Измерение тока шунтом оу: Схемы измерения тока — E-core

Схемы измерения тока — E-core

Почти каждый электронщик рано или поздно сталкивается с необходимостью измерять ток, например при проектировании лабораторного блока питания или зарядного устройства.

В этой статье мы рассмотрим наиболее популярные схемы их преимущества и недостатки.

Измерение тока в отрицательном полюсе нагрузки

Схема измерения тока в отрицательном полюсе нагрузки наиболее простая и широко распространенная. Данную схему можно встретить как в лабораторных блока питания, так и в схемах управления двигателями, схемах защит и пр.

Если не требуется высокая точность измерения тока, как правило, используется схема 1а, для более точного измерения тока, как правило, используется схема 1б.

Схема 1а

Схема 1б

В схеме 1б резистор R4 подключается к сигнальной аналоговой земле, резисторы R3 и R1 подключаются непосредственно к шунту. Сопротивление резисторов R1 и R3, R2 и R4 должно быть одинаковым.

Преимущества схемы:

• простая реализация;
• низкий уровень синфазного сигнала;
• низкое выходное сопротивление;
• широкий диапазон напряжений питания нагрузки;
• низкая стоимость.

Недостаток у данной схемы один — токоизмерительный резистор (шунт) устанавливается в отрицательном полюсе нагрузки, что накладывает определенные ограничения.

Крутизна выходного сигнала схемы 1а определяется по формуле

(1)  

Крутизна выходного сигнала схемы 1б определяется по формуле

(2)  

В схемах с однополярным питанием когда требуется высокая точность измерений, кроме усиления сигнала с шунта требуется его небольшое смещение. Рассмотрим этот момент поподробнее.

При однополярном питании получить на выходе операционного усилителя (ОУ) нулевой потенциал достаточно сложно, даже при использовании дорогих Rail-to-rail ОУ минимальное напряжение на выходе может составлять десятки и сотни милливольт. Поскольку напряжение на выходе ОУ не опускается до нуля, то мы не может корректно измерять ток при около нулевых значениях, диапазон измерения оказывается «зарезан» на величину минимального выходного напряжения.

На схемах 2а и 2б приведена доработанная схема 1б со смещением выходного сигнала.

Схема 2а

Схема 2б

Вариант 2б сложнее, но дает чуть более высокую точность, кроме того он может оказаться более удобным если в устройстве несколько измерительных каналов, в этом случае ОУ U1B формирует единое смещение на все каналы.

В схемах 2а и 2б  резистор R5 необходимо подключать к источнику опорного напряжения, если он имеется.

Смещение выходного сигнала схемы 2а определяется по формуле

(3)  

Смещение выходного сигнала схемы 2б определяется по формуле

(4)  

В формулах (3) и (4) Uref — это напряжение к которому подключается R5.

Измерение тока в положительном полюсе нагрузки

Измерение тока в положительном полюсе нагрузки является более предпочтительным, но это более сложная задача.

Наиболее распространенные схемы измерения тока в положительном полюсе нагрузки приведены ниже.

Схема 3а

Схема 3б

Преимущества схемы 3а:

• измерение тока в положительном полюсе нагрузки;
• выходной сигнал от 0В.

Недостатки схемы 3а:

• высокий уровень синфазного сигнала;
• высокое выходное сопротивление.

Преимущества схемы 3б:

• измерение тока в положительном полюсе нагрузки;
• низкое выходное сопротивление.

Недостатки схемы 3б:

• высокий уровень синфазного сигнала;
• необходимость точного подбора резисторов;
• необходимость смещения выходного сигнала при однополярном питании.

В схеме 3б аналогично схеме 1б, резисторы R1 и R3, R2 и R4 должны быть равны.

Крутизна выходного сигнала схемы 3а и 3б определяется по формуле

(5)  

Общим и существенным недостатком схем 3а и 3б является высокий уровень синфазного сигнала близкий к напряжению на нагрузке, из-за этого диапазон допустимых напряжений на нагрузке ограничен напряжением питания ОУ. Существуют ОУ допустимый уровень синфазного сигнала которых может существенно превышать напряжение питания ОУ, например LT1637, но такие ОУ труднодоступны и дороги.

