Bezdotykowy miernik prądu zrób to sam. Mały rozmiar czujnika AC. Styki do podłączenia pętli trójprzewodowej
Przetwornik prądowy jest urządzeniem, które może zastąpić stosowane współcześnie przekładniki prądowe i boczniki. Służy do kontroli i pomiarów i jest doskonałym rozwiązaniem inżynierskim. Konstrukcja urządzenia wykonana jest zgodnie z nowoczesnymi metodami technicznej realizacji urządzeń oraz sposobami zapewnienia uniwersalności, wygody i niezawodności systemu. Dlatego też przetworniki pomiarowe opracowane przez rosyjskiego producenta cieszą się co roku dużym zainteresowaniem. Zakres możliwych modyfikacji cieszy konsumentów, ponieważ pozwala wybrać najbardziej odpowiednie rozwiązanie i jednocześnie nie przepłacać.
Co jest specjalnego w przetwornikach prądu?
Główną cechą pomiarowego przetwornika prądu jest jego wszechstronność. Na wejście urządzenia można podać zarówno prąd stały, jak i pulsacyjny i przemienny. Aby umożliwić tę wszechstronność, producenci opracowali urządzenie oparte na zasadzie Halla. Konwerter wykorzystuje niewielki obwód wykonany na półprzewodnikach. Za jego pomocą określa się wielkość i kierunek pola magnetycznego prądu przyłożonego do wejścia urządzenia. Tym samym przetwornica prądu z efektem Halla jest unikalnym urządzeniem o wysokiej wydajności i funkcjonalności.
Urządzenie wykonane jest w postaci obudowy z otworem, przez który przechodzi przewodnik z prądem. Zasilanie obwodu elektronicznego konwertera odbywa się z sieci o napięciu stałym równym 15 woltów. Na wyjściu urządzenia pojawia się prąd, którego wartość, kierunek i czas zmieniają się wprost proporcjonalnie do prądu na wejściu. W tym przypadku przetwornik pomiaru prądu oparty na efekcie Halla może być wykonany nie tylko z otworem na wyjście przewodów przewodzących prąd, ale także w postaci urządzenia przeznaczonego do montażu w wyłączniku.
Cechy konstrukcyjne pomiarowych przetworników prądowych
Bezdotykowy przetwornik pomiaru prądu wykonany jest z izolacją galwaniczną pomiędzy obwodem sterującym a obwodem mocy. Przetwornica składa się z obwodu magnetycznego, uzwojenia kompensacyjnego i urządzenia Halla. Gdy prąd przepływa przez opony, w obwodzie magnetycznym indukowana jest indukcja, natomiast urządzenie Halla generuje napięcie, które zmienia się wraz ze zmianą indukcji indukowanej. Sygnał wyjściowy podawany jest na wejście wzmacniacza elektronicznego, a następnie trafia do uzwojenia kompensacyjnego. W rezultacie przez uzwojenie kompensacyjne przepływa prąd, który jest wprost proporcjonalny do prądu na wejściu, przy czym kształt prądu pierwotnego jest całkowicie powtarzany. W rzeczywistości jest to przetwornik prądu i napięcia.
Bezdotykowy przetwornik pomiaru prądu przemiennego
Najczęściej konsumenci kupują czujniki prądu i napięcia dla trójfazowych sieci elektroenergetycznych prądu przemiennego. Dlatego producenci specjalnie opracowali przetworniki pomiarowe PIT-___-T z prostszą elektroniką i co za tym idzie niską ceną. Praca urządzeń może odbywać się w różnych temperaturach, w zakresie częstotliwości od 20 do 10 kHz. Jednocześnie konsumenci mają możliwość wyboru rodzaju sygnału wyjściowego z konwertera - napięcia lub prądu. Bezkontaktowe przetworniki prądu produkowane są do montażu na szynie okrągłej lub płaskiej. Znacząco rozszerza to zakres tego sprzętu i czyni go przydatnym w rekonstrukcji podstacji o różnej wydajności.
Aby zorganizować zasilanie garażu, bardzo wygodnie jest znać prąd zużywany przez jedno lub drugie urządzenie zawarte w tej sieci. Asortyment tych urządzeń jest dość szeroki i stale się powiększa: wiertarka, ostrzałka, szlifierka, nagrzewnice, spawarki, pamięci, przemysłowe suszarki do włosów i wiele innych....
