- Kako uporabljati osciloskop za merjenje toka
- 1. Uporaba upornega upornika
- 2. Uporaba trenutne sonde
- 3. Hitra in umazana metoda
- Zaključek
Merjenje toka je preprosta naloga - vse, kar morate storiti, je, da multimeter priklopite na vezje, ki ga želite izmeriti, in merilnik vam da čisto vrednost za uporabo. Včasih ne morete zares odpreti vezja, da bi multimeter postavili v serijo s tistim, kar želite izmeriti. Tudi to se reši povsem preprosto - izmeriti morate le napetost na znanem uporu v tokokrogu - tok je potem preprosto napetost, deljena z uporom (iz Ohmovega zakona).
Stvari se nekoliko zapletejo, ko želite izmeriti spreminjajoče se signale. To je na milost in nemilost hitrosti osveževanja (števila vzorcev na sekundo) multimetra, povprečen človek pa lahko razume le toliko sprememb na zaslonu na sekundo. Merjenje izmeničnega toka postane nekoliko preprostejše, če ima vaš multimeter merjenje efektivne napetosti (efektivna napetost je napetost izmeničnega signala, ki bi oddajal enako količino moči, kot bi jo ustvarila enosmerna napetost). To je strogo omejeno na periodične signale (kvadratni valovi in podobno strogo ne pridejo v poštev, razen če je RMS mera "resnična", tudi takrat ni nobenih jamstev za natančnost meritve). Večina multimetrov je tudi nizkofrekvenčno filtriranih, kar preprečuje merjenje izmeničnega toka nad nekaj sto hercev.
Kako uporabljati osciloskop za merjenje toka
Osciloskop zapolni vrzel med človeškim dojemanjem in stalnimi vrednostmi multimetra - prikaže nekakšen napetostno-časovni 'graf' signala, ki omogoča boljšo vizualizacijo spreminjajočih se signalov v primerjavi z nizom spreminjajočih se številk na multimetru.
Merjenje signalov s frekvencami do nekaj gigahercev je možno tudi ob ustrezni opremi. Vendar pa je osciloskop naprava za merjenje napetosti z visoko impedanco - ne more meriti tokov kot takih. Uporaba osciloskopa za merjenje tokov zahteva pretvorbo toka v napetost, kar je mogoče storiti na več načinov.
1. Uporaba upornega upornika
To je morda najpreprostejši način merjenja toka in o njem bomo podrobno razpravljali tukaj.
Pretvornik toka do napetosti, tukaj je ponižen upor.
Osnovno znanje nam pove, da je napetost na uporu sorazmerna s tokom, ki teče skozi njega. To lahko povzame Ohmov zakon:
V = IR
Kjer je V napetost na uporu, je I tok skozi upor, R pa upor upora, vse v njihovih enotah.
Trik je v tem, da uporabimo vrednost upora, ki ne vpliva na celotno merilno vezje, saj padec napetosti na ranžirnem uporu povzroči, da manj napetosti pade na vezje, v katerega je nameščeno. upor, ki je veliko manjši od upora / impedance merjenega vezja (desetkrat manj na dobri izhodiščni točki), da prepreči, da bi na tok v merjenem vezju vplival ranžirni tok.
Na primer, transformator in MOSFET v pretvorniku enosmernega in enosmernega toka imata lahko skupno (enosmerno) odpornost več deset miliomov, če bi namestitev velikega (recimo) upornosti 1Ω povzročila, da bi večina napetosti padla čez šant (ne pozabite, da za uporov v zaporedju je razmerje napetosti, ki je padla na uporih, razmerje med njihovimi upori) in s tem večja izguba moči. Upor samo pretvori tok v napetost za merjenje, tako da moč nima koristnega dela. Hkrati bi majhen upor (1mΩ) spustil nanj le majhno (a izmerljivo) napetost, ostalo napetost pa bi pustil koristno delo.
Zdaj, ko ste izbrali vrednost upora, lahko ozemljitev sonde povežete z ozemljitvijo in konico sonde na upornost ranžirnega voda, kot je prikazano na spodnji sliki.
Tu lahko uporabite nekaj lepih trikov.