Высокий уровень синфазного сигнала приводит к существенной погрешности при использовании недорогих ОУ. Типовой уровень ослабления синфазного сигнала недорогих ОУ на уровне 80Дб, что дает погрешность 1мВ на входе ОУ на каждые 10В напряжения на нагрузке, погрешность на входе ОУ усиливается на величину коэффициента усиления схемы (R2/R1).

Для схемы 3б ситуация с ослаблением синфазного сигнала оказывается еще хуже из-за несогласованности сопротивления резисторов, так при использовании 1% резисторов коэффициент ослабления синфазного сигнала находиться на уровне 45Дб, что дает погрешность 56мВ на входе ОУ на каждые 10В напряжения на нагрузке.

Впрочем не все так плохо, данные схемы выпускаются в интегральном исполнении и называются токовые мониторы, например INA225, INA169 и др. В этих микросхемах используются высококачественные ОУ и точная подгонка сопротивления резисторов, благодаря чему коэффициент ослабления синфазного сигнала 100Дб и более, кроме того у них расширен диапазон допустимых синфазных напряжений.

Токоизмерительный резистор (шунт)

Все описанные схемы усиливают сигнал с токоизмерительного резистора (шунта) и естественно, что точность измерения тока зависит и от качества шунта.

Лучше всего для изготовления шунтов подходит манганин (проволока и лента), преимущество манганина в том, что он имеет очень низкий температурный коэффициент сопротивления (ТКС)  на уровне 10-20 ppm/C и низкое значение термоЭДС с медью.

Чуть похуже в плане ТКС константан 30 ppm/C, но он имеет относительно высокое значение термоЭДС с медью, что приводит к дополнительной погрешности при измерении. Погрешность от термоЭДС незначительна и при разрешении системы на уровне 12 бит практически не заметна.

Хуже всего в плане ТКС проволочные резисторы типа KNP ( цилиндрические) и типа SQP (прямоугольные), имеющие ТКС 400 ppm/C и 300 ppm/C соответственно. Даже обычные выводные металлопленочные резисторы лучше и имеют ТКС 100 ppm/C.

Низкий ТКС для шунта важен потому, что при протекании через него большого тока он сильно нагревается, температура перегрева шунта может составлять 20 и более градусов. Если шунт из манганина, то изменение температуры на 20 градусов приведет к изменению сопротивления шунта всего на 0,02-0,04%, изменение сопротивления проволочного резистора составит 0,6-0,8%, металлопленочного 0,2%.

Основы измерения тока: Токоизмерительные усилители. Часть 2

В первой из трех частей этой статьи обсуждались особенности токоизмерительных резисторов. В данной части рассматривается конструкция и использование усилителей для повышения до приемлемых уровней напряжения на этих резисторах. Третья часть будет посвящена использованию Funnel-усилителей в процессе измерения тока в тех случаях, когда нагрузка находится под высоким напряжением.

Токоизмерительные резисторы, также называемые шунтами, относятся к альтернативной технологии измерения силы тока. Для того чтобы минимизировать отрицательное влияние на протекающий ток, они имеют небольшое сопротивление, которое создает пропорционально малое падение напряжения. Поэтому разработчикам приходится использовать схему, которая усиливает это небольшое напряжение перед преобразованием с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Речь обычно идет об увеличении небольшого, — порядка десятков или сотен милливольт, — напряжения на шунтирующем резисторе до десятых долей вольта или нескольких вольт. Эта задача часто выполняется операционным усилителем (ОУ) или токовым усилителем. Чувствительным к току  является специализированный ОУ с дополнительной цепью регулировки усиления на основе прецизионных резисторов с лазерной подстройкой. Как правило, коэффициент усиления у этого усилителя напряжения составляет 20…60, а иногда даже более.

В корпусе токоизмерительного усилителя может также размещаться токовый шунт. Для случаев с более мощными токами из-за рассеивания мощности, приводящей к нагреву, предпочтителен внешний шунтовый резистор.

Наиболее распространенная конфигурация сигнальной цепи для контроля протекающего тока включает шунтовый резистор, аналоговый интерфейс (AFE), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и системный контроллер (рис. 1). В качестве усилителя AFE обычно используется операционный усилитель или токовый усилитель, который преобразует небольшое дифференциальное напряжение, падающее на шунтовом резисторе, в подходящее для АЦП значение.

