УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и предназначена для измерения малых токов.
-9
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 А.
-12
Однако недостатком данного устройства является низкая чувствительность, для современных измерений малых токов необходима цена деления вплоть до 10 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.
-12
-12
-12
6
В преобразователе ток-напряжение 1 используется операционный усилитель 5 типа AD8603 фирмы Analog Devices, имеющий входной ток 0,2·10 А (типовое значение), напряжение смещения нуля не более 0,2·10 А. Такие характеристики позволяют обеспечить предел чувствительности преобразователя ток-напряжение 1 около 0,2·10 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 50·10 В.
6
-12
-3
-12
-12
-12
-12
-12
-12
Резистор обратной связи 6 имеет сопротивление 50 МОм, при таком сопротивлении обеспечивается коэффициент преобразования 50·10 В/А. Таким образом, при входном токе 100·10 А на выходе преобразователя ток-напряжение 1 будет напряжение 5·10 В. Усилитель 2 имеет коэффициент усиления 1000, при входном токе 100·10 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 А с пределом чувствительности около 0,2·10 А. Аналого-цифровой преобразователь 7 имеет 10 разрядов, следовательно, его шаг квантования составляет 1/1024 от предела измерения, то есть менее 0,1·10 А. Цифровая часть схемы не вносит погрешностей. В результате устройство в целом имеет предел измерения тока 100·10 А с пределом чувствительности около 0,2·10 А.
-12
-6
Таким образом, предлагаемое устройство имеет чувствительность (0,2·10 А), превышающую чувствительность прототипа (1 мА) и разность потенциалов на входе устройства (50·10 В) более низкую, чем у прототипа (0,1 В).