Jak wiadomo, do pomiaru prądu przemiennego, jako samego czujnika prądu, z reguły stosuje się przekładnik prądowy. Transformator ten, ogólnie rzecz biorąc, jest podobny do konwencjonalnego obniżania napięcia, włączanego niejako „odwrotnie”, tj. jego uzwojenie pierwotne to jeden lub więcej zwojów (lub szyna) przechodzących przez rdzeń - obwód magnetyczny, a uzwojenie wtórne to cewka z dużą liczbą zwojów cienkiego drutu umieszczoną na tym samym obwodzie magnetycznym (ryc. 1).
Jednakże przemysłowe przekładniki prądowe są dość drogie, nieporęczne i często zaprojektowane do pomiaru setek amperów. Przekładnik prądowy przeznaczony dla zasięgu sieci domowej jest rzadko spotykany w sprzedaży. Z tego powodu narodził się pomysł wykorzystania w tym celu przekaźnika elektromagnetycznego DC/AC, bez konieczności stosowania grupy styków takiego przekaźnika. W rzeczywistości każdy przekaźnik zawiera już cewkę z dużą liczbą zwojów cienkiego drutu, a jedyną rzeczą, która jest potrzebna, aby zamienić go w transformator, jest zapewnienie obwodu magnetycznego wokół cewki z minimalnymi szczelinami powietrznymi. Dodatkowo oczywiście taka konstrukcja wymaga wystarczającej przestrzeni, aby przejść przez uzwojenie pierwotne, które reprezentuje sieć wejściową.Na zdjęciu widać taki czujnik wykonany z przekaźnika typu RES22 na 24 V DC. Przekaźnik ten zawiera uzwojenie o rezystancji około 650 omów. Najprawdopodobniej wiele innych typów przekaźników, w tym pozostałości po uszkodzonych rozrusznikach magnetycznych itp., może znaleźć podobne zastosowania. Aby zapewnić obwód magnetyczny, zwora przekaźnika jest mechanicznie blokowana przy maksymalnym podejściu do rdzenia. Przekaźnik wydaje się być cały czas włączony. Następnie wokół cewki wykonuje się zwój uzwojenia pierwotnego (na zdjęciu jest to potrójny niebieski przewód).
Właściwie na tym czujnik prądu jest gotowy, bez większego zamieszania z nawijaniem drutu na cewkę. Oczywiście trudno uznać to urządzenie za pełnoprawny transformator zarówno ze względu na małe pole przekroju nowo uzyskanego obwodu magnetycznego, jak i ewentualnie ze względu na różnicę w jego charakterystyce namagnesowania od idealnego jeden. Wszystko to jednak okazuje się mniej istotne ze względu na to, że potrzebna jest nam minimalna moc takiego „transformatora” i jest ona konieczna jedynie po to, aby zapewnić proporcjonalne (najlepiej liniowe) odchylenie wskaźnika układu magnetoelektrycznego w zależności od prąd w uzwojeniu pierwotnym.
Możliwy obwód parowania czujnika prądu z takim wskaźnikiem pokazano na schemacie (rys. 2). Jest to dość proste i przypomina obwód odbiornika detektora. Dioda prostownicza (D9B) jest wykonana z germanu i została wybrana ze względu na niewielki spadek napięcia na niej (około 0,3 V). Od parametru tej diody będzie zależał próg minimalnej wartości prądu, jaki ten czujnik będzie w stanie wyznaczyć. W związku z tym lepiej jest zastosować tak zwane diody detektora o małym spadku napięcia, na przykład GD507 i tym podobne. Para diod krzemowych kd521v instalowana jest w celu zabezpieczenia urządzenia wskazującego przed przeciążeniem, co jest możliwe przy znacznych skokach prądu spowodowanych np. zwarciem w sieci, włączeniem potężnych transformatorów lub spawarki. Jest to bardzo powszechne podejście w takich przypadkach. Należy zaznaczyć, że taki prosty obwód ma tę wadę, że absolutnie nie „widzi” obciążenia w postaci prądu o jednej polaryzacji, np. grzałki lub elementu grzejnego połączonego poprzez diodę prostowniczą. W takich przypadkach stosuje się nieco „skomplikowany” obwód, na przykład w postaci prostownika podwajającego napięcie (ryc. 3).
Cześć wszystkim!
Może powinienem się trochę przedstawić - jestem zwykłym inżynierem obwodów, który interesuje się także programowaniem i kilkoma innymi dziedzinami elektroniki: DSP, FPGA, komunikacją radiową i kilkoma innymi. Ostatnio zafascynowałem się amplitunerami SDR. Początkowo chciałem mój pierwszy artykuł (mam nadzieję, że nie ostatni) poświęcić poważniejszemu tematowi, jednak dla wielu stanie się on jedynie lekturą i nie będzie przydatny. Dlatego wybrany temat jest wysoce specjalistyczny i wyłącznie stosowany. Chcę również zauważyć, że prawdopodobnie wszystkie artykuły i pytania w nich zawarte będą rozpatrywane bardziej przez inżyniera obwodu, a nie programistę czy kogokolwiek innego. Dobrze chodźmy!
Nie tak dawno temu zlecono mi zaprojektowanie „Systemu monitorowania zasilania budynku mieszkalnego”, klient buduje domy wiejskie, więc niektórzy z Was być może nawet widzieli już moje urządzenie. Urządzenie to mierzyło prądy poboru na każdej fazie wejściowej oraz napięcie, jednocześnie wysyłając dane kanałem radiowym do już zainstalowanego systemu Smart Home + było w stanie odciąć rozrusznik na wejściu do domu. Ale dzisiejsza rozmowa nie będzie dotyczyć niego, ale jego małego, ale bardzo ważnego elementu - czujnika prądu. I jak już zrozumiałeś z tytułu artykułu, będą to „bezdotykowe” czujniki prądu z Allegro - ACS758-100.
________________________________________________________________________________________________________________________
Możesz zobaczyć arkusz danych czujnika, o którym będę mówił. Jak można się domyślić, liczba „100” na końcu oznaczenia to maksymalny prąd, jaki czujnik może zmierzyć. Szczerze mówiąc - mam co do tego wątpliwości, wydaje mi się, że wnioski po prostu nie wytrzymują 200A przez długi czas, chociaż całkiem nadają się do pomiaru prądu rozruchowego. W moim urządzeniu czujnik 100A przechodzi przez siebie bez problemów stale co najmniej 35A + zdarzają się piki poboru do 60A.
Rysunek 1 - Wygląd czujnika ACS758-100(50/200).
Zanim przejdę do głównej części artykułu, sugeruję zapoznanie się z dwoma źródłami. Jeżeli posiadasz podstawową wiedzę z zakresu elektroniki to będą one zbędne i śmiało możesz pominąć ten akapit. Co do reszty, radzę przejść do ogólnego rozwoju i zrozumienia:
1) Efekt Halla. Zjawisko i zasada działania
2) Nowoczesne czujniki prądu
________________________________________________________________________________________________________________________
Cóż, zacznijmy od najważniejszego, czyli oznakowania. Części kupuję w 90% przypadków na www.digikey.com. Komponenty docierają do Rosji w ciągu 5-6 dni, strona ma wszystko, jest też bardzo wygodne wyszukiwanie parametryczne i dokumentacja. Tak więc pełną listę czujników z rodziny można tam wyświetlić na żądanie ” ACS758”. Moje czujniki zostały zakupione w tym samym miejscu - ACS758LCB-100B.
Wewnątrz arkusza danych wszystko jest oznaczone, ale nadal zwrócę uwagę na kluczowy punkt „ 100 V":
1) 100
- to jest granica pomiaru w amperach, czyli mój czujnik może mierzyć do 100A;
2) "W„- tutaj należy zwrócić szczególną uwagę na tę literę, zamiast niej może pojawić się również litera” U". Miernik z literą B może mierzyć prąd przemienny i odpowiednio prąd stały. Czujnik z literą U może mierzyć tylko prąd stały.
Również na początku arkusza danych znajduje się doskonała tabliczka na ten temat: 
Rysunek 2 - Rodzaje czujników prądowych rodziny ACS758
Jednym z najważniejszych powodów zastosowania takiego czujnika było także - izolacja galwaniczna. Wyjścia zasilania 4 i 5 nie są elektrycznie połączone z wyjściami 1,2,3. W tym czujniku komunikacja odbywa się wyłącznie w formie pola indukowanego.
W tej tabeli pojawił się kolejny ważny parametr - zależność napięcia wyjściowego od prądu. Piękno tego typu czujników polega na tym, że mają one wyjście napięciowe, a nie prądowe, jak klasyczne przekładniki prądowe, co jest bardzo wygodne. Przykładowo wyjście czujnika można podłączyć bezpośrednio do wejścia ADC mikrokontrolera i dokonywać odczytów.
Dla mojego czujnika ta wartość wynosi 20 mV/A. Oznacza to, że gdy przez zaciski 4-5 czujnika popłynie prąd o natężeniu 1A, napięcie na jego wyjściu wzrośnie o 20 mV. Myślę, że logika jest jasna.