Рис. 1. Способ измерения силы тока с использованием шунтового резистора

Есть два основных способа подключения шунтового резистора в цепь для измерения тока: на стороне низкого и высокого напряжения. Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки.

Измерение тока на стороне низкого напряжения

При измерении тока на стороне низкого напряжения токовый шунтовый резистор устанавливается между активной нагрузкой и заземлением. Наиболее подходящая схема измерения тока на стороне низкого напряжения показана на рисунке 2. В этой схеме используется токовый усилитель INA181 производства Texas Instruments, хотя и многие другие усилители также можно использовать для измерений на стороне низкого напряжения.

Рис. 2. Цепь измерения тока со стороны низкого напряжения с использованием INA181

Измерение тока со стороны низкого напряжения реализовать проще, поскольку напряжение с датчика на токовом шунтовом резисторе снимается относительно земли. Эта конфигурация позволяет использовать токовый усилитель с низким напряжением питания, потому что измеряемое напряжение лишь на единицы милливольт выше потенциала заземления схемы. В данной конфигурации снимаемое с датчика напряжение не накладывается на более высокое напряжение, поэтому не требуется подавление синфазного сигнала. Метод измерения со стороны низкого напряжения — самый простой и недорогой способ реализации.

Недостатком измерения тока на стороне низкого напряжения является то, что нагрузка в этом случае не имеет прямого соединения с заземлением из-за установки шунтового резистора, в результате чего нижняя сторона нагрузки находится под напряжением в несколько милливольт относительно земли.

Схема подключения без непосредственного соединения с цепью земли может вызвать проблемы в случае короткого замыкания между нагрузкой и ее корпусом. Такое короткое замыкание может произойти, например, если заключенная в металлический кожух нагрузка, например, двигатель, имеет короткое замыкание обмотки на корпус. Токоизмерительный резистор, возможно, не сможет обнаружить это короткое замыкание.

Кроме того, синфазное входное напряжение усилителя должно включать заземление для измерения на стороне низкого напряжения. Обычно это не проблема для усилителей, работающих с двухполярными источниками питания, но проблема может возникнуть в случае однополярного. Поэтому диапазон синфазного напряжения, который включает заземление, становится важным критерием при выборе подходящего усилителя для измерений на стороне низкого уровня напряжения.

Есть еще один важный аспект данного способа измерения тока. Обратите внимание, что АЦП Texas Instruments ADS114 на рис. 2 подключен по цепи питания непосредственно к заземлению, а входные цепи АЦП и усилителя INA181 на нижней стороне напряжения подключены к одной точке заземления.

При измерении тока с использованием малых напряжений, создаваемых на низкоомных шунтовых резисторах проходящим через них большим током нагрузки, важно помнить о том, что не все точки заземления могут иметь одинаковый потенциал. Когда по цепям или шинам заземления протекают большие токи от силовых нагрузок, довольно легко получить между двумя точками заземления в системе разность потенциалов в несколько милливольт. В качестве меры предосторожности всегда располагайте подключаемые к заземлению провода на очень близком расстоянии друг от друга, чтобы минимизировать разницу напряжения между ними.

Для устранения этого источника ошибки при измерении со стороны низкого напряжения опорный вывод заземления АЦП должен быть подключен в непосредственной близости от нижней стороны токоизмерительного резистора и входа токового усилителя. Не каждая удобная часть шины заземления может быть выбрана в качестве точки подключения. Для полной уверенности отметьте эту точку и все заземляющие подключения к ней по типу «звезда» непосредственно на схеме.

Аналогично, входное напряжение смещения усилителя тока непропорционально влияет на точность усиления, когда напряжение на токоизмерительном резисторе слишком маленькое. По этой причине лучше выбирать усилитель с очень низким входным напряжением смещения. Усилитель INA181, показанный на рисунке 2, имеет входное напряжение смещения ±150 мкВ для измерительных схем со стороны низкого напряжения, где отсутствует синфазное напряжение.

Несмотря на отдельные недостатки, схема измерения тока на стороне низкого напряжения является хорошим выбором, если нагрузка не требует непосредственного соединения с заземлением и, если внутренние короткие замыкания между нагрузкой и корпусом либо не являются проблемой, либо не должны обнаруживаться схемой измерения тока.

Тем не менее, для конструкций, которые должны соответствовать требованиям функциональной безопасности, лучшим выбором является метод измерения тока на стороне высокого напряжения.

Измерение тока на стороне высокого напряжения

При измерении тока со стороны высокого напряжения в разрыв цепи между источником питания и активной нагрузкой устанавливается токовый шунтовый резистор (рис. 3) с использованием токового усилителя Texas Instruments INA240 в качестве аналогового интерфейса (AFE). Синфазное входное напряжение этой микросхемы может значительно превышать напряжение питания, что делает ее хорошим выбором для измерений тока на стороне высокого напряжения.

Рис. 3. В схеме измерения тока со стороны высокого напряжения токоизмерительный резистор устанавливается между источником питания и активной нагрузкой

Измерения тока со стороны высокого напряжения имеют два ключевых преимущества по сравнению с измерением со стороны низкого. Во-первых, легко обнаружить короткое замыкание на корпус, возникающее внутри нагрузки, потому что результирующий ток короткого замыкания будет протекать через токовый шунтовый резистор, создавая на нем повышенное напряжение. Во-вторых, этот метод измерения не связан с точкой заземления, поэтому дифференциальные напряжения на шине заземления, создаваемые большими протекающими токами, не влияют на измерение. Тем не менее, по-прежнему рекомендуется размещать соединение опорного заземления АЦП ближе к заземлению усилителя.

Метод измерения тока на стороне высокого напряжения имеет один главный недостаток. Как отмечалось выше, необходимо, чтобы токовый усилитель имел высокое подавление синфазного сигнала, поскольку небольшое напряжение, развиваемое на токовом шунте, лишь чуть ниже напряжения питания нагрузки. В зависимости от конструкции системы синфазное напряжение может быть довольно большим. Токовый усилитель тока INA240 на рисунке 3 имеет широкий диапазон колебаний синфазного напряжения от -4 до 80 вольт.

Интегрированные или внешние резисторы подстройки усиления?

На рисунках 2 и 3 показаны конфигурации измерения тока на стороне низкого и высокого напряжений, в которых используются токовые усилители с интегрированными резисторами для настройки усиления. Такие интегрированные резисторы предлагают целый ряд конструктивных преимуществ, в том числе — упрощение конструкции, уменьшение количества компонентов платы и повышенную точность усиления с лазерной подгонкой. Один из основных недостатков таких усилителей заключается в том, что усиление постоянное и устанавливается на заводе. Это не составит проблемы, если настройка усиления подходит для данного применения. Однако в случае, если требуется особый коэффициент усиления, поскольку значение шунтового резистора было выбрано в первую очередь для соответствия другим критериям, предпочтительнее выбирать операционный усилитель в сочетании с дискретными резисторами.

На рис. 4 показана схема усилителя для измерений тока на стороне высокого напряжения на основе операционного усилителя MCP6H01 производства Microchip Technology с дискретными настройками коэффициента усиления настроечными резисторами.

Рис. 4. Измерение тока на стороне высокого напряжения с использованием дискретных резисторов и операционного усилителя

В этой схеме коэффициент усиления усилителя задается отношением R₂ к R₁. Также обратите внимание, что R₁* = R₁, R₂* = R₂, и что номинал токового шунтового резистора R_SEN должен быть во много раз меньше, чем R₁ или R₂. Обычно это не проблема, потому что номинал токового шунтового резистора обычно составляет порядка миллиом или даже долей миллиом для схем с очень высоким током.

Формулы на рис. 4 дают понять, что использование операционного усилителя и дискретных резисторов требует больших знаний о параметрах компонентов, чем при использовании токовых усилителей с задающими усиление интегрированными резисторами.

Заключение

Токовые усилители преобразуют низкие напряжения, возникающие на шунтовых резисторах, в повышенные напряжения, более совместимые с преобразованием АЦП. Возможны два типа измерения тока: со стороны низкого и со стороны высокого напряжений питания. При измерениях со стороны низкого напряжения токоизмерительный резистор вставляют в разрыв цепи между нагрузкой и заземлением, тогда как при измерениях со стороны высокого напряжения токоизмерительный резистор вставляют между источником питания и нагрузкой. Конфигурации измерения как с низкой, так и с высокой стороны напряжения имеют свои достоинства и недостатки, поэтому выбор варианта для конкретного применения требует некоторого анализа и обсуждения.

При измерении тока можно использовать либо специально разработанный токовый усилитель с установкой усиления на заводе-изготовителе с помощью встроенных резисторов с лазерной подстройкой, либо подходящий операционный усилитель и дискретные резисторы. Первый вариант уменьшает количество компонентов на плате и упрощает проектирование AFE. Однако если конструкция AFE требует подстраиваемого усиления для согласования с определенным значением шунтового резистора и диапазоном входного напряжения АЦП, второй вариант является более подходящим.

Основы измерения тока: Токоизмерительные усилители. Часть 1

Автор: Стив Лейбсон Перевод: Виктор Чистяков, г. Малоярославец

Разделы: Операционные усилители, Аналого-цифровые преобразователи, Токовые мониторы

Опубликовано: 20.03.2019

Измерение тока с помощью шунтирующих резисторов

26 февраля 2018 г. Автор Lee Teschler Оставить комментарий

Вот несколько советов по выбору резисторов, которые будут точно измерять ток.

Bert Weiss , Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH
Сегодня практически в каждой цепи управления и контроля используются измерения тока на основе шунта в качестве альтернативы датчикам. Чтобы провести эти измерения точно, полезно понимать, как работают шунты. Поскольку метод относится к категории точных измерительных технологий, его не следует считать тривиальным.

Шунт — это маломощный резистор, используемый для измерения тока, поэтому его также называют токоизмерительным резистором. Шунт обычно подключается последовательно, поэтому по нему проходит интересующий ток. Затем параллельно шунту подключается устройство измерения напряжения. Ток через шунт создает измеряемое падение напряжения. Текущее значение выводится из закона Ома и известного сопротивления ( I = В / R ). Чтобы свести к минимуму потери мощности и, следовательно, выделение тепла, сопротивление шунтов должно быть не выше миллиомного диапазона. Некоторые даже ниже этого.

Преимущество этого метода измерения заключается в том, что он позволяет быстро обнаруживать и устранять неисправности. Поэтому шунты особенно интересны для приложений, связанных с безопасностью, где необходимо обнаруживать неисправности. Кроме того, шунты обеспечивают точные измерения и, таким образом, обеспечивают эффективное управление приводами или мониторинг систем управления батареями. А шунтирующие резисторы — отличное соотношение цены и качества.

Шунты в основном подходят для любого типа измерительных приложений – будь то постоянный или переменный ток. Шунты в настоящее время переживают бум, особенно благодаря растущему количеству измерений состояния транспортных средств — управление двигателем и аккумулятором, блоки управления подушками безопасности, ABS, информационно-развлекательные системы и так далее. Токоизмерительные резисторы также все шире используются в промышленности, медицинской технике, для рекуперации энергии и для интеллектуальных измерений.

В случае резисторов с металлическим слоем резистивная паста наносится на подложку и регулируется до нужного значения с помощью лазерной подгонки. Это приводит к неоднородной структуре, которая обрезается до номинального значения в виде меандра.

Шунты доступны как в металлическом, так и в цельнометаллическом исполнении. Слоевые резисторы значительно дешевле, но величина их сопротивления изменяется с температурой в большей степени, чем у цельнометаллических устройств.

Изготовление шунтов с металлическим слоем также имеет заметный недостаток: в случае резисторов с металлическим слоем паста наносится на керамическую подложку и регулируется до желаемого значения с помощью лазерной подгонки. Это приводит к неоднородной структуре, которая обрезается до номинального значения в виде меандра. Эта извилистая форма вызывает последовательную индуктивность, потенциально ухудшающую измерения тока. Падение напряжения на шунте, U , тогда следует уравнение U = I x R – L ( d i/ dt ). Следовательно, резисторы с металлическим слоем стоит рассматривать только в том случае, если индуктивность не имеет значения.

