Высоковольтный цифровой амперметр на оптронах и PIC16F676

Схема, о которой пойдет речь, является модернизацией схемы, рассмотренной в ранее опубликованной статье «Амперметр на оптронах». Обновленная электрическая схема показана на рисунке 1 данной статьи.

Я уж не буду повторяться, поэтому принцип работы и характеристики схемы измерения тока с гальванической развязкой на оптронах вы, пожалуйста, прочитайте в выше указанной статье. Для более глубокого понимания принципа обработки сигнала с датчика тока R5, прочитайте так же и первоисточник в журнале Радиолоцман за явгуст месяц 2019г.

Питается схема от двухполярного источника напряжения величиной ±9 вольт. Можно и больше, но зачем неоправданные затраты энергии и лишняя нагрузка на микросхемы стабилизаторов. Микросхема DA1 LM7805 является стабилизатором положительного напряжения на уровне +5 вольт. Это напряжение необходимо для питания микроконтроллера PIC16F676, свухстрочного жидкокристаллического индикатора и сборки операционных усилителей микросхемы DA6, DA7, DA3 и DA4. Все эти ОУ размещены в одном корпусе микросхемы LM324. Эту микросхему можно заменить отечественным аналогом 1401УД2. От этого же напряжения +5В питается и стабилизатор AMS1117-1.2. С выхода данного стабилизатора напряжение величиной 1.2 вольта подается на резистивный, R10 и R11, регулируемый делитель. Со среднего вывода резистора R10 снимается опорное напряжение для АЦП микроконтроллера величиной 1.023В. Микросхема DA2 это стабилизатор отрицательного напряжения -5В. Конденсаторы С1, С2, С5, С7, С8, С9, С10, С11 – блокировочные конденсаторы. Конденсатор С11 при монтаже схемы необходимо размещать в непосредственной близости к выводам питания контроллера.

Основной функцией прибора является измерение тока в цепях с повышенным напряжением. Данный экземпляр предназначался для измерения тока в цепи с напряжением сто вольт. При соблюдении всех правил высоковольтного монтажа можно измерять ток в цепях и с более высоким напряжением. Но при этом потребуется подбор гасящего резистора R2 на схеме (Рисунок 1), чтобы ток, протекающий через светодиоды оптронов U1 и U2, был равен 2мА. Чтобы получить гальванически изолированный амперметр, необходимо нижний конец резистора R2 соединить не с общим проводом прибора, а с земляным проводом того узла схемы, в которой измеряется ток. На печатной плате для этого предусмотрено место для контакта.

Измерение тока в цепях с повышенным напряжением потребует применение более мощного гасящего резистора. Например: U = 300В ; необходимый ток – 0,002А. P = I•U = 0,6Вт. Это без учета падения напряжения на светодиодах оптронов.

Амперметр имеет два предела измерения тока: первый – от 0… 999мА; второй – от 1,00А до 9,99А. При этом показания тока во втором диапазоне измерения будут иметь разрешение 10мА на один младший разряд.

Настройка прибора

При условии полной работоспособности пробора сначала резистором R10 выставляем напряжение на выводе RA1, ножка 12, микроконтроллера DD1 величиной 1,023В. Затем, резистором R18 добиваемся на выводе 14 ОУ DA4 нулевых показаний контрольного вольтметра. ОУ DA4 это масштабирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. Пропускаем ток порядка 500мА через шунт, контролируя его поверенным амперметром. Вращая ось многооборотного резистора R23, добиваемся одинаковых показаний обоих амперметров. Увеличиваем ток через шунт, пока не сменится диапазон измерения. И резистором R8 опять выставляем одинаковые показания.

Вход для измерения напряжения в цепи шунта используется только в случае, когда резистор R2 непосредственно соединен с общим проводом амперметра. (Предел измерения напряжения – до ста вольт. Можно сказать, что он высоковольтный по отношению к напряжениям питания современной электроники – 1,8В; 3,3В; 5,0В.) В этом случае вход U соединяют с точкой 5 схемы. Резисторы R1 и R4 представляют собой делитель напряжения 1 к 100. Я не ставил подстроечного резистора, а просто подобрал из кучи резисторов пару с соотношением величин 1 к 100. Резистор R3 и конденсатор С7 это цепь фильтра. В связи с тем, что опорное напряжение для АЦП контроллера выбрано всего 1,023 вольта и коэффициент деления входного напряжения большой, вольтметр в этой схеме имеет большую нелинейность в области малых величин измеряемого напряжения.

Схема преобразователя ток – напряжение работает с сигналами малой величины, поэтому необходимо иметь «чистые» напряжения питания и в случае нестабильности показаний предусмотреть экранирование платы амперметра.
Внешний вид смотрим ниже.

Скачать файлы проекта