Jakie będzie napięcie wyjściowe w następnej chwili? Biorąc pod uwagę, że zasilacz jest „ludzki”, to znaczy jednobiegunowy, wówczas przy pomiarze prądu przemiennego powinien istnieć „punkt odniesienia”. W tym czujniku ten punkt odniesienia jest równy 1/2 zasilania (Vcc). Takie rozwiązanie często się zdarza i jest wygodne. Gdy prąd płynie w jednym kierunku, wyjście będzie „ 1/2 Vcc+I*0,02 V„, w drugiej połowie cyklu, gdy prąd płynie w przeciwnym kierunku, napięcie wyjściowe będzie węższe” 1/2 Vcc - I*0,02 V„. Na wyjściu otrzymujemy sinusoidę, gdzie jest „zero”. 1/2 Vcc. Jeśli mierzymy prąd stały, to na wyjściu będziemy mieli „ 1/2 Vcc+I*0,02 V", wówczas przetwarzając dane w ADC, po prostu odejmujemy stałą składową 1/2 Vcc i pracuj z prawdziwymi danymi, czyli z resztą Ja*0,02 V.
Teraz czas sprawdzić w praktyce to co opisałem powyżej, a raczej odjąłem z datasheet. Do pracy z czujnikiem i sprawdzenia jego możliwości zbudowałem taki „ministojak”:
Rysunek 3 – Miejsce testowania czujnika prądu
Przede wszystkim zdecydowałem się zasilić czujnik i zmierzyć jego moc wyjściową, aby upewnić się, że wytrzyma 1/2 Vcc. Schemat połączeń można znaleźć w arkuszu danych, ale ja, chcąc się tylko zapoznać, nie traciłem czasu i wyrzeźbiłem kondensator filtrujący do zasilania + obwód filtra dolnoprzepustowego RC na pinie Vout. W prawdziwym urządzeniu nie ma bez nich miejsca! Skończyło się na tym zdjęciu:
Rysunek 4 - Wynik pomiaru „zera”
Po podłączeniu zasilania 5 V z mojej chusteczki Odkrycie STM32VL Widziałem te wyniki - 2,38 V. Pierwsze pytanie, które się pojawiło brzmiało: Dlaczego 2.38, a nie te opisane w arkuszu danych 2.5?"Pytanie zniknęło niemal natychmiast - zmierzyłem szynę zasilającą do debugowania i tam 4,76-4,77 V. Rzecz jednak w tym, że zasilanie pochodzi z USB, jest już 5 V, po USB jest stabilizator liniowy LM7805 i to jest wyraźnie nie jest to LDO ze spadkiem 40 mV.Tutaj jest około 250 mV i spadają.No cóż, OK, to nie jest krytyczne, najważniejsze jest, aby wiedzieć, że „zero” wynosi 2,38 V. Tę stałą odejmę podczas przetwarzania danych z ADC.
A teraz przeprowadzimy pierwszy pomiar, na razie tylko za pomocą oscyloskopu. Zmierzę prąd zwarciowy mojego zasilacza regulowanego, będzie on równy 3,06A. To i wbudowany amperomierz pokazuje i fuks dał ten sam wynik. No to podłączamy wyjścia zasilacza do nóżek 4 i 5 czujnika (na zdjęciu mam przekręt) i sprawdzamy co się stało:
Rysunek 5 - Pomiar prądu zwarciowego zasilacza
Jak widać napięcie racja zwiększony od 2,38 V do 2,44 V. Patrząc na powyższą zależność, powinniśmy mieć 2,38 V + 3,06 A*0,02 V/A, co odpowiada wartości 2,44 V. Wynik jest zgodny z oczekiwaniami, przy prądzie 3A uzyskaliśmy wzrost do „zera” równy 60 mV. Wniosek - czujnik działa, można już z nim pracować za pomocą MK.
Teraz należy podłączyć czujnik prądu do jednego z pinów ADC mikrokontrolera STM32F100RBT6. Sam kamyk jest bardzo przeciętny, częstotliwość systemu to tylko 24 MHz, ale ten szalik wiele przetrwał i sprawdził się. Posiadam go chyba z 5 lat, bo dostałem go za darmo w czasach, gdy ST rozdawał je na prawo i lewo.
