Pontos árammérő söntmérések tervezése

Az árammérő sönt az áramkör áramát kis feszültséggé alakítja, amelyet egy műszer meg tud mérni. Az alapelv az Ohm-törvény: az ismert ellenálláson átfolyó árammal arányos feszültségesés jön létre. A tervezés kihívása olyan ellenállás kiválasztása, amely elég nagy a mérhetőséghez, ugyanakkor elég kicsi ahhoz, hogy elkerülhető legyen a túlzott veszteség, melegedés és a terhelés megzavarása.

Kezdje a mérési követelménnyel

A hardver kiválasztása előtt határozza meg a minimális, normál és maximális áramot. Azt is határozza meg, hogy az áram egyenáramú, váltakozó áramú vagy kapcsolt hullámforma-e; számít-e az iránya; mekkora sávszélesség szükséges; és mekkora a megengedett teljes hiba. A névleges áramra méretezett sönt túlmelegedhet indítás, fékezés vagy hibaállapot esetén.

Döntse el, hogyan használja fel az eredményt. Az energiafelügyelet lassabb reakciót is elviselhet, mint a motorvezérlés. A védelemhez ismert érzékelési idő és hibatartomány szükséges. A vizsgálóberendezésnek kétirányú mérésre és a vizsgált áramkörtől való leválasztásra lehet szüksége.

Az ellenállás kiválasztása a jel és a veszteség alapján

A söntfeszültség a V = I × R összefüggést követi. A nagyobb ellenállás nagyobb jelet eredményez, és javítja az erősítő ofszetje és zaja által okozott hatásoktól való elkülönítést. Ugyanakkor növeli a terhelőfeszültséget és a teljesítményveszteséget. A disszipációt a P = I² × R összefüggés adja meg, ezért a melegedés az áram növekedésével gyorsan fokozódik.

Számítsa ki a feszültségesést és a disszipációt a megengedett legnagyobb folyamatos áramnál. Ezután értékelje a túlterhelés időtartamát és a hővisszaállást. Az adatlap alapján ellenőrizze az ellenállás folyamatos terhelhetőségét, impulzusállóságát, hőmérsékleti együtthatóját és szerelési körülményeit. Ne feltételezze, hogy önmagában a nagy névleges teljesítmény határozza meg a mérési pontosságot.

A felső vagy alsó oldali elhelyezés kiválasztása

Az alsó oldali sönt a terhelés és a rendszer visszatérő ága között helyezkedik el. Ez egyszerűsítheti az erősítő közös módusú követelményeit, de a hozzáadott feszültség megváltoztatja a terhelés földhöz viszonyított referencia-szintjét. Ez zavarhat más csatlakoztatott jeleket, vagy elfedhet bizonyos földzárlati útvonalakat.

A felső oldali sönt a táp és a terhelés között helyezkedik el. Megőrzi a terhelés földre vonatkoztatott referenciáját, és érzékelheti a rövidre zárt terhelésbe folyó áramot. A mérőáramkörnek el kell viselnie a sín közös módusú feszültségét. A Texas Instruments felső oldali mérésre vonatkozó útmutatója kiemeli, hogy olyan erősítőt kell választani, amelynek bemeneti tartománya és védelme megfelel az adott sínnek.

Inverterfázisok mérésénél a kapcsolási közös módusú feszültség és a gyors tranziens jelenségek megnehezítik az elhelyezést. A topológiához tervezett alkatrészeket és elrendezéseket használjon. Ne másoljon át egy kisfeszültségű laboráramkört egy nagy energiájú hajtásba.

Kelvin-csatlakozások használata

A vezetékek és a réz ellenállása összemérhető lehet egy kis értékű sönt ellenállásával. A négyvezetékes, vagy Kelvin-féle érzékelés elválasztja az áramútvonalat a feszültségérzékelési útvonaltól. A mérővezetékeket közvetlenül a megadott érzékelési pontoktól vezesse a differenciális bemenetre. Tartsa őket szorosan egymás mellett, és vezesse távol a kapcsolási csomópontoktól.

Ne tetszőleges pontokról vegye le a mérőfeszültséget egy gyűjtősín vagy teljesítményvezeték mentén. Ellenkező esetben az érintkezési ellenállás, a forrasztási kötések és az árameloszlás is a mérés részévé válhat. Az így keletkező hiba a hőmérséklettel, a meghúzási nyomatékkal vagy az öregedéssel változhat.

