Jump to content

    

Измерение переменного тока (LA25-NP + АЦП).

Всем добрый день!

 

Передо мною встала рабочая задача: собрать схему измерения переменного тока (до 20 Ампер), используя датчик тока LA25-NP. Изучив даташит на этот датчик, я собрал схему (см. изображение), и теперь хочу произвести некоторые объяснения. Так как измеряемый ток довольно большой, я соединил контакты датчика согласно даташиту (контакты с 1 по 5 и с 6-го по 10-й соединяются между собой, и служат для входа и выхода тока соответственно). Контакты "+" и "-" служат для подачи двухполярного напряжения питания (его я беру с DC-DC преобразователя AM1D-1215DH30Z), а выход "M" - для снятия выходного сигнала (при моём соединении входных контактов у датчика коэффициент трансформации 1/1000). Величину нагрузочного резистора я также подобрал по рекомендациям из даташита к датчику. 

 

Для оцифровки полученного напряжения я использую внешнее АЦП MCP3201 (опорное напряжение - 5V), которое я опрашиваю по SPI раз в секунду.

 

Теперь у меня есть несколько вопросов. 1) Получать значение тока я собираюсь через действующее значение напряжения. Сначала я рассчитаю его среднеквадратичное значение, потом результат поделю на корень из двух, и получу действующее значение, с помощью которого и выражу ток. Верен ли мой подход? Какие трудности меня могут ожидать? Например, мне сказали, что для расчёта RMS нужно выполнить хотя бы 10 замеров в течение одного периода. 2) Есть ли у кого-нибудь опыт работы с этим датчиком тока? Само АЦП работает, я собирал простой делитель напряжения из двух резисторов, и результат деления 5В был отображён правильно (но там и другая формула для расчёта напряжения использовалась). Этот датчик выдаёт самые разнообразные значения, даже когда на него ток не подаётся. 3) У микросхемы, которую я использую для получения двухполярного напряжения, есть вывод "средняя точка", 0V. Могу ли я объединить его с заземлением АЦП?

 

На этом всё. Заранее всем спасибо за ответы. 

 

Схема.jpg

Edited by Stolbov

Share this post


Link to post
Share on other sites
27 минут назад, Stolbov сказал:

Передо мною встала рабочая задача: собрать схему измерения ...

И ни слова про точность которую нужно получить. А рез нет точности то всё остальное резко становиться неопределённым.

Цитата

1) Получать значение тока я собираюсь через действующее значение напряжения. Сначала я рассчитаю его среднеквадратичное значение, потом результат поделю на корень из двух, и получу действующее значение, с помощью которого и выражу ток. Верен ли мой подход?

Всё в кучу намешано. Если есть среднеквадратичное значение то оно уже равно действующему. Деление на корень из 2 это относиться к амплитудному значению чистого синуса.

Цитата

Например, мне сказали, что для расчёта RMS нужно выполнить хотя бы 10 замеров в течение одного периода.

Верно сказали. Особенно если форма тока не известна. Если голый синус то можно и уменьшить но запас всегда хорошо.

Цитата

3) У микросхемы, которую я использую для получения двухполярного напряжения, есть вывод "средняя точка", 0V. Могу ли я объединить его с заземлением АЦП?

Не просто могу. А обязан. Иначе датчик будет выдавать "самые разнообразные значения" :)))

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ещё момент - выход LEM двухполярный, вход у АЦП - однополярный. Ему поплохеет

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

MegaVolt, можно я задам Вам ещё пару вопросов?)

1) Один период сигнала, который я собираюсь измерять, равен 20-ти миллисекундам (Частота тока 50 Гц). Так как я собираюсь усреднять 10 измеренных значений, то одно измерение я собираюсь производить раз в 2 миллисекунды. Когда я измерял постоянное напряжение (опыт с делителем), формула была таковой: U = (Результат оцифровки АЦП * Опорное напряжение АЦП) / 4096 (количество уровней квантования АЦП). Можно ли использовать эту же формулу при расчёте RMS? То есть при помощи неё я рассчитаю 10 значений напряжения, каждое возведу в квадрат, сложу и т.д.?

2) Точность... Ну я пока не думал над этим, сейчас мне главное добиться работоспособности схемы и кода. В даташите написано, что точность преобразования при номинальном токе и рабочей температуре (-40.. +85 градусов) составляет +/- 0,5%.  

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 minutes ago, xvr said:

Ещё момент - выход LEM двухполярный, вход у АЦП - однополярный. Ему поплохеет

 

xvr, извините за глупый вопрос, но что означает "двухполярный" вывод? И как именно "поплохеет" АЦП? Он просто будет "врать", или же просто выйдет из строя? Я был бы очень Вам признателен, если бы вы разъяснили мне эти моменты.

Share this post


Link to post
Share on other sites
30 минут назад, Stolbov сказал:

что означает "двухполярный" вывод? И как именно "поплохеет" АЦП?

Датчик выдаёт переменный ток, т.е. в точности как в электросети, только в уменьшенном масштабе, т.е. с отрицательной одной из полуволн, поэтому если его подать на вход микросхемы с однополярным питанием, как в случае Вашего АЦП, нижний защитный диод её входа будет в эти моменты открываться и отводить этот ток в общий провод. Абсолютный предел для таких диодов 10 мА, номинальный 1 мА, поэтому от Ваших 20 мА вход имеет полное право выгореть.