Na początku z przyzwyczajenia chciałem umieścić za czujnikiem wzmacniacz operacyjny ze współczynnikiem. zyskam „1”, ale patrząc na schemat strukturalny, zdałem sobie sprawę, że był już w środku. Jedyne co warto wziąć pod uwagę to to, że przy maksymalnym prądzie moc wyjściowa będzie równa mocy zasilania czujnika Vcc, czyli około 5 V, a STM może mierzyć od 0 do 3,3 V, więc w tym przypadku jest to konieczne jest umieszczenie rezystancyjnego dzielnika napięcia, na przykład 1:1,5 lub 1:2. Mój prąd jest skąpy, więc na razie zaniedbuję ten moment. Moje urządzenie testowe wygląda mniej więcej tak:
Rysunek 6 - Montujemy nasz „amperomierz”
Dodatkowo, dla wizualizacji wyników, przykręciłem chiński wyświetlacz do kontrolera ILI9341, ponieważ był on pod ręką, ale moje ręce nie mogły go dosięgnąć. Aby napisać dla niego pełnoprawną bibliotekę, zabiłem kilka godzin i filiżankę kawy, ponieważ arkusz danych okazał się zaskakująco pouczający, co jest rzadkością w przypadku rzemiosła synów Jackie Chana.
Teraz musisz napisać funkcję mierzącą Vout za pomocą ADC mikrokontrolera. Nie będę zdradzał szczegółów, na STM32 jest już sporo informacji i lekcji. Spójrzmy więc:
Uint16_t get_adc_value() ( ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET); return ADC_GetConversionValue(ADC1); )
Ponadto, aby uzyskać wyniki pomiaru ADC w kodzie wykonywalnym korpusu głównego lub przerwania, należy napisać, co następuje:
dane_adc = get_adc_value();
Po wcześniejszym zadeklarowaniu zmiennej data_adc:
zewnętrzny uint16_t data_adc;
W rezultacie otrzymujemy zmienną data_adc, która przyjmuje wartość od 0 do 4095, ponieważ ADC w STM32 jest 12-bitowy. Następnie musimy przekształcić wynik uzyskany „u papug” w bardziej znaną nam formę, czyli w ampery. Dlatego należy najpierw obliczyć cenę podziału. Po stabilizatorze na szynie 3,3 V mój oscyloskop pokazywał 3,17 V, nie wiedziałem z czym jest połączony. Dlatego dzieląc 3,17 V przez 4095, otrzymujemy wartość 0,000774 V - jest to cena podziału. Oznacza to, że po otrzymaniu wyniku z ADC, na przykład 2711, po prostu mnożę go przez 0,000774 V i otrzymuję 2,09 V.
W naszym zadaniu napięcie jest jedynie „pośrednikiem”, musimy je jeszcze przeliczyć na ampery. Aby to zrobić, należy od wyniku odjąć 2,38 V, a resztę podzielić przez 0,02 [V/A]. Rezultatem jest następująca formuła:
Float I_out = ((((float)data_adc * presc)-2,38)/0,02);
No cóż, czas wgrać firmware do mikrokontrolera i zobaczyć rezultaty:
Rysunek 7 - Wyniki danych pomiarowych z czujnika i ich przetwarzanie
Zmierzyłem pobór własny obwodu i widać 230 mA. Po zmierzeniu tego samego zweryfikowanym trafem okazało się, że pobór wyniósł 201 mA. No cóż – dokładność do jednego miejsca po przecinku jest już bardzo fajna. Wyjaśnię dlaczego... Zakres mierzonego prądu wynosi 0..100A, czyli dokładność do 1A wynosi 1%, a dokładność do dziesiątych części ampera już jest 0,1%! Należy pamiętać, że nie ma tu żadnych rozwiązań obwodów. Byłem nawet zbyt leniwy, żeby wieszać przewody zasilające filtrujące.
Teraz muszę zmierzyć prąd zwarciowy (SC) mojego zasilacza. Kręcę pokrętło na maksimum i otrzymuję następujący obraz:
Rysunek 8 – Pomiary prądu zwarciowego
Cóż, właściwie odczyty samego źródła za pomocą własnego amperomierza:
Rycina 9 – Wartość na skali BP
W rzeczywistości pokazał 3,09A, ale podczas fotografowania uzwojenie nagrzało się, a jego rezystancja wzrosła, a prąd odpowiednio spadł, ale to nie jest takie straszne.
Podsumowując, nawet nie wiem, co powiedzieć. Mam nadzieję, że mój artykuł w jakiś sposób pomoże początkującym radioamatorom w ich trudnej drodze. Być może komuś spodoba się moja forma prezentacji materiału, wtedy będę mógł dalej okresowo pisać o pracy z różnymi komponentami. W komentarzach możesz wyrazić swoje życzenia na ten temat, postaram się je uwzględnić.
