Πώς να μετρήσετε το ρεύμα με παλμογράφο

Η μέτρηση του ρεύματος είναι μια απλή εργασία - το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να συνδέσετε ένα πολύμετρο στο κύκλωμα που θέλετε να μετρήσετε και ο μετρητής σας δίνει μια καθαρή τιμή για χρήση. Μερικές φορές δεν μπορείτε πραγματικά να "ανοίξετε" το κύκλωμα για να βάλετε ένα πολύμετρο σε σειρά με αυτό που θέλετε να μετρήσετε. Αυτό επιλύεται πολύ απλά - απλά πρέπει να μετρήσετε την τάση σε μια γνωστή αντίσταση στο κύκλωμα - το ρεύμα τότε είναι απλά η τάση που διαιρείται με την αντίσταση (από το νόμο του Ohm).

Τα πράγματα γίνονται λίγο περίπλοκα όταν θέλετε να μετρήσετε μεταβαλλόμενα σήματα. Αυτό είναι στο έλεος του ρυθμού ανανέωσης (αριθμός δειγμάτων ανά δευτερόλεπτο) του πολυμέτρου και ο μέσος άνθρωπος μπορεί να κατανοήσει μόνο τόσες πολλές αλλαγές σε μια οθόνη ανά δευτερόλεπτο. Η μέτρηση εναλλασσόμενου ρεύματος γίνεται λίγο πιο απλή εάν το πολύμετρο έχει μέτρηση τάσης RMS (η τάση RMS είναι η τάση ενός σήματος εναλλασσόμενου ρεύματος που θα μεταδίδει την ίδια ποσότητα ισχύος που θα παράγει μια παροχή DC αυτής της τάσης). Αυτό περιορίζεται αυστηρά σε περιοδικά σήματα (τετραγωνικά κύματα και παρόμοια δεν είναι καθόλου αμφισβητήσιμα εκτός εάν το μέτρο RMS είναι «αλήθεια», ακόμη και τότε, δεν υπάρχουν εγγυήσεις για την ακρίβεια της μέτρησης) Τα περισσότερα πολύμετρα φιλτράρονται επίσης με χαμηλή διέλευση, γεγονός που εμποδίζει τη μέτρηση AC πάνω από μερικές εκατοντάδες Hertz.

Πώς να χρησιμοποιήσετε τον παλμογράφο για τη μέτρηση του ρεύματος

Το παλμογράφο γεμίζει το κενό μεταξύ της ανθρώπινης αντίληψης και των σταθερών τιμών ενός πολύμετρου - εμφανίζει ένα είδος «γραφήματος» τάσης-χρόνου ενός σήματος, το οποίο επιτρέπει καλύτερη οπτικοποίηση των μεταβαλλόμενων σημάτων σε σύγκριση με ένα σύνολο μεταβαλλόμενων αριθμών σε ένα πολύμετρο.

Η μέτρηση σημάτων με συχνότητες έως και αρκετές gigahertz είναι επίσης δυνατή, δεδομένου του σωστού εξοπλισμού. Ωστόσο, ο παλμογράφος είναι μια συσκευή μέτρησης τάσης υψηλής αντίστασης - δεν μπορεί να μετρήσει τα ρεύματα ως τέτοια. Η χρήση ενός παλμογράφου για τη μέτρηση των ρευμάτων απαιτεί τη μετατροπή ενός ρεύματος σε μια τάση, και αυτό μπορεί να γίνει με μερικούς τρόπους.

1. Χρησιμοποιώντας ένα Shunt Resistor

Αυτός είναι ίσως ο απλούστερος τρόπος μέτρησης του ρεύματος και θα συζητηθεί εδώ λεπτομερώς.

Ο μετατροπέας ρεύματος σε τάση εδώ είναι η ταπεινή αντίσταση.

Η βασική γνώση μας λέει ότι η τάση σε μια αντίσταση είναι ανάλογη με το ρεύμα που διατρέχει. Αυτό μπορεί να συνοψιστεί από τον νόμο του Ohm:

V = IR

Όπου V είναι η τάση κατά μήκος της αντίστασης, I είναι το ρεύμα μέσω της αντίστασης και το R είναι η αντίσταση της αντίστασης, όλες στις αντίστοιχες μονάδες τους.