Če predpostavimo, da ima vaš shunt upor 100mΩ, bi tok 1A povzročil padec napetosti 100mV, kar bi nam dalo 'občutljivost' 100mV na amp. Če ste previdni, to ne bi smelo povzročati težav, toda velikokrat je 100mV dobesedno - z drugimi besedami, zamenjano s 100mA.
To težavo lahko odpravite tako, da nastavite vhodno nastavitev na 100X - sonda že 10-krat oslabi, zato dodajanje še 10-krat signalu pripelje nazaj na 1 V na amp, tj. Vhod se "pomnoži" z 10. Večina osciloskopov ima ta lastnost, da lahko izberete vhodno slabljenje. Vendar obstajajo obsegi, ki podpirajo samo 1X in 10X.
Druga koristna funkcija je, da lahko nastavite navpične enote, ki se prikazujejo na zaslonu - V lahko med drugim spremenite v A, W in U.
Stvari se zapletejo, ko ne morete postaviti nihalke nizko. Ozemljitev obsega je neposredno povezana z ozemljitvijo, zato ob predpostavki, da je tudi vaš napajalnik ozemljen, priključitev sponke za ozemljitev sonde na katero koli naključno točko v tokokrogu bo to točko skrajšala na maso.
To lahko preprečimo z nečim, kar imenujemo diferencialna meritev.
Večina osciloskopov ima matematično funkcijo, s katero lahko izvajamo matematične operacije na prikazanih valovnih oblikah. Upoštevajte, da to na noben način ne spremeni dejanskega signala!
Funkcija, ki jo bomo uporabili tukaj, je funkcija odštevanja, ki prikazuje razliko dveh izbranih valovnih oblik.
Ker je napetost zgolj potencialna razlika na dveh točkah, lahko na vsako točko pritrdimo po eno sondo in ozemljitvene sponke priključimo na ozemljitveno maso, kot je prikazano na sliki.
S prikazom razlike med obema signaloma lahko določimo tok.
Enako zgoraj uporabljen trik za oslabitev velja tudi tukaj, ne pozabite spremeniti obeh kanalov.
Slabosti uporabe ranžirnega upora:
Uporaba ranžirnega upora ima nekaj pomanjkljivosti. Prva je toleranca, ki je lahko slaba tudi 5%. To je nekaj, kar je treba obravnavati z nekaj težavami.
Drugi je temperaturni koeficient. Upor uporov narašča s temperaturo, kar povzroči večji padec napetosti za določen tok. To je še posebej slabo pri visokonapetostnih ranžirnih uporih.
2. Uporaba trenutne sonde
Na tržišču so na voljo že pripravljene sonde za tok (imenovane „tokovne spone“; pritrdijo se na žice, ne da bi prekinile tokokroge), vendar ne vidite veliko ljubiteljev, ki jih uporabljajo zaradi previsokih stroškov.
Te sonde uporabljajo eno od dveh metod.
Prvi način je uporaba rane tuljavo okoli polkrožno feritnim jedrom. Tok v žici, sonda je vpeta naokoli, ustvarja magnetno polje v feritu. To pa inducira napetost v tuljavi. Napetost je sorazmerna s hitrostjo spremembe toka. Integrator "integrira" valovno obliko in ustvari izhod, ki je sorazmeren toku. Izhodna lestvica je običajno med 1mV in 1V na amp.
Druga metoda uporablja senzor Hall v sendviču med dvema feritnih polkroga. Hallov senzor proizvaja napetost, ki je sorazmerna s tokom.
3. Hitra in umazana metoda
Ta metoda ne zahteva nobenih dodatnih komponent, razen obsega in sonde.
Ta metoda je podobna uporabi trenutne sonde. Ožičite ozemljitveno žico sonde okoli žice, ki nosi tok, ki ga želite izmeriti, in nato priključite ozemljitveno sponko na vrh sonde.
Proizvedena napetost je spet sorazmerna s hitrostjo spremembe toka in na valovni obliki morate opraviti nekaj matematike (in sicer integracijo; večina meril ima to v meniju "matematika"), da jo lahko razložite kot tok.
Električno gledano, kratka sonda v bistvu tvori žično zanko, ki deluje nekako kot tokovni transformator, kot je prikazano na sliki.
Zaključek
Obstaja več metod za merjenje spreminjajočih se valovnih oblik s pomočjo osciloskopa. Najenostavnejši je uporaba tokovnega ranžirnega toka in merjenje napetosti na njem.