Главная » Измерения
Призовой фонд
на сентябрь 2017 г.
1. 1000 руб
PCBWay
2. Осциллограф DSO138
Паяльник
3. Тестер компонентов MG328
Паяльник
4. 100 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Цифровой ампервольтметр с гальванической развязкой каналов измерения

Применение микроконтроллера с многоканальным АЦП упрощает задачу измерения тока и напряжения для последующего вывода на индикатор лабораторного блока питания.Однако, при несомненном достоинстве таких схем – их простоте и дешевизне – есть у них и существенный недостаток – наличие общего «минуса» у каналов АЦП не позволяет проводить независимые измерения тока и напряжения, т.е. подключаться к источникам питания, не имеющим общей точки для измерения этих величин. Предлагаемый ампервольтметр позволит проводить измерения в устройствах любого схемотехнического исполнения, не требуя при этом дополнительной обмотки (источника питания) для своего подключения.

Технические характеристики ампервольтметра:
Напряжение питания, В   15…20
Потребляемый ток при Uпит=15В, не более, мА,   100
Измеряемое напряжение с разрешением в 1мВ, В   0,000…9,999
Измеряемое напряжение с разрешением в 10мВ, В   10,00…99,99
Измеряемый ток с разрешением в 1мА, А   0,000…9,999
Измеряемый ток с разрешением в 10 мА, А   0,00…99,99
Измеряемый ток с разрешением в 100 мА, А   0,0…999,9
Нелинейность измерения, МЗР   ±3

Схема ампервольтметра представлена ниже.

Канал измерения напряжения состоит из элементов DA4, DA6, VT2, VT3, тока – DA1, DA5, DA7. Оба канала используют один и тот же принцип измерения – преобразование напряжения в частоту, и для гальванической развязки управляются МК DD1 через оптопары U1…U5. На стабилизаторах DA4, DA5 собраны источники стабильного тока, которым заряжаются интегрирующие конденсаторы C15, C16. После включения ампервольтметра транзисторы VT3, VT4 закрыты, и уровни напряжений на выв. 2 компараторов DA6 и DA7 получаются заведомо выше, чем уровни на выв. 3, поскольку максимальное значение последних ограничено стабилитронами VD2 и VD3. В этом случае оба компаратора шунтируют светодиоды оптопар U3, U5, их транзисторы закрыты, и на входе ICP МК DD1 присутствует высокий логический уровень. Для измерения напряжения МК DD1 на выв. 8 формирует положительный импульс длительностью около 50 мс. Транзистор оптопары U4 закрывается, а транзистор VT3 открывается, разряжая ёмкость C15. Компаратор DA6 перестаёт шунтировать светодиод U3 и на входе ICP DD1 устанавливается низкий логический уровень. По завершению импульса разряда на конденсаторе C15 начинает линейно нарастать напряжение, которое компаратор DA6 сравнивает с измеряемым напряжением на выв.3. Одновременно с этим МК запускает таймер T1 в режиме «захват». Как только напряжение на выв. 2 DA6 станет больше, чем на выв. 3, на выходе DA6 установится низкий уровень, что приведёт к закрытию транзистора оптопары U3 и установлению на выв. ICP DD1 высокого логического уровня. Нарастающий фронт на выв. ICP активирует подпрограмму прерывания по событию «захват». Подпрограмма выводит на индикатор HG1 насчитанное счетчиком Т1 значение в регистре захвата ICR1, которое пропорционально измеряемому напряжению. Элементы R4, R15, VT2 образуют делитель напряжения, который включается микроконтроллером DD1 в том случае, если измеряемое значение превышает 9,999 В.

Измерение тока происходит аналогичным образом, но уже с формирования положительного импульса для транзистора VT4. Вместо делителя напряжения добавлен усилитель постоянного тока на ОУ DA1. Усилитель необходим для работы со стандартными шунтами на 75 мВ, или шунтами, имеющими низкое сопротивление, падение напряжения на которых не превышает 100-200 мВ.

В том случае, если измеряемые значения превышают допустимый диапазон, то на индикатор вместо символа «=» выводится символ «>».

Питание и гальваническую развязку измерительных каналов обеспечивает ШИМ-контроллер DA3, включенный по схеме прямоходового преобразователя. Незначительные токи нагрузки по цепям +15V1, +15V2, -15V2 позволили отказаться от накопительных дросселей и дополнительных диодов во вторичных цепях трансформатора Т1. Частота преобразования составляет 50 кГц.