Цельнометаллические шунтирующие резисторы состоят из однородного резистивного элемента, поэтому дополнительная индуктивность не возникает.

Цельнометаллические шунтирующие резисторы состоят из однородного резистивного элемента, так что не возникает дополнительной индуктивности. Это качество является ключевым в таких высокоточных приложениях, как медицинские технологии или точные измерительные устройства. Кроме того, эти резисторы отличаются высокой точностью измерения и стойкостью к тепловому удару. Они доступны в различных размерах, в том числе в версиях, которые намного больше, чем стандартные чип-резисторы, и со значениями TK намного ниже 100 ppm/K. Цельнометаллические резисторы могут работать с выходной мощностью до 7 Вт при максимальной температуре 275°C. Они могут иметь резистивные значения вплоть до нижнего диапазона миллиом.

Оптимальное значение сопротивления можно определить довольно просто: самое низкое измерительное напряжение, которое дает достаточно точные результаты, делится на самое низкое значение тока в диапазоне измерения.

Существует тенденция к использованию меньших шунтов с более высокими выходами; также более широко используются версии для конкретных клиентов со специальной геометрией и размерами соединения. Поскольку шунтирующие резисторы относительно дороги по сравнению с другими резисторными технологиями, они доступны небольшими партиями и тестовыми образцами.

Некоторые шунты имеют четыре провода. Здесь ток протекает через два соединения, а напряжение измеряется на двух других. Падение напряжения на резисторах можно определить с помощью внутренних соединений Кельвина.

Некоторые шунты имеют четыре провода. Здесь ток протекает через два соединения, а напряжение измеряется на двух других. Падение напряжения на резисторах можно определить с помощью внутренних соединений Кельвина, что позволяет исключить возникающие при этом погрешности измерения.

Четырехпроводные шунты используются в двух случаях: во-первых, когда сопротивление линии и контакта относительно велико и, в отличие от измеренного сопротивления, не пренебрежимо мало. Во-вторых, когда значение сопротивления ниже 10 мОм. Поскольку значения сопротивления проводников также находятся в миллиомном диапазоне, их необходимо учитывать.

Рубрики: Часто задаваемые вопросы, Рекомендуемые, Справочник по силовой электронике С тегами: RUTRONIKElektronischeBauelemente

Руководство по измерению тока

— Как измеряется ток?

Методы измерения тока
Существует два основных способа измерения тока: один основан на электромагнетизме и связан с измерителем с ранней подвижной катушкой (Д’Арсонваля), а другой основан на основной теории электричества, теории Ома. закон.

Измеритель Д’Арсонваля/Гальванометр
Измеритель Дарсонваля — это тип амперметра, который представляет собой прибор для обнаружения и измерения электрического тока. Это аналоговый электромеханический преобразователь, который создает вращательное отклонение через ограниченную дугу в ответ на электрический ток, протекающий через его катушку.

Форма Дарсонваля, используемая сегодня, состоит из небольшой вращающейся катушки проволоки в поле постоянного магнита. Катушка прикреплена к тонкой стрелке, пересекающей калиброванную шкалу. Крошечная торсионная пружина тянет катушку и указатель в нулевое положение.

Когда через катушку протекает постоянный ток, катушка создает магнитное поле. Это поле действует против постоянного магнита. Катушка закручивается, упираясь в пружину, и перемещает стрелку. Стрелка указывает на шкалу, показывающую силу тока. Тщательная конструкция полюсных наконечников обеспечивает однородность магнитного поля, так что угловое отклонение указателя пропорционально току.

Прочие амперметры
По сути, большинство современных амперметров основаны на фундаментальной теории электричества — законе Ома. Современные амперметры, по сути, представляют собой вольтметры с прецизионным резистором, и, используя закон Ома, можно выполнить точное, но экономически эффективное измерение.

Закон Ома. Закон Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален разности потенциалов (другими словами, падению напряжения или напряжению) в двух точках и обратно пропорционален сопротивление между ними.

Математическое уравнение, описывающее это соотношение:

I = V/R

где I — ток в амперах, V — разность потенциалов между двумя интересующими точками в вольтах, а R — параметр цепи, измеряемый в ом (что эквивалентно вольтам на ампер), называется сопротивлением.

