Устройство для измерения тока

 

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначена для измерения малых токов.

Технический результат заключается в повышении чувствительности и уменьшении разности потенциалов на входе устройства.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения тока, включающее усилитель напряжения, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав микроконтроллера, цифровой индикатор, подключенный к выходам микроконтроллера, дополнительно содержит преобразователь ток-напряжение, состоящий из операционного усилителя, выход которого подключен ко входу усилителя напряжения, и резистора обратной связи, подключенного между выходом операционного усилителя и инверсным входом операционного усилителя.

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначена для измерения малых токов.

Известно устройство «гальванометр» [Электрические измерения. Под ред. А.В.Фремке и Е.М.Душина. Изд. 5-е, Л.: «Энергия», 1980, стр.93, рис.3.25.], которое содержит рамку, подвес, безмоментную нить, зеркальце, осветитель. Это устройство имеет сравнительно высокую чувствительность, цена деления может составлять вплоть до 10-9 А.

Однако недостатком данного устройства является низкая чувствительность, для современных измерений малых токов необходима цена деления вплоть до 10 -12 А. Кроме этого, он имеет большое падение напряжения на входе. Гальванометр имеет также низкую надежность за счет того, что состоит из множества механических частей, восприимчивых к вибрации и другим внешним воздействиям.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели (прототип) является устройство «Цифровой амперметр постоянного тока» [Сайт Akula, Электронный ресурс: Цифровой амперметр постоянного тока, режим доступа: http://akulka.at.ua/publ/microcontrollers_devices/cifrovoj_ampermetr_postojannogo_toka/1-1-0-12]. Цифровой амперметр постоянного тока содержит шунт, усилитель напряжения (на двух операционных усилителях), микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем и цифровой индикатор.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность (порядка 1 мА) и большая разность потенциалов на входе устройства (падение напряжения на шунте составляет порядка 0,1 В). В данном устройстве можно повысить чувствительность увеличивая сопротивление шунта, но при этом увеличится разность потенциалов на входе устройства.

Технический результат заключается в повышении чувствительности и уменьшении разности потенциалов на входе устройства.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения тока, включающее усилитель напряжения, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав микроконтроллера, цифровой индикатор, подключенный к выходам микроконтроллера отличается тем, что оно дополнительно содержит преобразователь ток-напряжение, состоящий из операционного усилителя, выход которого подключен ко входу усилителя напряжения, и резистора обратной связи, подключенного между выходом операционного усилителя и инверсным входом операционного усилителя.

На фиг.1 приведена схема устройства. Устройство содержит преобразователь ток-напряжение 1, усилитель 2, микроконтроллер 3, цифровой индикатор 4. Преобразователь ток-напряжение состоит из операционного усилителя 5 и резистора обратной связи 6. Микроконтроллер содержит встроенный аналого-цифровой преобразователь 7. Выход преобразователя ток-напряжение 1 соединен с входом усилителя 2, выход усилителя 2 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 7, встроенного в микроконтроллер 3, к выходам микроконтроллера 3 подключен цифровой индикатор 4.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Входной ток, который необходимо измерить, подается на вход преобразователя ток-напряжение 1. На выходе преобразователя ток-напряжение 1 образуется напряжение, пропорциональное измеряемому току. Это напряжение с выхода преобразователя ток-напряжение 1 поступает на вход усилителя 2, который обеспечивает требуемое усиление. С выхода усилителя 2 напряжение поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 7, который находится в составе микроконтроллера 3. Аналого-цифровой преобразователь 7 преобразует напряжение в цифровой двоичный код, который преобразуется микроконтроллером 3 в код, который подается на цифровой индикатор 4. В результате на цифровом индикаторе 4 отображается значение измеряемого тока.

В преобразователе ток-напряжение 1 используется операционный усилитель 5 типа AD8603 фирмы Analog Devices, имеющий входной ток 0,2·10-12 А (типовое значение), напряжение смещения нуля не более 0,2·10-12 А. Такие характеристики позволяют обеспечить предел чувствительности преобразователя ток-напряжение 1 около 0,2·10-12 А. Схема имеет низкое входное сопротивление так как не используется шунт. Разность потенциалов на входе устройства практически равно напряжению смещения нуля операционного усилителя 5 и составляет не более 50·106 В.

Резистор обратной связи 6 имеет сопротивление 50 МОм, при таком сопротивлении обеспечивается коэффициент преобразования 50·106 В/А. Таким образом, при входном токе 100·10-12 А на выходе преобразователя ток-напряжение 1 будет напряжение 5·10 -3 В. Усилитель 2 имеет коэффициент усиления 1000, при входном токе 100·10-12 А на его выходе будет 5 В. Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход аналого-цифрового преобразователя 5 В. Таким образом, аналоговая часть схемы обеспечивает измерение тока на пределе 100·10 -12 А с пределом чувствительности около 0,2·10 -12 А. Аналого-цифровой преобразователь 7 имеет 10 разрядов, следовательно, его шаг квантования составляет 1/1024 от предела измерения, то есть менее 0,1·10-12 А. Цифровая часть схемы не вносит погрешностей. В результате устройство в целом имеет предел измерения тока 100·10-12 А с пределом чувствительности около 0,2·10-12 А.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет чувствительность (0,2·10-12 А), превышающую чувствительность прототипа (1 мА) и разность потенциалов на входе устройства (50·10 -6 В) более низкую, чем у прототипа (0,1 В).

Устройство для измерения тока, включающее усилитель напряжения, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав микроконтроллера, цифровой индикатор, подключенный к выходам микроконтроллера, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит преобразователь ток-напряжение, состоящий из операционного усилителя, выход которого подключен ко входу усилителя напряжения, и резистора обратной связи, подключенного между выходом операционного усилителя и инверсным входом операционного усилителя.



 

Наверх