Перемычками JP1…JP3 выбирается диапазон измеряемого тока. При закороченной перемычке JP1 диапазон составляет 0,000 – 9,999 А; JP2 0,00 – 99,99 А; JP3 0,0 – 999,9 А. Иными словами, перемычки определяют положение децимальной точки в каждом диапазоне при выводе измеренного значения на индикатор.

Чертежи и фотографии печатной платы:

Управляющая программа написана на ассемблере, ниже показана настройка фьюз-битов.

После сборки ампервольтметра следует проверить цепи питания +15V1, +15V2, -15V2, уровень напряжения которых должен быть в диапазоне 14,2…15,5 В. При необходимости напряжение можно подстроить путём подбора стабилитрона VD4, или же, если его уровень меньше 14 В, – добавлением   ещё одного диода последовательно с VD5.

При включении ампервольтметра на индикатор в течение примерно 2с выводятся значения корректирующих констант для тока и напряжения. Настройка контрастности индикатора HG1 осуществляется подстройкой резистора R23.

Следующий шаг – регулировка тока заряда интегрирующих конденсаторов C15, C16 и вычисление корректирующих констант обоих каналов. Для этого вывод резистора R9, соединённый с выв. 6 ОУ DA1, временно выпаивается из платы и соединяется со входом «+Uизм». Также соединяются вместе входы «-Uизм» и «-Iизм». От внешнего источника на вход «+Uизм» и «-Uизм» подаётся напряжение в диапазоне 9,700…9,900 В, контролируемое эталонным вольтметром. Подстраивая переменные резисторы R10 и R11, необходимо добиться идентичных показаний между эталонным вольтметром и обоими каналами ампервольметра. Далее вычисляются константы для компенсации времени переключения компараторов DA6, DA7 и оптопар U3, U5. От внешнего источника напряжение через делитель, состоящий из постоянного резистора 3 кОм и переменного (или подстроечного) 100 Ом, подаётся на вход «+Uизм». Переменным резистором устанавливается нулевое значение напряжения. Затем, плавно увеличивая напряжение переменным резистором, необходимо добиться индикации тока или напряжения, отличного от нуля. Из-за разброса параметров элементов значения могут отличаться друг от друга, и поэтому появляются на индикаторе не одновременно. Важно зафиксировать самое первое ненулевое значение для каждого канала. Получившиеся числа и есть константы, которые необходимо перевести в шестнадцатеричную форму и записать в строки 166 и 168 исходного файла AVO_WH.ASM для напряжения и тока соответственно.

После внесённых изменений исходный файл компилируется, после чего МК заново программируется. Теперь, после записи констант, необходимо завершить настройку каналов измерения – снова подать напряжение 9,700…9,900 В на вход «+Uизм» и переменными резисторами R10 и R11 добиться идентичных показаний между эталонным вольтметром и обоими каналами ампервольметра. Настройка канала вольтметра на этом завершена, остаётся отрегулировать усилитель DA1 канала измерения тока. Для этого вывод резистора R9 впаивается обратно в плату, а входы «+Iизм» и «-Iизм» закорачиваются. Подстраивая резистор R7 и контролируя напряжение внешним вольтметром на выводах 3 и 4 компаратора DA7, добиваются значения, максимально близкого к 0 В. После этого остаётся только настроить коэффициент усиления ОУ DA1, который зависит от сопротивления применяемого шунта. Допустим, имеется шунт из 6 параллельно соединённых резисторов по 0,1 Ом. При токе в 5А на нём будет падать около 83,3 мВ. Измеритель тока должен отображать 5,000А, значит устанавливается перемычка JP1. Далее рассчитывается коэффициент усиления: 5А/0,0833В=60,24. Для резистора R5=110 кОм и Ku=60 получаем сумму R2 и R3:R5/(Ku-1)=110/59=1,864 кОм. Поскольку сопротивление шунта из-за погрешности резисторов будет отличаться от расчётного, необходимо предусмотреть запас по регулировке Ku, к примеру, взять R2=1,6 кОм и R3=470 Ом.

Для трансформатора Т1 использован магнитопровод Ш 4х5, подобные трансформаторы используются в компьютерных блоках питания для управления силовыми ключами, а также для дежурного источника питания +5 В.

Однако у трансформатора дежурного источника имеется зазор, от которого необходимо избавиться – центральный стержень одной половинки короче на 0,5 мм. Убрать зазор можно с помощью наждачной бумаги, стачивая боковые стержни вровень с центральным.

Обмотки I и II имеют по 36 витков и наматываются в два провода одновременно, обмотки III, IV, V – по 40 витков, диаметр провода 0,27 мм. Все обмотки пропитываются шеллаком. Для экранирования помех на изготовленный трансформатор наматывается полоска медной фольги – 1 замкнутый виток поверх магнитопровода и каркаса.