A hibakeret összeállítása

Vegye figyelembe a sönt tűrését, hőmérsékleti együtthatóját, önmelegedését, az erősítő ofszetjét, erősítési hibáját, a bemeneti előfeszítő áram hatásait, a referencia hibáját, az ADC felbontását és a zajt. Kis áramnál gyakran az ofszet dominál. Nagy áramnál a sönt melegedése és az erősítési hiba lehet meghatározó. A sávszélesség korlátai torzíthatják a rövid impulzusokat akkor is, ha az állandósult értékek pontosak.

Becsülje meg a sönt hőmérséklet-emelkedését a jellemző légáramlási és készülékházbeli körülmények között. Az ellenállás a hőmérséklettel változik, és a közeli hőforrások már az áram megjelenése előtt eltolhatják az alapvonalat. Ha széles tartományban fontos a pontosság, az egyetlen ponton végzett kalibrálás nem feltétlenül elegendő.

A mérési lánc védelme

A sönt és az erősítő rendellenes feszültséget láthat bekötési hibák, induktív események és hibaállapotok során. Alkalmazza a kiválasztott erősítőhöz ajánlott bemeneti szűrést és védelmet, de ne csökkentse a szükséges reakciósebességet. A teljesítmény névleges értéke mellett ellenőrizze az ellenállások feszültségtűrését is.

Leválasztásra lehet szükség, ha a mért áramkör veszélyes, jelentősen lebeg a vezérlő földjéhez képest, vagy teljesítményátalakítóban található. A leválasztási stratégiának ki kell terjednie a jelre, a tápellátásra, a kúszóáramutakra, a légközökre és a hibaenergiára. A differenciális bemenet önmagában nem hoz létre biztonsági leválasztási gátat.

Üzembe helyezés ellenőrzött tesztekkel

Feszültség alá helyezés előtt ellenőrizze a polaritást, a Kelvin-vezetést, a távolságokat és a sönt rögzítését. Ha lehetséges, áramkorlátozott forrással kezdjen. Hasonlítsa össze a söntcsatornát megfelelő referencia-műszerrel nulla, kis, normál és nagy áramnál. Kétirányú rendszereknél mindkét irányban végezzen mérést.

Hagyja, hogy az összeállítás elérje a hőegyensúlyt, majd ismételje meg a méréseket. Egy csatorna hidegen pontos lehet, de néhány perc elteltével eltolódhat. Rögzítse a környezeti hőmérsékletet, a sönt hőmérsékletét, a referenciaeszközöket és a bizonytalanságot. Ellenőrizze, hogy a feszültségesés nem viszi-e a terhelést a működési tartományán kívülre.

A hibás mérési értékek szisztematikus diagnosztikája

A fix, nulla áramnál jelentkező hiba ofszetre, előfeszítő áramra, földeltolódásra vagy kalibrációs hibára utal. Az árammal arányosan növekvő hiba ellenállás- vagy erősítési hibát jelez. Az időbeli drift melegedésre utal. A PWM-kapcsolással szinkron zaj közös módusú csatolásra, elrendezési problémára vagy sávszélességre vezethető vissza. A karbantartás után hirtelen megjelenő lépcsőzés laza teljesítménykötésre vagy sérült mérőcsatlakozásra utalhat.

Mérjen a tényleges Kelvin-pontok között, és hasonlítsa össze ezt a feszültséget a digitalizált eredménnyel. Így elkülöníthetők a sönttel és a teljesítményúttal kapcsolatos problémák az erősítő, az ADC és a szoftveres skálázás hibáitól. Ne próbáljon megmagyarázatlan szoftveres együtthatóval kijavítani egy hardverhibát.

A mérés dokumentálása műszerhurokként

Rögzítse a sönt értékét, tűrését, hőmérsékleti viselkedését, áramtartományát, az erősítő erősítését, a skálázási egyenletet, a szűrőbeállításokat és a kalibrációs eredményeket. A nagy áramú csavarozott kötésekhez határozzon meg ellenőrzési időközöket. Söntcsere esetén egyeztesse mind az elektromos, mind a mechanikai követelményeket.

A kapcsolódó mérőhardver áttekinthető a Folyamatátalakítók és a DCS- és vezérlőrendszerek gyűjteményeiben. A tervezési egyenletekért és az elhelyezési kompromisszumokért tekintse meg a Texas Instruments felső oldali áramérzékelésről szóló alkalmazási összefoglalóját. A jó söntcsatorna teljes jelátviteli lánc, nem egyszerűen egy vezetőhöz hozzáadott ellenállás.