Το κόλπο εδώ είναι να χρησιμοποιήσετε μια τιμή αντίστασης που δεν επηρεάζει το συνολικό κύκλωμα που μετράται, καθώς η πτώση τάσης κατά μήκος της αντίστασης διακλάδωσης προκαλεί πτώση λιγότερης τάσης στο κύκλωμα στο οποίο τοποθετείται. Ένας γενικός κανόνας θα ήταν η χρήση μια αντίσταση που είναι πολύ μικρότερη από την αντίσταση / σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος που μετριέται (δέκα φορές λιγότερο σε ένα καλό σημείο εκκίνησης) για να αποφευχθεί η επιρροή του ρεύματος στο κύκλωμα που μετράται από τη διακλάδωση.

Για παράδειγμα, ο μετασχηματιστής και το MOSFET σε έναν μετατροπέα DC-DC ενδέχεται να έχουν συνολική (DC) αντίσταση δεκάδων χιλιοστών, τοποθετώντας μια μεγάλη (ας πούμε) αντίσταση 1Ω θα είχε ως αποτέλεσμα την πτώση του μεγαλύτερου μέρους της τάσης κατά τη διάρκεια της διακλάδωσης (θυμηθείτε ότι για αντιστάσεις σε σειρά, ο λόγος της τάσης που πέφτει στις αντιστάσεις είναι ο λόγος των αντιστάσεών τους) και συνεπώς μεγαλύτερη απώλεια ισχύος. Η αντίσταση μετατρέπει απλώς το ρεύμα σε τάση για μέτρηση, οπότε η ισχύς δεν λειτουργεί χρήσιμα. Ταυτόχρονα, μια μικρή αντίσταση (1mΩ) θα πέσει μόνο μια μικρή (αλλά μετρήσιμη) τάση απέναντί ​​της, αφήνοντας την υπόλοιπη τάση να κάνει χρήσιμη δουλειά.

Τώρα, έχοντας επιλέξει μια τιμή αντίστασης, μπορείτε να συνδέσετε τη γείωση του αισθητήρα στη γείωση του κυκλώματος και το άκρο του αισθητήρα στην αντίσταση διακλάδωσης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Υπάρχουν μερικά τακτοποιημένα κόλπα που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εδώ.

Ας υποθέσουμε ότι η διακλάδωση έχει αντίσταση 100mΩ, τότε ένα ρεύμα 1Α θα είχε ως αποτέλεσμα πτώση τάσης 100mV, δίνοντάς μας μια «ευαισθησία» 100mV ανά amp. Αυτό δεν πρέπει να προκαλεί προβλήματα εάν είστε προσεκτικοί, αλλά πολλές φορές το 100mV λαμβάνεται κυριολεκτικά - με άλλα λόγια, συγχέεται με τα 100mA.

Αυτό το πρόβλημα μπορεί να ξεπεραστεί ρυθμίζοντας τη ρύθμιση εισόδου σας στα 100Χ - ο ανιχνευτής είναι ήδη εξασθενημένος 10X, οπότε η προσθήκη ενός άλλου 10Χ στο σήμα το φέρνει πίσω στο 1V ανά amp, δηλαδή η είσοδος «πολλαπλασιάζεται» με 10. Τα περισσότερα παλμογράφοι συνοδεύονται από αυτό το χαρακτηριστικό της δυνατότητας επιλογής της εξασθένησης εισόδου. Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν πεδία που υποστηρίζουν μόνο 1X και 10X.

Ένα άλλο χρήσιμο μικρό χαρακτηριστικό είναι η δυνατότητα ρύθμισης των κάθετων μονάδων που εμφανίζονται στην οθόνη - το V μπορεί να αλλάξει σε A, W και U, μεταξύ άλλων.

Τα πράγματα γίνονται περίπλοκα όταν δεν μπορείτε να τοποθετήσετε τη χαμηλή πλευρά. Η γείωση πεδίου συνδέεται απευθείας με τη γείωση, οπότε υποθέτοντας ότι η τροφοδοσία σας είναι επίσης γειωμένη, συνδέοντας το κλιπ γείωσης ανιχνευτή σε οποιοδήποτε τυχαίο σημείο στο κύκλωμα θα βραχυκυκλώσει αυτό το σημείο στη γείωση.

Αυτό μπορεί να αποφευχθεί κάνοντας κάτι που ονομάζεται διαφορική μέτρηση.

Οι περισσότεροι παλμογράφοι έχουν μια μαθηματική συνάρτηση, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση μαθηματικών λειτουργιών στην εμφανιζόμενη κυματομορφή. Σημειώστε ότι αυτό δεν αλλάζει καθόλου το πραγματικό σήμα!

Η συνάρτηση που θα χρησιμοποιήσουμε εδώ είναι η συνάρτηση αφαίρεσης, η οποία εμφανίζει τη διαφορά δύο επιλεγμένων κυματομορφών.