Первоначально ампервольтметр работал с индикатором MT-16S2R, который позднее был заменён на WH0802A-NGG-CT. Никаких изменений в программу МК делать при этом не пришлось, ЖКИ заработал сразу, хотя в описании на MT-16S2R говорится, что в 4х битном режиме контроллер КБ1013ВГ6 не совместим с HD44780 и KS0066. Поскольку про несовместимость у MT-08S2A не упоминается вообще, его, скорее всего, можно применить вместо WH0802A.

Инструментальный усилитель DA1 OP27GP можно заменить на OP07, OP37, OPA27, OPA37, КР140УД17А. Конденсаторы С15, С16  должны быть только плёночные, с низким ТКЕ, от их качества зависит точность и стабильность показаний.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
DD1 МК AVR 8-бит
ATtiny2313-20PU
1 Поиск в LCSCВ блокнот
DA1 Операционный усилитель
OP27
1 Замена: OP07, OP37, OPA27, OPA37, КР140УД17АПоиск в LCSCВ блокнот
DA2 Линейный регулятор
LM7805CT
1 Поиск в LCSCВ блокнот
DA3 ШИМ контроллер
UC3845
1 UC3845NПоиск в LCSCВ блокнот
DA4, DA5 Линейный регулятор
LM317L
2 Поиск в LCSCВ блокнот
DA6, DA7 Компаратор
LM393-N
2 Поиск в LCSCВ блокнот
HG1 ИндикаторWH0802A-NGG-CT1 Поиск в LCSCВ блокнот
U1-U6 ОптопараEL8176 Поиск в LCSCВ блокнот
VT1 MOSFET-транзистор
IRFD110
1 Поиск в LCSCВ блокнот
VT2-VT4 Полевой транзисторКП505А3 Поиск в LCSCВ блокнот
VD1 Стабилитрон3.3В1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD2, VD3 Стабилитрон12В2 Поиск в LCSCВ блокнот
VD4 Стабилитрон13В1 Поиск в LCSCВ блокнот
VD5-VD9 Выпрямительный диод
1N4148
5 Поиск в LCSCВ блокнот
C1-C3, C8, C9, C11, C12, C14, C22-C25 Конденсатор1 мкФ12 Поиск в LCSCВ блокнот
C4 Конденсатор0.22 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
C5 Электролитический конденсатор100 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
C6 Конденсатор1000 пФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
C7, C18 Конденсатор2200 пФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
C10, C17 Конденсатор22 пФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
C13 Электролитический конденсатор220 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
C15, C16 Конденсатор2.2 мкФ2 Поиск в LCSCВ блокнот
C19-C21 Электролитический конденсатор330 мкФ3 Поиск в LCSCВ блокнот
R1, R9 Резистор
10 кОм
2 Поиск в LCSCВ блокнот
R2 Резистор
1.6 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R3 Подстроечный резистор470 Ом1 Поиск в LCSCВ блокнот
R4 Резистор
117 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R5 Резистор
110 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R6 Резистор
100 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R7 Подстроечный резистор15 кОм1 Поиск в LCSCВ блокнот
R8 Резистор
7.5 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R10, R11 Подстроечный резистор100 Ом2 Поиск в LCSCВ блокнот
R12, R13 Подстроечный резистор510 Ом2 Поиск в LCSCВ блокнот
R14, R16 Резистор
12 Ом
2 Поиск в LCSCВ блокнот
R15 Резистор
13 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R17 Резистор
100 Ом
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R18-R22 Резистор
2 кОм
5 Поиск в LCSCВ блокнот
R23 Подстроечный резистор10 кОм1 Поиск в LCSCВ блокнот
R27-R29 Резистор
620 Ом
3 Поиск в LCSCВ блокнот
DR1, DR2 Резистивная сборка4.7 кОм2 Поиск в LCSCВ блокнот
Z1 Кварц8 МГц1 Поиск в LCSCВ блокнот
T1 Трансформатор1 Поиск в LCSCВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 1 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (24) | Я собрал (0) | Подписаться

+1
Роман #
1) Для чего на ножки МК установлены резисторные сборки DR1, DR2?
2) Если уж собран гальванически развязанный источник питания +-15V, почему нельзя поставить 7805 на этот источник и расположить МК и индикатор на измерительной стороне? В этом случает преобразователи частота-напряжение, оптопары, усилители и сложную настройку можно исключить, применив МК со встроенным ADC.
Ответить
-3

