Амперметр переменного тока AD736 и ACS712
Амперметр действующих значений переменного тока 30А
В статье рассмотрена схема амперметра действующих (среднеквадратичных) значений переменного тока. Основой схемы является датчик тока (модуль)на основе микросхемы ACS712ELCTR-30A-T. Модуль за недорого можно приобрести на AliExpress. Этот модуль уже был использован в амперметре постоянного тока, схема которого была рассмотрена в статье «Амперметр на микросхеме ACS712». Максимально измеряемый ток амперметром равен тридцати амперам. Схема амперметра приведена на рисунке 1.
В качестве индикатора в амперметре применена измерительная головка с током полного отклонения стрелки сто микроампер с гасящим резистором R6.
Работа схемы
При подаче на вывод 1 микросхемы стабилизатора DA2 LM7805 напряжения питания минимум 7,5 В на ее выходе 3 должно появиться напряжение 5 вольт. Это напряжение необходимо для питания микросхем измерительной части устройства – DA3, DA4, DA5. Микросхема DA3 является преобразователем переменного входного напряжения в постоянное напряжение, равное по величине действующему значению переменного на входе. Микросхема DA4 – усилитель выходного сигнала для измерительной головки и он же является масштабирующим усилителем. Микросхема DA5 – конвертор положительного напряжения +5 вольт в отрицательное напряжение -5 вольт. Отрицательное напряжение необходимо для нормальной работы микросхемы DA3. ОУ DA4 в принципе может работать и с однополярным источником питания, но тогда будет большая нелинейность в показаниях при малых измеряемых токах.
При прохождении переменного тока нагрузки через датчик на его выходе появляется переменное напряжение пропорциональное этому току. Для датчика с микросхемой ACS712ELCTR-30A-T коэффициент преобразования тока в напряжение равен 66мВ/А. Таким образом, при тридцати амперах тока нагрузки на выходе мы получим 66мВ х 30А = 1980мВ = 1,98В. А максимальное входное напряжение микросхемы AD736 равно 0,2В. Поэтому в схему введен резистивный делитель, состоящий из R1 и R2, с коэффициентом деления 10 : 1. С выхода DA3, вывод 6, сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя DA4 – LM358N. На его выходе стоит конденсатор фильтра С9. Коэффициент передачи данного усилителя зависит от соотношения резисторов R3 и R5. Регулируют данный коэффициент с помощью резистора R3. С выхода усилителя сигнал подается на вольтметр, состоящий из измерительной головки и добавочного сопротивления R6. Теперь немного посчитаем. При токе нагрузки, равному 30А, на выходе усилителя у нас должно быть 3 вольта. Шкала прибора в этом случае будет от нуля до тридцати. Значит, рассчитаем гасящий резистор на это напряжение.
У меня в распоряжении измерительная головка на 100мкА с сопротивление рамки 1200 Ом. Rдоб = (3В – 0,0001А х 1200 Ом) / 0,0001А = 28800 Ом ≈ 30кОм. Для моей головки R6 будет равен 30кОм. Как нарисовать новую шкалу к данному амперметру, можно узнать из статьи «Самодельная шкала приборов».
Настройка прибора
Для настройки данного амперметра нам потребуется контрольный амперметр действующих значений переменного тока или мультиметр, имеющий амперметр переменного тока с функцией RMS. Я пользуюсь UT71D. И так, включаем контрольный амперметр и наш амперметр, например, в цепь чайника скоропостижного разогрева. У них мощность до двух киловатт, для настройки как раз подойдет. Так, сперва прикинем, что у нас будет с уровнями сигнала. С чайником в 2 кВт в цепи протечет ток = 2000Вт/220В ≈ 9А. На выходе ACS712 мы будем иметь = 66мВ/А х 9А = 0,6В. После делителя, на входе DA3, у нас должно быть переменное действующее (RMS)напряжение 0,06В . На выходе DA3 должно быть постоянное напряжение такого же значения – 0,06В. Это входное напряжение для масштабирующего усилителя DA4. На выходе этого усилителя мы должны иметь уже 0,9В. Это будет соответствовать девяти делениям нашей шкалы. Таким образом, коэффициент усиления ОУ должен быть равен 0,9/0,06 = 15. Таким образом, резистор R3 должен иметь значение в районе = 100кОм /15 = 6,66кОм. По уровням у нас все сошлось, теперь резистором R3 точно выставляем значение измеряемого тока в соответствии с показаниями контрольного амперметра.
Вместо модуля с микросхемой ACS712ELCTR-30A-T можно применить другие модули с микросхемами, рассчитанными на тока 5 и 20А при неизменной принципиальной схеме. Соответствующие коэффициенты преобразования для этих микросхем составляют 185 мВ/А, 100 мА/A. Все уровни и соотношения вы уже знаете, поэтому, я думаю, ни каких сложностей возникнуть не должно.
В качестве блока питания можно использовать любой маломощный БП. Можно использовать зарядное от телефона с выходным напряжение не менее 7,5 вольт. Так как измеряемая цепь имеет гальваническую развязку с измерительной частью амперметра, то можно применить и бестрансформаторный блок питания.
Успехов, удачи. К.В.Ю.