Aby kontrolować pobór prądu, należy zablokować silniki lub awaryjne odłączenie zasilania systemu.
Praca pod wysokim napięciem jest niebezpieczna dla zdrowia!
Dotykanie śrub listwy zaciskowej i ich zacisków może spowodować porażenie prądem. Nie dotykaj tablicy, jeśli jest ona podłączona do sieci domowej. Do gotowego urządzenia użyj izolowanej obudowy.
Jeśli nie wiesz jak podłączyć czujnik do urządzenia elektrycznego zasilanego ze zwykłej sieci 220 V lub masz wątpliwości, przestań: możesz wywołać pożar lub popełnić samobójstwo.
Musisz jasno zrozumieć zasadę działania urządzenia i niebezpieczeństwa związane z pracą pod wysokim napięciem.
Recenzja wideo
Podłączenie i konfiguracja
Czujnik komunikuje się z elektroniką sterującą za pomocą trzech przewodów. Wyjściem czujnika jest sygnał analogowy. Po podłączeniu do Arduino lub Iskry JS wygodnie jest zastosować Troyka Shield, a dla tych, którzy chcą pozbyć się przewodów, odpowiednia będzie Troyka Slot Shield. Przykładowo podłączmy kabel z modułu do grupy styków Troyka Shield powiązanej z pinem analogowym A0. W swoim projekcie możesz użyć dowolnych pinów analogowych. 
Przykłady pracy
Aby ułatwić pracę z czujnikiem, napisaliśmy bibliotekę TroykaCurrent, która konwertuje wartości wyjścia analogowego czujnika na miliampery. Pobierz i zainstaluj, aby powtórzyć eksperymenty opisane poniżej.
Pomiar prądu stałego
Aby zmierzyć prąd stały, należy podłączyć czujnik do otwartego obwodu pomiędzy taśmą LED a zasilaczem. Wyprowadźmy aktualną wartość prądu stałego w miliamperach do portu szeregowego. 
Pomiar prądu przemiennego
Aby zmierzyć prąd przemienny, podłączamy czujnik do obwodu otwartego pomiędzy źródłem napięcia przemiennego a obciążeniem. Wyprowadźmy aktualną wartość prądu przemiennego w miliamperach do portu szeregowego. 
Elementy planszowe
Czujnik ACS712ELCTR-05B
Czujnik prądu ACS712ELCTR-05B działa w oparciu o efekt Halla, którego istota jest następująca: jeśli przewodnik z prądem zostanie umieszczony w polu magnetycznym, na jego krawędziach pojawi się pole elektromagnetyczne skierowane prostopadle do kierunku prądu i kierunek pola magnetycznego. 
Strukturalnie mikroukład składa się z czujnika Halla i przewodnika miedzianego. Prąd przepływający przez miedziany przewodnik wytwarza pole magnetyczne, które jest odbierane przez element Halla. Pole magnetyczne zależy liniowo od natężenia prądu.
Poziom napięcia wyjściowego czujnika jest proporcjonalny do mierzonego prądu. Zakres pomiarowy od -5 A do 5 A. Czułość - 185 mV/A. W przypadku braku prądu napięcie wyjściowe będzie równe połowie napięcia zasilania. 
Czujnik prądu jest podłączony do obciążenia w obwodzie otwartym poprzez podkładki pod śrubą. Aby zmierzyć prąd stały, podłącz czujnik, biorąc pod uwagę kierunki prądu, w przeciwnym razie otrzymasz wartości o przeciwnym znaku. W przypadku prądu przemiennego polaryzacja nie ma znaczenia.
Styki do podłączenia pętli trójprzewodowej
Moduł jest podłączony do elektroniki sterującej za pomocą trzech przewodów. Cel styków pętli trójprzewodowej:
Zasilanie (V) - przewód czerwony. Z dokumentacji wynika, że czujnik zasilany jest napięciem 5 V. W wyniku testu moduł działa również przy napięciu 3,3 V.
Masa (G) - przewód czarny. Musi być podłączony do masy mikrokontrolera;
Sygnał (S) - przewód żółty. Podłączany do wejścia analogowego mikrokontrolera. Za jego pośrednictwem płyta sterująca odczytuje sygnał z czujnika.
Aby skutecznie automatyzować różne procesy technologiczne, efektywnie zarządzać przyrządami, urządzeniami, maszynami i mechanizmami, należy stale mierzyć i kontrolować wiele parametrów i wielkości fizycznych. Dlatego też czujniki informujące o stanie sterowanych urządzeń stały się integralną częścią systemów automatyki.