 

Для решения проблемы требуется подключить нагрузку датчика к виртуальному общему (датчик это допускает), т.е. к точке посередине ИОН АЦП, которую можно создать посредством двух резисторов делителя и повторителя полученного напряжения на ОУ (т.е. усилителя тока).

Edited by Plain

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 часов назад, Stolbov сказал:

задача: собрать схему измерения переменного тока (до 20 Ампер), используя датчик тока LA25-NP

А чем трансформатор тока не устраивает?

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 hours ago, wim said:

А чем трансформатор тока не устраивает?

Ну-ну. И со стрелочным амперметром...

 

Шо такое - без четверти два всё время?    - Это манометр!

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Курсовой ?

Для измерения тока в реальной сети 10 замеров за период совершенно недостаточно. Ток потребления современных устройств как правило далеко не синусоидальный. Нужно измерять в полосе как минимум до 40-й гармоники (60Hz*40*2400). Те абсолютный минимум 4800 отсчетов в секунду а лучше от 8000. Чипы счетчиков меряют на десятках кГц.

АЦП выбран недостаточной разрядности. Ток меняется в гораздо больших пределах нежели сетевое напряжение. Даже 16 бит не хватает. Абсолютный минимум 18 бит а лучше 20-24. В чипах счетчиков как правило 20-24 битные ацп.

Частота сети это совсем не 50Hz а 45-66Hz а если работаем от генератора то еще и нестабильная.

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 минут назад, Gorby сказал:

со стрелочным амперметром

Сарказм? По теме сказать что-нибудь можете?

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 hours ago, wim said:

А чем трансформатор тока не устраивает?

Дали задачу с использованием именно этого элемента (второй проект на новой работе). 

Share this post


Link to post
Share on other sites
15 часов назад, Stolbov сказал:

Можно ли использовать эту же формулу при расчёте RMS? То есть при помощи неё я рассчитаю 10 значений напряжения, каждое возведу в квадрат, сложу и т.д.?

Да всё так же.

Цитата

2) Точность... Ну я пока не думал над этим, сейчас мне главное добиться работоспособности схемы и кода. В даташите написано, что точность преобразования при номинальном токе и рабочей температуре (-40.. +85 градусов) составляет +/- 0,5%.  

Ну может и получиться. Особых преград я не вижу. Разве что не указано до каких минимальных токов должна сохраняться эта точность. Т.е. 20А будет с точностью 0,5% а 2А уже будет с 5% и так далее... Т.е. насколько большой должен быть запас.

И да если выход датчика двухполярный то схему нужно изменить чтобы она могла работать с двухполярным сигналом.

Share this post


Link to post
Share on other sites
17 hours ago, Plain said:

Для решения проблемы требуется подключить нагрузку датчика к виртуальному общему (датчик это допускает), т.е. к точке посередине ИОН АЦП, которую можно создать посредством двух резисторов делителя и повторителя полученного напряжения на ОУ (т.е. усилителя тока).

Не могли бы Вы рассказать по подробней, пожалуйста, как мне сделать виртуальную землю? Если я верно понял, то есть делитель напряжения из двух резисторов, с которого снимается опорное напряжение для питания АЦП, и есть операционный усилитель, на который подаётся напряжение с нагрузочного резистора, и с которого это напряжение идёт дальше на АЦП. И между ними есть точка, к которой следует подключить нагрузочный резистор. Я попробовал нарисовать схему, но я почти уверен, что она неправильная. 

СХЕМА 2.png

 

Edited by Stolbov

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, _3m said:

Курсовой ?

Для измерения тока в реальной сети 10 замеров за период совершенно недостаточно. Ток потребления современных устройств как правило далеко не синусоидальный. Нужно измерять в полосе как минимум до 40-й гармоники (60Hz*40*2400). Те абсолютный минимум 4800 отсчетов в секунду а лучше от 8000. Чипы счетчиков меряют на десятках кГц.

АЦП выбран недостаточной разрядности. Ток меняется в гораздо больших пределах нежели сетевое напряжение. Даже 16 бит не хватает. Абсолютный минимум 18 бит а лучше 20-24. В чипах счетчиков как правило 20-24 битные ацп.

Частота сети это совсем не 50Hz а 45-66Hz а если работаем от генератора то еще и нестабильная.

Нет, не курсовой. Во время учёбы в универе грезил о том, чтобы работать по специальности, и в конечном итоге устроился. Вот, учусь работать, набираюсь опыта. За подробное разъяснение спасибо. Думаю, сначала заставлю работать свою схему, отлажу расчёты, а потом уже буду искать другое АЦП. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 минут назад, Stolbov сказал:

Я попробовал нарисовать схему, но я почти уверен, что она неправильная. 

Не совсем так. Первая часть схемы выглядит так (вариант б):

linps11.gif

только подключенный не между + и - а между опорой АЦП и землёй. 

А вот выход ОУ уже подключаем к нагрузочному резистору датчика вместо земли которая там была.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now