Δεδομένου ότι η τάση είναι απλώς η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων, μπορούμε να συνδέσουμε έναν αισθητήρα σε κάθε σημείο και να συνδέσουμε τα κλιπ γείωσης με τη γείωση του κυκλώματος, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Εμφανίζοντας τη διαφορά μεταξύ των δύο σημάτων μπορούμε να προσδιορίσουμε το ρεύμα.

Το ίδιο τέχνασμα "εξασθένησης" που χρησιμοποιείται παραπάνω ισχύει και εδώ, απλώς θυμηθείτε να αλλάξετε και τα δύο κανάλια.

Μειονεκτήματα από τη χρήση αντίστασης διακλάδωσης:

Υπάρχουν μερικά μειονεκτήματα από τη χρήση αντίστασης διακλάδωσης. Το πρώτο είναι η ανοχή, η οποία μπορεί να είναι τόσο κακή όσο το 5%. Αυτό είναι κάτι που πρέπει να ληφθεί υπόψη με κάποια δυσκολία.

Το δεύτερο είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας. Η αντίσταση των αντιστάσεων αυξάνεται με τη θερμοκρασία, η οποία οδηγεί σε μεγαλύτερη πτώση τάσης για ένα δεδομένο ρεύμα. Αυτό είναι ιδιαίτερα κακό με τις αντιστάσεις διακλάδωσης υψηλού ρεύματος.

2. Χρήση ενός τρέχοντος ανιχνευτή

Έτοιμοι ανιχνευτές ρεύματος (που ονομάζονται «τρέχοντες σφιγκτήρες» · συνδέονται με καλώδια χωρίς διακοπή κυκλωμάτων) είναι διαθέσιμοι στην αγορά, αλλά δεν βλέπετε πολλούς χομπίστες να τα χρησιμοποιούν λόγω του απαγορευτικού κόστους τους.

Αυτοί οι ανιχνευτές χρησιμοποιούν μία από τις δύο μεθόδους.

Η πρώτη μέθοδος είναι η χρήση ενός πηνίου που τυλίγεται γύρω από έναν ημικυκλικό πυρήνα φερρίτη. Το ρεύμα στο καλώδιο, ο καθετήρας έχει συσφιχτεί γύρω, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στο φερρίτη. Αυτό με τη σειρά του προκαλεί τάση στο πηνίο. Η τάση είναι ανάλογη με το ρυθμό μεταβολής του ρεύματος. Ένας ολοκληρωτής «ενσωματώνει» την κυματομορφή και παράγει μια έξοδο ανάλογη με την τρέχουσα. Η κλίμακα εξόδου είναι συνήθως μεταξύ 1mV και 1V ανά amp.

Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιεί έναν αισθητήρα Hall ανάμεσα σε δύο ημικύκλια φερρίτη. Ο αισθητήρας Hall παράγει τάση ανάλογη με το ρεύμα.

3. Μια γρήγορη και βρώμικη μέθοδος

Αυτή η μέθοδος δεν απαιτεί επιπλέον συστατικά εκτός από ένα πεδίο και έναν ανιχνευτή.

Αυτή η μέθοδος μοιάζει πολύ με τη χρήση ενός τρέχοντος ανιχνευτή. Βγάλτε το καλώδιο γείωσης του καθετήρα γύρω από το καλώδιο που μεταφέρει το προς μέτρηση ρεύμα και μετά συνδέστε το κλιπ γείωσης στο άκρο του καθετήρα.

Η τάση που παράγεται είναι και πάλι ανάλογη με τον ρυθμό αλλαγής ρεύματος και πρέπει να εκτελέσετε κάποια μαθηματικά στη κυματομορφή (δηλαδή ολοκλήρωση · τα περισσότερα πεδία έχουν αυτό κάτω από το μενού «μαθηματικά») για να το ερμηνεύσουν ως ρεύμα.

Ηλεκτρικά μιλώντας, ο βραχυκυκλωτήρας σχηματίζει βασικά ένα βρόχο σύρματος που λειτουργεί κάπως σαν ένας μετασχηματιστής ρεύματος, όπως φαίνεται στο σχήμα.

συμπέρασμα

Υπάρχουν αρκετές μέθοδοι για τη μέτρηση των μεταβαλλόμενων κυματομορφών χρησιμοποιώντας παλμογράφο. Το πιο απλό είναι η χρήση μιας τρέχουσας διακλάδωσης και η μέτρηση της τάσης σε όλη της.