W swej istocie każdy czujnik stanowi integralną część urządzeń regulacyjnych, sygnalizacyjnych, pomiarowych i kontrolnych. Za jego pomocą ta lub inna kontrolowana wartość jest przekształcana w określony rodzaj sygnału, co umożliwia pomiar, przetwarzanie, rejestrację, przesyłanie i przechowywanie otrzymanych informacji. W niektórych przypadkach czujnik może wpływać na kontrolowane procesy. Wszystkie te cechy w pełni posiada czujnik prądu stosowany w wielu urządzeniach i mikroukładach. Przekształca wpływ prądu elektrycznego na sygnały wygodne do dalszego wykorzystania.
Klasyfikacja czujników
Czujniki stosowane w różnych urządzeniach są klasyfikowane według określonych cech. Jeśli istnieje możliwość pomiaru wartości wejściowych, mogą to być: czujniki elektryczne, pneumatyczne, prędkości, przemieszczenia mechaniczne, ciśnienie, przyspieszenie, siła, temperatura i inne parametry. Wśród nich pomiar wielkości elektrycznych i magnetycznych zajmuje około 4%.
Każdy czujnik przetwarza wartość wejściową na pewien parametr wyjściowy. W zależności od tego urządzenia sterujące mogą być nieelektryczne i elektryczne.
Najczęstsze z tych ostatnich to:
- Czujniki prądu stałego
- Czujniki amplitudy prądu przemiennego
- Czujniki oporowe i inne podobne urządzenia.
Główną zaletą czujników elektrycznych jest możliwość przesyłania informacji na określone odległości z dużą prędkością. Zastosowanie kodu cyfrowego zapewnia wysoką dokładność, szybkość i zwiększoną czułość przyrządów pomiarowych.
Zasada działania
Zgodnie z zasadą działania wszystkie czujniki są podzielone na dwa główne typy. Mogą być generatorem - bezpośrednio przetwarzającym wartości wejściowe na sygnał elektryczny. Do czujników parametrycznych zalicza się urządzenia, które przetwarzają wartości wejściowe na zmienione parametry elektryczne samego czujnika. Ponadto mogą być reostatyczne, omowe, fotoelektryczne lub optoelektroniczne, pojemnościowe, indukcyjne itp.
Istnieją pewne wymagania dotyczące działania wszystkich czujników. W każdym urządzeniu wartości wejściowe i wyjściowe muszą być ze sobą bezpośrednio powiązane. Wszystkie cechy muszą być stabilne w czasie. Z reguły urządzenia te charakteryzują się dużą czułością, niewielkimi rozmiarami i wagą. Mogą pracować w różnych warunkach i można je instalować na różne sposoby.
Nowoczesne czujniki prądu
Czujniki prądu to urządzenia określające natężenie prądu stałego lub przemiennego w obwodach elektrycznych. Ich konstrukcja obejmuje rdzeń magnetyczny ze szczeliną i uzwojeniem kompensacyjnym, a także płytkę elektroniczną przetwarzającą sygnały elektryczne. Głównym czułym elementem jest czujnik Halla, umieszczony w szczelinie obwodu magnetycznego i podłączony do wejścia wzmacniacza.
Zasada działania jest w zasadzie taka sama dla wszystkich tego typu urządzeń. Pod wpływem mierzonego prądu powstaje pole magnetyczne, następnie za pomocą czujnika Halla generowane jest odpowiednie napięcie. Ponadto napięcie to jest wzmacniane na wyjściu i podawane do uzwojenia wyjściowego.
Główne typy czujników prądu:
Czujniki bezpośredniego wzmocnienia (O/L). Mają niewielkie rozmiary i wagę, niski pobór mocy. Zakres konwersji sygnałów został znacznie rozszerzony. Pozwala uniknąć strat w obwodzie pierwotnym. Działanie urządzenia opiera się na polu magnetycznym, które wytwarza prąd pierwotny IP. Następnie pole magnetyczne jest skupiane w obwodzie magnetycznym i jego dalsze przekształcanie przez element Halla w szczelinie powietrznej. Sygnał odebrany z elementu Halla jest wzmacniany i na wyjściu tworzona jest proporcjonalna kopia prądu pierwotnego.
Czujniki prądu (Eta). Charakteryzują się szerokim zakresem częstotliwości i rozszerzonym zakresem konwersji. Zaletami tych urządzeń jest niski pobór mocy i małe opóźnienia. Działanie urządzenia wspomagane jest przez jednobiegunowy zasilacz od 0 do +5 woltów. Działanie urządzenia opiera się na połączonej technologii wykorzystującej rodzaj kompensacji i bezpośrednie wzmocnienie. Przyczynia się to do znacznej poprawy wydajności czujnika i bardziej zrównoważonej pracy.
