Целта на настоящото упражнение е запознаване с най-често използваните методи за измерване на електрическите величини ток и напрежение.


Б. Измерване на напрежение
Измерването на напрежение се осъществява посредством аналогови електромеханични измервателни средства или цифрови електронни уреди. При цифровите измервателни уреди измерването се реализира чрез използването на анологови компаратори или чрез Аналого-Цифрив Преобразувател (АЦП).
При използването на цифрови методи за измерване, напрежението трябва да бъде мащабирано до типичния обхват на АЦП. При нисковолтови източници ( U < 0.1 V ) измерваното напрежение трябва да бъде усилено или понижено (за източници с U > 5V). Понижаването на напрежението може да си извърши чрез делител да напрежение, реализиран с набор резистори, а при променливи напрежения и с трансформатор.



В. Измерване на ток
Измерването на постоянен ток изисква включването на сензор или преобразувател на ток в напрежение, последователно в измерваната верига. Това води до промяна на общото съпротивление на веригата и до внасянето на методична грешка, поради промяна на тока в веригата. Желателно е съпротивлението на допълнителния елемент да е пренебрежимо малко в сравнение с основния товар във веригата. Измерването на ток се свежда до преобразуването на тока в напрежение и измерването му с помощта на волтметър. Това може да се осъществи по три основни начина.

а) посредством шунт
б) посредсвом токов трансформатор
в) посредством датчик на Хол

Методите за измервване на ток се характеризират с определени предимства и недостатъци, обобщени както следва:

• Измерване на ток чрез шунт и волтметър
Шунтът е резистор с малко номинално съпротивление (по-малко от 1 Ω ). Свързва се последователно във веригата. За стойността на тока във веригата се съди по пада на напрежение Us върху шунта. В шунта се отделят големи топлинни загуби и при измерването на ток над няколко ампера, той трябва да разрйва значителна мощност. За да се намалят тези загуби се използва шунт с малко номинално съпротивление, но това води до понижаване на Us върху шунта, което повишава изискванията към използвания волтметър. Шунтът осигурява възможност за измерване както на променлив, така и на постоянен.

• Измерване на ток чрез токов трансформатор
Характеризира се с много ниски загуби и с възможността да се измерват токове над 1000 А. Този метод е приложим само при измерването на променлив ток.

• Измерване на ток чрез токов преобразувател с датчик на Хол
Приложимо е за измерване на постоянен и променлив ток. Позволява преобразуването на създаденото от измервания ток магнитно поле в напрежение. Могат да измерват ток в диапазона от 10mA до 500А.

Г. Описание на опитната постановка
За провеждането на упражнението е необходима експериментална платка без запояване. Сами реализираме схемата с предоставените от преподавателя електронни компоненти. За реализиране на схемите са необходими четири резистора, три волтметъра и един амперметър.

Очакваната стойност на изходното напрежение Uout=UR2 се пресмята по формулата: ,където Uin=0…18V е захранващото напрежение.
Съпротивлението на резистора R2 трябва да се подбере с няколко порядъка по-малко от вътрешното съпротивление на паралелно включеният волтметър.

Целият материал: