Дәлдігін сақтайтын ток шунтын өлшеу жүйесін жобалау

Ток шунты тізбектегі токты аспап өлшей алатын шағын кернеуге түрлендіреді. Оның негізінде Ом заңы жатыр: белгілі кедергі арқылы өтетін ток оған пропорционал кернеу түсуін тудырады. Жобалаудағы қиындық — өлшеуге жеткілікті үлкен, бірақ шамадан тыс шығынды, қызуды және жүктемеге әсерді болдырмайтындай кіші кедергіні таңдау.

Өлшеу талабынан бастаңыз

Жабдықты таңдамас бұрын токтың ең төменгі, қалыпты және ең жоғары мәндерін анықтаңыз. Сондай-ақ токтың тұрақты, айнымалы немесе коммутацияланатын сигнал екенін; бағытының маңызды-маңызды еместігін; қажетті өткізу жолағын және рұқсат етілетін жалпы қателікті белгілеңіз. Тек номиналды токқа есептелген шунт іске қосу, тежеу немесе ақау жағдайларында қызып кетуі мүмкін.

Нәтиженің қалай қолданылатынын шешіңіз. Энергияны бақылауға қозғалтқышты басқаруға қарағанда баяуырақ жауап жеткілікті болуы мүмкін. Қорғаныс үшін анықталған іске қосылу уақыты мен ақау диапазоны қажет. Сынақ жабдығына екі бағытты өлшеу және тексерілетін тізбектен оқшаулау қажет болуы мүмкін.

Сигнал мен шығынға қарай кедергіні таңдаңыз

Шунттағы кернеу V = I × R формуласына бағынады. Үлкенірек кедергі сигналды арттырып, күшейткіштің ығысу кернеуі мен шудан ажыратуды жақсартады. Бірақ ол жүктеме кернеуінің түсуін және қуат шығынын көбейтеді. Қуаттың бөлінуі P = I² × R формуласына сәйкес, сондықтан ток артқан кезде қызу жылдам өседі.

Ең жоғары рұқсат етілген үздіксіз ток кезіндегі кернеу түсуі мен қуаттың бөлінуін есептеңіз. Содан кейін шамадан тыс жүктеменің ұзақтығы мен жылулық қалпына келуді бағалаңыз. Деректер парағынан резистордың үздіксіз жұмысқа арналған номиналын, импульстік мүмкіндігін, температуралық коэффициентін және орнату жағдайларын тексеріңіз. Жоғары қуат көрсеткіші өлшеу дәлдігін өздігінен анықтайды деп есептемеңіз.

Жоғарғы немесе төменгі жаққа орналастыруды таңдаңыз

Төменгі жақтағы шунт жүктеме мен жүйенің қайтарым желісінің арасына орнатылады. Бұл күшейткіштің жалпы режимдегі талаптарын жеңілдетуі мүмкін, бірақ қосылған кернеу жүктеменің жерге қатысты анықтамасын өзгертеді. Соның салдарынан басқа қосылған сигналдар бұзылуы немесе жерге тұйықталудың кейбір жолдары байқалмай қалуы мүмкін.

Жоғарғы жақтағы шунт қорек көзі мен жүктеменің арасына орнатылады. Ол жүктеменің жерге қатысты анықтамасын сақтайды және қысқа тұйықталған жүктемеге ағып жатқан токты анықтай алады. Өлшеу тізбегі шинаның жалпы режимдегі кернеуіне төтеп беруі керек. Texas Instruments компаниясының жоғарғы жақтағы өлшеуге арналған нұсқаулығы кіріс диапазоны мен қорғанысы осы шинаға сәйкес келетін күшейткішті таңдаудың маңызын атап көрсетеді.

Инвертор фазаларын өлшегенде коммутациядан туындайтын жалпы режимдегі кернеу мен жылдам өтпелі процестер шунтты орналастыруды қиындатады. Осы топологияға арналған компоненттер мен платалық трассалауды пайдаланыңыз. Төмен кернеулі зертханалық схеманы жоғары энергиялы жетекке сол күйінде көшірмеңіз.

Кельвиндік қосылыстарды пайдаланыңыз

Сымдар мен мыс өткізгіштердің кедергісі төмен мәнді шунтпен шамалас болуы мүмкін. Төрт сымды, яғни Кельвиндік өлшеу ток жолын кернеуді өлшеу жолынан бөледі. Өлшеу трассаларын көрсетілген өлшеу нүктелерінен тікелей дифференциалды кіріске жүргізіңіз. Оларды бір-біріне жақын жұп ретінде орналастырып, коммутация түйіндерінен алшақ ұстаңыз.

Өлшеу кернеуін шина немесе қуат трассасының кез келген кездейсоқ нүктелерінен алмаңыз. Әйтпесе түйіспе кедергісі, дәнекер қосылыстары және токтың таралуы өлшеудің бір бөлігіне айналады. Мұндай қате температураға, тарту күшіне немесе ескіруге қарай өзгеруі мүмкін.

Қателер бюджетін құрыңыз

Шунттың дәлдік шегін, температуралық коэффициентін, өздігінен қызуын, күшейткіштің ығысуын, күшейту қателігін, кіріс ығысу тогының әсерін, тірек кернеуінің қателігін, АЦТ ажыратымдылығын және шуды ескеріңіз. Төмен токта ығысу қатесі көбіне басым болады. Жоғары токта шунттың қызуы мен күшейту қатесі басым болуы мүмкін. Тұрақты көрсеткіштер дәл болғанымен, өткізу жолағының шектеулері қысқа импульстерді бұрмалауы ықтимал.

Нақты ауа ағыны мен корпус жағдайларында шунт температурасының көтерілуін бағалаңыз. Кедергі температураға қарай өзгереді, ал жақын орналасқан жылу көздері ток жүрмей тұрып-ақ бастапқы деңгейді ығыстыруы мүмкін. Кең диапазонда дәлдік қажет болса, бір нүктеде калибрлеу жеткіліксіз болуы мүмкін.

Өлшеу тізбегін қорғаңыз

Сымдарды қате жалғағанда, индуктивті процестер мен ақаулар кезінде шунт пен күшейткіш қалыптан тыс кернеуге ұшырауы мүмкін. Таңдалған күшейткішке ұсынылған кіріс сүзгісі мен қорғанысын қажетті жауап жылдамдығын төмендетпей қолданыңыз. Резистордың қуат номиналымен қатар кернеу номиналын да тексеріңіз.

Өлшенетін тізбек қауіпті болса, басқару жүйесінің жеріне қатысты қатты қалқыса немесе қуат түрлендіргішінің ішінде орналасса, оқшаулау қажет болуы мүмкін. Оқшаулау стратегиясы сигналды, қоректі, оқшаулау жолының ең қысқа қашықтығын, саңылауды және ақау энергиясын қамтуы керек. Дифференциалды кірістің өзі қауіпсіздік оқшаулау тосқауылын жасамайды.

Бақыланатын сынақтармен іске қосыңыз

Қуатты қоспас бұрын полярлықты, Кельвиндік трассалауды, аралықтарды және шунттың орнатылуын тексеріңіз. Мүмкін болса, ток шектелген көзден бастаңыз. Шунт арнасын нөлдік, төмен, қалыпты және жоғары ток кезінде тиісті эталондық аспаппен салыстырыңыз. Екі бағытты жүйелерде екі бағытты да сынаңыз.

Жүйеге жылулық тепе-теңдікке жетуге уақыт беріп, өлшеулерді қайталаңыз. Суық күйде дәл болған арна бірнеше минуттан кейін ығысуы мүмкін. Қоршаған орта температурасын, шунт температурасын, эталондық жабдықты және белгісіздікті тіркеңіз. Кернеудің түсуі жүктемені оның жұмыс диапазонынан шығармайтынын растаңыз.

Қате көрсеткіштерді жүйелі түрде диагностикалаңыз

Нөлдік токтағы тұрақты қате ығысу кернеуін, ығысу тогын, жер потенциалының ығысуын немесе калибрлеуді көрсетуі мүмкін. Токқа пропорционал қате кедергі немесе күшейту қатесін білдіреді. Уақыт өте болатын ығысу қызуды көрсетеді. PWM коммутациясымен синхронды шу жалпы режимдегі байланысқа, трассалауға немесе өткізу жолағына нұсқайды. Техникалық қызметтен кейін пайда болған кенет қадам қуат қосылысының босап кетуін немесе өлшеу қосылысының зақымдануын білдіруі мүмкін.

Нақты Кельвиндік нүктелер арасындағы кернеуді өлшеп, оны цифрланған нәтижемен салыстырыңыз. Бұл шунт пен қуат жолындағы мәселелерді күшейткіш, АЦТ және бағдарламалық масштабтау мәселелерінен ажыратуға мүмкіндік береді. Түсіндірілмеген бағдарламалық коэффициентпен аппараттық ақауды түзетуге тырыспаңыз.

Өлшеуді толық аспаптық контур ретінде құжаттаңыз

Шунт мәнін, дәлдік шегін, температуралық сипаттамасын, ток диапазонын, күшейткіш күшейтуін, масштабтау теңдеуін, сүзгі параметрлерін және калибрлеу нәтижелерін жазып алыңыз. Үлкен ток жүретін болтты қосылыстарды тексеру аралықтарын белгілеңіз. Шунтты ауыстырғанда электрлік және механикалық талаптардың екеуіне де сәйкестігін қамтамасыз етіңіз.

Қатысты өлшеу жабдығын Процестік түрлендіргіштер және DCS және басқару жүйелері топтамаларынан қарауға болады. Жобалық теңдеулер мен орналастырудағы ымыралар туралы Texas Instruments компаниясының жоғарғы жақтағы токты өлшеуге арналған қолданбалы қысқаша нұсқаулығын қараңыз. Жақсы шунт арнасы — өткізгішке жай ғана қосылған резистор емес, толық сигнал тізбегі.