كيفية قياس التيار باستخدام الذبذبات

يعد قياس التيار مهمة بسيطة - كل ما عليك فعله هو توصيل مقياس متعدد بالدائرة التي تريد قياسها ويمنحك المقياس قيمة نظيفة لاستخدامها. في بعض الأحيان لا يمكنك حقًا "فتح" الدائرة لوضع مقياس متعدد في سلسلة مع ما تريد قياسه. تم حل هذا بكل بساطة أيضًا - تحتاج فقط إلى قياس الجهد عبر مقاومة معروفة في الدائرة - فالتيار إذن هو ببساطة الجهد مقسومًا على المقاومة (من قانون أوم).

تصبح الأمور معقدة بعض الشيء عندما تريد قياس الإشارات المتغيرة. هذا تحت رحمة معدل التحديث (عدد العينات في الثانية) لجهاز القياس المتعدد ، ويمكن للإنسان العادي أن يفهم فقط العديد من التغييرات على شاشة العرض في الثانية. يصبح قياس التيار المتردد أبسط قليلاً إذا كان جهاز القياس المتعدد الخاص بك يحتوي على قياس جهد RMS (جهد RMS هو جهد إشارة التيار المتردد التي ستنقل نفس مقدار الطاقة التي سينتجها مصدر التيار المستمر لهذا الجهد). يقتصر هذا بشكل صارم على الإشارات الدورية (الموجات المربعة وما شابهها غير واردة تمامًا ما لم يكن مقياس RMS `` حقيقيًا '' ، حتى في ذلك الحين ، لا توجد ضمانات بشأن دقة القياس). معظم أجهزة المالتيميتر يتم ترشيحها بتمرير منخفض أيضًا ، مما يمنع قياس التيار المتردد فوق بضع مئات من هرتز.

كيفية استخدام راسم الذبذبات لقياس التيار

يملأ راسم الذبذبات الفجوة بين الإدراك البشري والقيم الثابتة للمقياس المتعدد - فهو يعرض نوعًا من `` الرسم البياني '' لوقت الجهد للإشارة ، مما يسمح بتصور أفضل للإشارات المتغيرة مقارنة بمجموعة من الأرقام المتغيرة على مقياس متعدد.

من الممكن أيضًا قياس الإشارات بترددات تصل إلى عدة جيجاهيرتز ، مع مراعاة المعدات المناسبة. ومع ذلك ، فإن الذبذبات عبارة عن جهاز قياس مقاومة عالية للجهد - لا يمكنه قياس التيارات على هذا النحو. يتطلب استخدام مرسمة الذبذبات لقياس التيارات تحويل التيار إلى جهد ، ويمكن القيام بذلك بعدة طرق.

1. استخدام المقاوم تحويلة

ربما تكون هذه هي أبسط طريقة لقياس التيار ، وسيتم مناقشتها هنا بالتفصيل.

ل تحويل التيار إلى الجهد هنا هو المقاوم المتواضع.

تخبرنا المعرفة الأساسية أن الجهد عبر المقاوم يتناسب مع التيار المتدفق عبره. يمكن تلخيص ذلك في قانون أوم:

V = IR

حيث V هو الجهد عبر المقاوم ، وأنا هو التيار من خلال المقاوم و R هي مقاومة المقاوم ، كل في وحداتهم الخاصة.

تتمثل الحيلة هنا في استخدام قيمة المقاوم التي لا تؤثر على الدائرة الكلية التي يتم قياسها ، نظرًا لأن انخفاض الجهد عبر المقاوم التحويلي يتسبب في انخفاض الجهد الكهربي عبر الدائرة التي يتم وضعها فيها. مقاوم أصغر بكثير من مقاومة / ممانعة الدائرة التي يتم قياسها (أقل بعشر مرات في نقطة بداية جيدة) لمنع قياس التيار في الدائرة من أن يتأثر بالتحويلة.

على سبيل المثال ، قد يكون للمحول و MOSFET في محول DC-DC مقاومة إجمالية (DC) لعشرات الملي أوم ، فإن وضع مقاوم كبير (على سبيل المثال) 1Ω سيؤدي إلى إسقاط معظم الجهد عبر التحويلة (تذكر ذلك من أجل المقاومات المتسلسلة ، فإن نسبة الجهد المتناقص عبر المقاومات هي نسبة مقاومتها) وبالتالي فقد أكبر في الطاقة. يقوم المقاوم فقط بتحويل التيار إلى جهد للقياس ، وبالتالي لا تؤدي الطاقة أي عمل مفيد. في الوقت نفسه ، فإن المقاوم الصغير (1 مΩ) سيسقط جهدًا صغيرًا (لكن قابل للقياس) عبره ، تاركًا باقي الجهد للقيام بعمل مفيد.

الآن ، بعد تحديد قيمة المقاوم ، يمكنك توصيل أرض المسبار بأرض الدائرة وطرف المجس بمقاومة التحويل ، كما هو موضح في الشكل أدناه.

هناك بعض الحيل الرائعة التي يمكنك استخدامها هنا.