Работа амперметра. Современные амперметры имеют внутреннее сопротивление для измерения тока в определенном сигнале. Однако, когда внутреннего сопротивления недостаточно для измерения больших токов, необходима внешняя конфигурация.

Для измерения больших токов можно установить прецизионный резистор, называемый шунтом, параллельно измерителю. Большая часть тока протекает через шунт, и лишь небольшая его часть проходит через счетчик. Это позволяет измерителю измерять большие токи.

Допустим любой резистор, если максимальный ожидаемый ток, умноженный на сопротивление, не превышает входной диапазон амперметра или устройства сбора данных.

При измерении тока таким способом следует использовать резистор наименьшего возможного значения, поскольку это создает наименьшие помехи для существующей цепи. Однако меньшие сопротивления создают меньшие падения напряжения, поэтому вы должны найти компромисс между разрешением и помехами в цепи.

На рис. 2 показана общая схема измерения тока через шунтирующий резистор.

Рис. 2. Подключение шунтирующего резистора к измерительному устройству

При таком подходе ток фактически направляется не на амперметр/плату сбора данных, а через внешний шунтирующий резистор. Максимальный ток, который вы можете измерить, теоретически неограничен, при условии, что падение напряжения на шунтирующем резисторе не превышает рабочего диапазона напряжения амперметра/платы сбора данных.

Условные обозначения тока

Условные значения тока
Условные значения тока — это измерения тока, распространенные в современной электронике, электрических схемах, линиях передачи и т. д. Они не соответствуют стандарту передачи и могут варьироваться от нуля до больших значений силы тока.

Токовые петли/условное обозначение 4-20 мА
Аналоговые токовые петли используются для любых целей, где необходимо либо контролировать устройство, либо управлять им дистанционно по паре проводников. В каждый момент времени может присутствовать только один текущий уровень.

«Токовая петля от 4 до 20 мА» или 4–20 мА — это стандарт аналоговой электрической передачи для промышленных приборов и средств связи. Сигнал представляет собой токовую петлю, где 4 мА представляет сигнал нулевого процента, а 20 мА представляет сигнал 100 процентов.[1] «мА» означает миллиампер или 1/1000 ампера.

«Живой ноль» при 4 мА позволяет приемной аппаратуре отличить нулевой сигнал от оборванного провода или обесточенного прибора. [1] Разработан в 1950-х годов, этот стандарт до сих пор широко используется в промышленности. Преимущества стандарта 4-20 мА включают широкое использование производителями, относительно низкие затраты на внедрение и его способность подавлять многие формы электрических помех. Кроме того, с помощью живого нуля вы можете напрямую питать маломощные инструменты от контура, экономя на дополнительных проводах.

Вопросы точности
Важное значение имеет размещение шунтирующего резистора в цепи. Если внешняя цепь имеет общую землю с компьютером, на котором установлена ​​плата амперметра/сбора данных, то следует разместить шунтирующий резистор как можно ближе к заземляющему полюсу цепи. В противном случае синфазное напряжение, создаваемое шунтирующим резистором, может не соответствовать спецификации амперметра/платы сбора данных, что может привести к неточным показаниям или даже к повреждению платы. На рис. 3 показано правильное и неправильное расположение шунтирующего резистора.

Рис. 3. Размещение шунтирующего резистора

Измерения устройства сбора данных
Существует три различных метода измерения аналоговых входов. Пожалуйста, обратитесь к статье «Как сделать измерение напряжения» для получения дополнительной информации о каждой конфигурации.

В качестве примера рассмотрим USB-систему сбора данных NI CompactDAQ. На рис. 4 показаны шасси NI cDAQ-9178 и модуль ввода аналогового тока NI 9203. NI 9203 не требует внешнего шунтирующего резистора благодаря наличию внутреннего прецизионного резистора.

Рис. 4. Шасси NI cDAQ-9178 и модуль ввода аналогового тока NI 9203

а также распиновка модуля. На рисунке контакт 0 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 9 соответствует общему заземлению.

Рис. 5. Измерение тока в конфигурации RSE

В дополнение к NI 9203 модули аналогового ввода общего назначения, такие как NI 9205, могут обеспечивать функциональность ввода тока с помощью внешнего шунтирующего резистора.