[Автор]
Kampfkatze #
Сборки установленны для повышения помехозащищённости. Встроенный многоканальный АЦП (не у модели ATtiny2313, конечно) имеет общюю точку измерения, - минус питания. Поэтому переносить МК на измерительную сторону не имеет смысла - каналы от этого не станут независимыми друг от друга. Да и разрядность встроенных в МК АЦП невелика, внешний преобразователь превосходит АЦП и по разрешающей способности, и по стабильности измерений.
Отредактирован 26.07.2013 09:59
Ответить
0
Роман #
Спасибо за ответ, интересное схемное решение, узнал много нового.
Ответить
0
Кэп #
Наконец-то появилась достойная схема с интересным схематическим решением! Спасибо!
Ответить
0
Andrew Martin #
Есть LM331, гораздо меньше обвязки и выше точность. Незачем было городить огород.
Ответить
-3
kampfkatze #
Да, есть LM331. И как в данном конкретном случае она поможет не "городить огород"? Я обычно прошу "критиков" привести ссылку на рабочую конструкцию, которая при том же функционале проще и дешевле, но постоянно попадаются теоретики. Google - мастера. Ссылку, надо полагать, на готовое устройство, не скинете?
Ответить
0
Роман #
I->F , U->F на lm311
Но не уверен, что будет дешевле - lm331 достаточно дорогие.
Кстати если всё-таки перенести индикатор и микроконтроллер на сторону измерения напряжения, то можно сэкономить 3 оптопары
Ответить
-3

[Автор]
Kampfkatze #
Сэкономить можно, но мне кажется, 3 оптопары (21руб) того не стоят. На мой взгляд, будет лучше, если оба канала будут изолированы от МК.
Ответить
-1
const1105 #
Все отлично. Принцип измерения все таки не напряжение-частота, а напряжение-временной интервал. Но это не принципиально.
Ответить
-1
Артем #
Интересная схема. Хочу повторить, только вот загвоздка в том, что у нас индикаторов 8х2 нет, продают только 16х2.
Ответить
-3
Kampfkatze #
Для индикатора 16х2 можно сместить адреса вывода символов, информация будет в центре ЖКИ, слева и справа останется по 4 неиспользованных знакоместа в каждой строке. Изначально у меня так и было, тоже проблемы с приобретением 8х2.
Ответить
-1
lazertok #
Отличный измеритель. Ему бы ещё добавить автоматичекий выбор пределов измерения
Ответить
+1
Сергей #
А в какой кодировке исходник (ASM)? Что-то кракозябры наблюдаю
Ответить
-3

[Автор]
Kampfkatze #
Скорее всего ОЕМ. По старой привычке пользуюсь FAR'ом.
Ответить
0
Ильнур #
А программа она рабочая точно, просто я хотел диплом писать, и хочу сделать этот измеритель, стоит ли?
Ответить
0
Алексей #
Изменил контанты в исходнике, но не могу скомпилировать прошивку, какой программой сделать колпиляцию?
Ответить
-3

[Автор]
Kampfkatze #
Вот.
Прикрепленный файл: АВметр.rar
Ответить
0
Сергей #
Можно ли использовать в ваших схемах контроллер AT90S2313?
Ответить
-3

[Автор]
Kampfkatze #
Нельзя.
Ответить
0
bedzau #
Собрал ампервольтметр прошил, но с исходником не разберусь, не могу найти строки 166 и 168?
Ответить
0
bedzau #
Откомпилировал исходник с константой, запрограммировал контролёр, запустил работает мерит довольно точно, как пишет автор, но канал U, мерит только когда идет измерения тока, вопрос это так и должно?
Ответить
0
Павел #
Схема конечно интересная, но измерение напряжение и ток можно производить не используя гальваническую развязку если источник напряжения или тока гальванически связаны используя дифференциальные усилители. Другое дело класс точности выше, то тут можно пойти другим способом используя дифференциальный и компенсационный методы измерения постоянных напряжений. Вот тут можно поднять точность, и схемное решение будет проще.
Ответить
0
bedzau #
Я конечно понимаю что существуют и другие способы измерения, более точные, может и более простые, но схема собрана, по точности измерения устраивает, за исключением нюанса, канал напряжениям измеряет, если идет измерение в канале тока, вопрос это так и должно? Или я что-то не понимаю?
Ответить
0
Алексей #
Точно такая ситуация, измерение напряжения работает только при не нулевых показаниях амперметра. Каким образом можно это исправить? Может Автор подскажет...
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическая мощность?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Осциллограф DSO138
Осциллограф DSO138
Набор начинающего радиолюбителя Конструктор: DDS генератор сигналов
вверх