لنفترض أن تحويلتك تتمتع بمقاومة 100mΩ ، فإن تيارًا قدره 1A سيؤدي إلى انخفاض الجهد بمقدار 100mV ، مما يمنحنا "حساسية" تبلغ 100mV لكل أمبير. لا ينبغي أن يسبب هذا أي مشاكل إذا كنت حريصًا ، ولكن في كثير من الأحيان يتم أخذ 100mV حرفيًا - وبعبارة أخرى ، يتم الخلط بينه وبين 100mA.

يمكن التغلب على هذه المشكلة عن طريق ضبط إعداد الإدخال الخاص بك على 100X - يكون المسبار بالفعل مخففًا بمقدار 10 أضعاف ، لذا فإن إضافة 10x أخرى إلى الإشارة يعيدها إلى 1 فولت لكل أمبير ، أي أن الإدخال "مضروب" في 10. تأتي معظم راسمات الذبذبات مع هذه الميزة هي القدرة على تحديد توهين الإدخال. ومع ذلك ، قد يكون هناك نطاقات تدعم فقط 1X و 10x.

ميزة أخرى مفيدة صغيرة هي القدرة على ضبط الوحدات الرأسية المعروضة على الشاشة - يمكن تغيير V إلى A و W و U ، من بين أمور أخرى.

تصبح الأمور معقدة عندما لا يمكنك وضع الجانب المنخفض للتحويلة. ترتبط أرض النطاق مباشرة بالأرض الأرضية ، لذا بافتراض أن مصدر الطاقة لديك مؤرض أيضًا ، فإن توصيل مقطع أرضي المسبار بأي نقطة عشوائية في الدائرة سيقصر هذه النقطة على الأرض.

يمكن منع هذا عن طريق القيام بشيء يسمى القياس التفاضلي.

تحتوي معظم راسمات الذبذبات على وظيفة حسابية ، والتي يمكن استخدامها لإجراء عمليات حسابية على شكل (أشكال) الموجة المعروضة. لاحظ أن هذا لا يغير الإشارة الفعلية بأي شكل من الأشكال!

الوظيفة التي سنستخدمها هنا هي وظيفة الطرح ، والتي تعرض الفرق بين شكلين موجيين محددين.

نظرًا لأن الجهد هو ببساطة فرق الجهد عبر نقطتين ، فيمكننا ربط مسبار واحد بكل نقطة وربط مقاطع الأرض بأرض الدائرة كما هو موضح في الشكل.

من خلال عرض الفرق بين الإشارتين يمكننا تحديد التيار.

تنطبق خدعة "التخفيف" نفسها المستخدمة أعلاه هنا أيضًا ، فقط تذكر تغيير كلتا القناتين.

عيوب استخدام المقاوم التحويلة:

هناك بعض العيوب لاستخدام المقاوم التحويلة. الأول هو التسامح ، والذي قد يصل إلى 5٪. هذا شيء يجب حسابه ببعض الصعوبة.

والثاني هو معامل درجة الحرارة. تزداد مقاومة المقاومات مع زيادة درجة الحرارة ، مما يؤدي إلى انخفاض أكبر في الجهد لتيار معين. هذا سيء بشكل خاص مع مقاومات التحويلة الحالية العالية.

2. استخدام المسبار الحالي

تتوفر مجسات التيار الجاهز (تسمى `` المشابك الحالية '' ؛ يتم تثبيتها على الأسلاك دون مقاطعة الدوائر) في السوق ، لكنك لا ترى العديد من الهواة يستخدمونها بسبب تكلفتها الباهظة.

تستخدم هذه المجسات إحدى طريقتين.

و الطريقة الأولى هي استخدام الجرح فائف حول نواة الفريت نصف دائرية. التيار في السلك ، المسبار المشدود حوله ، يولد مجالًا مغناطيسيًا في الفريت. وهذا بدوره يؤدي إلى وجود جهد كهربائي في الملف. الجهد يتناسب مع معدل تغير التيار. "يدمج" عامل التكامل شكل الموجة وينتج مخرجات تتناسب مع التيار. يتراوح مقياس الإخراج عادةً بين 1mV و 1V لكل أمبير.

و الطريقة الثانية يستخدم جهاز استشعار قاعة تقع بين اثنين من أنصاف الفريت. ينتج مستشعر Hall جهدًا يتناسب مع التيار.

3. طريقة سريعة وقذرة

لا تتطلب هذه الطريقة أي مكونات إضافية بخلاف النطاق والمسبار.

هذه الطريقة تشبه إلى حد كبير استخدام المسبار الحالي. قم بلف السلك الأرضي للمسبار حول السلك الذي يحمل التيار المراد قياسه ثم قم بتوصيل مقطع الأرض بطرف المجس.

يتناسب الجهد الناتج مرة أخرى مع معدل تغير التيار ، وتحتاج إلى إجراء بعض العمليات الحسابية على شكل الموجة (أي التكامل ؛ معظم النطاقات لديها هذا ضمن قائمة "الرياضيات") لكي تفسرها على أنها تيار.

من الناحية الكهربائية ، يشكل المسبار المختصر بشكل أساسي حلقة سلكية تعمل إلى حد ما مثل محول التيار ، كما هو موضح في الشكل.

استنتاج

هناك عدة طرق لقياس أشكال الموجة الحالية المتغيرة باستخدام راسم الذبذبات. أبسطها هو استخدام التحويلة الحالية وقياس الجهد عبرها.