Kompensacyjne czujniki prądu (C/L). Charakteryzują się szerokim zakresem częstotliwości, dużą dokładnością i niskimi opóźnieniami. Ten typ przyrządu nie charakteryzuje się utratą sygnału pierwotnego, doskonałą charakterystyką liniowości i niskim dryftem temperaturowym. Kompensacja pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd pierwotny IP, występuje z powodu tego samego pola utworzonego w uzwojeniu wtórnym. Wytwarzanie wtórnego prądu kompensacyjnego odbywa się za pomocą elementu Halla i elektroniki samego czujnika. Ostatecznie prąd wtórny jest proporcjonalną kopią prądu pierwotnego.
Czujniki prądu kompensacyjnego (typ C). Niewątpliwymi zaletami tych urządzeń są szeroki zakres częstotliwości, wysoka dokładność informacji, doskonała liniowość i zmniejszony dryft temperaturowy. Ponadto przyrządy te mogą mierzyć prądy różnicowe (CD). Mają wysoki poziom izolacji i zmniejszony wpływ na sygnał pierwotny. Konstrukcja składa się z dwóch toroidalnych obwodów magnetycznych i dwóch uzwojeń wtórnych. Działanie czujników opiera się na kompensacji amperozwojów. Prąd o małej wartości z obwodu pierwotnego przepływa przez rezystor pierwotny i uzwojenie pierwotne.
Czujniki prądu PRIME. Konwersja prądu przemiennego wykorzystuje szeroki zakres dynamiki. Przyrząd charakteryzuje się dobrą liniowością, niskimi stratami temperaturowymi i brakiem nasycenia magnetycznego. Zaletą konstrukcji są małe wymiary i waga, duża odporność na różnego rodzaju przeciążenia. Dokładność odczytów nie zależy od ułożenia kabla w otworze i nie ma na nią wpływu pola zewnętrzne. W tym czujniku nie zastosowano tradycyjnej otwartej cewki, ale głowicę czujnika z dotykowymi płytkami drukowanymi. Każda płytka składa się z dwóch oddzielnych cewek z rdzeniem powietrznym. Wszystkie zmontowano na jednej podstawowej płytce drukowanej. Z płytek czujników utworzone są dwa koncentryczne obwody, na których wyjściach sumowane jest indukowane napięcie. W rezultacie uzyskuje się informację o parametrach amplitudy i fazy mierzonego prądu.
Czujniki prądu (typ IT). Charakteryzują się dużą dokładnością odczytu, szerokim zakresem częstotliwości, niskim poziomem szumów sygnału wyjściowego, wysoką stabilnością temperaturową i niskim przesłuchem. W konstrukcji tych czujników nie ma elementów Halla. Prąd pierwotny wytwarza pole magnetyczne, które jest dodatkowo kompensowane przez prąd wtórny. Na wyjściu prąd wtórny jest proporcjonalną kopią prądu pierwotnego.
Zalety czujników prądu we współczesnych obwodach
Chipy oparte na czujnikach prądu odgrywają dużą rolę w oszczędzaniu energii. Jest to ułatwione dzięki niskiemu poborowi mocy i zużyciu energii. W układach scalonych wszystkie niezbędne elementy elektroniczne są połączone. Charakterystyka urządzeń uległa znacznej poprawie dzięki wspólnej pracy czujników pola magnetycznego i całej innej aktywnej elektroniki.
Nowoczesne czujniki prądu dodatkowo zmniejszają rozmiar, ponieważ cała elektronika jest zintegrowana w jednym wspólnym chipie. Doprowadziło to do powstania nowych, innowacyjnych rozwiązań o kompaktowej konstrukcji, w tym dotyczących opony głównej. Każdy nowy czujnik prądu ma zwiększoną izolację i skutecznie współdziała z innymi typami elementów elektronicznych.
Najnowsze konstrukcje czujników pozwalają na ich montaż w istniejących instalacjach bez odłączania przewodu pierwotnego. Składają się z dwóch części i są odłączalne, co ułatwia montaż tych części na przewodzie pierwotnym bez konieczności rozłączania.
Do każdego czujnika dołączona jest dokumentacja techniczna, w której znajdują się wszystkie niezbędne informacje pozwalające na dokonanie wstępnych obliczeń i określenie miejsca najbardziej optymalnego zastosowania.
