Измерения тока в электронных цепях являются одним из наиболее важных вопросов в электронной технике. Большая точность обычно приводит к ограниченному диапазону измерений, поэтому другие измерители используются для измерения малых токов (гальванометры и электрометры в случае миллионных долей ампер) и совершенно различны для гораздо больших токов. В целом, однако, конструкции амперметр полагаться на измерения падения напряжения на эталонном сопротивлении, от которого закон Ома может быть использовано для определения текущего значения. Немногие устройства делают такие измерения напрямую.
Измерения тока высокой частоты проблематичны, поскольку при увеличении частоты система ведет себя по-разному, и измерители не следят за изменениями, генерируя значительные ошибки в измеренных значениях. Обычно схемы обработки используются для компенсации частотной зависимости, но это уже не прямое измерение, и эти схемы имеют свои ограничения. Обычно используемым решением является подключение шунтирующего сопротивления, к которому подключен осциллограф. С помощью этого решения вы можете измерять переменные токи до нескольких сотен килогерц, однако, в случае более высоких частот даже это решение неэффективно [1].
Ранее для калибровки различных типов амперметров (подробнее на сайте: http://www.prom-complekt.com/produkcija-ooo-rostok) использовались термоэлектрические амперметры благодаря их уникальным свойствам. Они всегда указывают эффективное значение тока (RMS), независимо от формы или частоты сигнала. Удалось достичь очень широкого частотного диапазона, для которого были сохранены требуемые метрологические параметры измерения.
Наибольшим преимуществом термоэлектрических амперметров является возможность прямого измерения истинного среднеквадратичного тока независимо от формы сигнала или его частоты. Особенно частотный диапазон на порядки лучше, чем для большинства коммерческих мультиметров. Кроме того, микропроцессорное управление и современная ИС позволили добиться большей точности и разрешения разработанного амперметра, чем первоначально предполагал производитель преобразователя. В частности, разрешение было изменено с 0,1 A до 0,001 A, точность от 5% до 1%, а диапазон измерений от (1–3) A до (0,1–3) A. Более того, подключение к компьютерной программе улучшает чтение результатов и позволяет автоматически получать данные. Тем не менее, устройство имеет свои ограничения. Измеренный амперметр показал худшие метрологические параметры, чем другие измерители TRMS, доступные на рынке, в случае слишком низких значений частоты тестового сигнала или его амплитуды. К сожалению, было невозможно сравнить результаты таких измерений для достаточно высоких частот, главным образом потому, что заявленная пропускная способность больше, чем у других доступных устройств. Погрешность измерения, а также погрешность измерения уменьшаются с увеличением частоты сигнала. Ниже 30 Гц ошибка недопустимо высока. Возможность измерения постоянного и переменного тока является одним из основных преимуществ таких устройств. Микроконтроллер может быть запрограммирован на ручную или автоматическую настройку измерения на текущий тип (постоянный или переменный ток). Недостатком тестируемого амперметра является неточность конструкции, которая, к сожалению, вылилась в ошибочные показания в случае обратного, чем предполагаемое направление потока постоянного тока, и, следовательно, должна быть откалибрована переменным током.
Основным источником ошибок в этом типе измерителя является влияние внешней температуры. В лаборатории, где проводились все испытания в этой работе, была приблизительно постоянная температура 23 ° C. Однако для получения индикации постоянного времени необходимо было подождать 15-30 минут после включения измерительной системы. За это время и термоамперметры, и генераторы тока прогрелись, что привело к более стабильной работе устройств.
Остальные ошибки включают в себя погрешность измерения напряжения на передатчике, погрешность усиления и преобразования аналого-цифрового сигнала от преобразователя термопары, погрешность компенсации, особенно если температура датчика не такая, как у термопары. как гистерезис и дрейф. Компенсация также может быть обеспечена путем добавления датчика температуры и гальванической развязки.
Использованные источники
- Banerjee, K.: Electrical And Electronic Measurements. PHI Learning Pvt. Ltd. (2016)
- US Patent 1,142,898, Lincoln, P.M: Thermo-electric ammeter (1915)
- Łapiński, : Miernictwo elektryczne. WNT, Warszawa (1967)
- Solnica, W.: Miernictwo elektroniczne. WPW, Warszawa (1977)
- henrysbench.capnfatz.com/henrys-bench/arduino-temperature-measurements/max6675- temp-module-arduino-manual-and-tutorial/
- learn.sparkfun.com/tutorials/serial-peripheral-interface-spi
Digitally Controlled Thermoelectric Ammeter
Beata Lewandowska, Michał Nowicki, Tomasz Charubin, Roman Szewczyk