Пристрій для вимірювання електричного струму

Пристрій для вимірювання електричного струму, що містить аналого-цифровий перетворювач, який відрізняється тим, що в нього введено дванадцятирозрядну вихідну шину, яка з'єднана з аналого-цифровим перетворювачем, мікропроцесорний контролер, перші десять виходів якого підключені до десятирозрядної вихідної шини, другі три виходи з'єднані з трирозрядною вихідною шиною, треті два виходи підключені до дворозрядної вихідної шини, а п'ятий вихід з'єднаний з першим входом 3 28957 маса ускладнюють їх використання в портативних пристроях. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пристрою для вимірювання електричного струму, в якому за рахунок введення нових блоків та зв'язків між ними з'являється можливість вимірювання змінного та постійного струму, нормування похибки вимірювання струму в широкому діапазоні, підвищення точності на початку вимірювального діапазону, і значне зменшення габаритних розмірів. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для вимірювання електричного струму, який містить аналого-цифровий перетворювач, введено дванадцятирозрядну вихідну шин у, яка з'єднана з аналого-цифровим перетворювачем, мікропроцесорний контролер, перші десять виходів якого підключені до десятирозрядної вихідної шини, другі три ви ходи з'єднані з трьохрозрядною вихідною шиною, треті два виходи підключені до двохрозрядної вихідної шини, а п'ятий вихід з'єднаний з першим входом аналого-цифрового перетворювача, який своїми першими дванадцятими входами підключений до дванадцятирозрядної вихідної шини, а третій вхід з'єднаний з виходом аналого-цифрового перетворювача, цифро-аналоговий перетворювач, перший вихід якого підключений до другого входу аналого-цифрового перетворювача, другий ви хід якого з'єднаний з другим входом мікропроцесорного контролера, а вхід підключений до четвертого входу останнього, який з'єднаний з мікропроцесорним контролером через десятирозрядну вихідну шину, сенсор струму, послідовно підключений до вимірювального кола, принцип роботи якого заснований на ефекті Холла, ви хід якого з'єднаний з третім входом аналого-цифрового перетворювача, цифровий потенціометр, вхід якого підключений до виходу сенсора струму, персональний комп'ютер. На Фіг.1 подана структурна схема пристрою для вимірювання електричного струму, на Фіг.2 представлено алгоритм роботи пристрою для вимірювання електричного струму. Пристрій містить: 1 - сенсор струму, 2 аналого-цифровий перетворювач, 3 - цифровий потенціометр, 4 цифро-аналоговий перетворювач, 5 - мікропроцесорний контролер, 6 - послідовний інтерфейс, 7 - персональний комп'ютер, 8 - дванадцятирозрядна вихідна шина, 9 - десятирозрядна вихідна шина, 10 трьохрозрядна вихідна шина, 11 - двохрозрядна вихідна шина, 12 - системний канал. При цьому мікропроцесорний контролер 5, перші десять виходів якого з'єднані з десятирозрядною вихідною шиною 9, що підключена до цифроаналогового перетворювача 4, перший вихід якого з'єднаний з другим входом аналого-цифрового перетворювача 2, вихід якого підключений до третього входу мікропроцесорного контролера 5, а другий вихід цифро-аналогового перетворювача 4 з'єднаний з другим входом мікропроцесорного контролера 5, другі три ви ходи останнього підключені до трьохрозрядної вихідної шини 10, що з'єднана з цифровим потенціометром 3, вхід 4 якого підключений до виходу сенсора струму 1, що послідовно ввімкнений у вимірювальне коло, вихід якого з'єднаний з третім входом аналогоцифрового перетворювача 2, треті два виходи мікропроцесорного контролера 5 підключені до двохрозрядної вихідної шини 11, що з'єднана з послідовним інтерфейсом 6, що підключений до персонального комп'ютера 7 через системний канал 12, четвертий ви хід мікропроцесорного контролера 5 з'єднаний з входом цифроаналогового перетворювача 4, а п'ятий вихід підключений до першого входу аналого-цифрового перетворювача 2. Пристрій працює наступним чином. Після подачі напруги живлення сенсор струму 1 формує на своєму виході сигнал напруги Ux, значення якої пропорційне струму І х у вимірюваному колі, що поступає на третій вхід аналого-цифрового перетворювача 2. Одночасно з цим мікропроцесорний контролер 5 формує на своїх други х трьох ви ходах сигнали настройки цифрового потенціометра 3 на мінімально допустимий опір Rm mim на своїх перших десяти виходах формує логічні одиниці, а на своєму четвертому ви ході формує сигнал на запуск перетворення цифро-аналогового перетворювача 4, після завершення якого на першому виході останнього сформується максимально можлива напруга Uon max, а на другому ви ході сигнал про завершення цифро-аналогового перетворення, після чого мікропроцесорний контролер 5 сформує на своєму п'ятому виході сигнал на запуск перетворення аналого-цифрового перетворювача 2, після завершення якого на виході останнього сформується сигнал про завершення аналогоцифрового перетворення. Після чого мікропроцесорний контролер 5 зчитає значення двійкового коду Nx з своїх перших дванадцяти входів, по якому визначається поточне значення напруги Ux на третьому вході аналого-цифрового перетворювача 2, за формулою: U (1) Ux = N x × on , 2n де n розрядність аналого-цифрового перетворювача 2; Uon - опорна напруга аналого-цифрового перетворювача 2, що рівна напрузі на першому виході цифро-аналогового перетворювача 4, і визначається за формулою: U on ЦАП U on = × z 0 × 2 0 + z1 × 2 1 + ... + z n-1 × 2 n -1 , (2) 2n - 1 , де Uon ЦАП - опорна напруга цифро-аналогового перетворювача 4, яка рівна максимально можливій опорній напрузі Uon max аналогоцифрового перетворювача 2; z0 , z1, ... zn , - значення двійкового код на виході аналого-цифрового перетворювача 2. При відомому Ux значення вимірюваного струму визначається наступним чином: Ux (3) Ix = , Rm × k де k - коефіцієнт перетворення сенсора струму 1; Rm - опір цифрового потенціометра 3, ( ) 5 28957 і передається в персональний комп'ютер 7 через послідовний інтерфейс 6 для подальшої обробки та представлення. Після чого значення вихідної напруги Ux сенсора струму 1 порівнюється з максимально можливою опорною напругою Uon max аналогоцифрового перетворювача 2, у випадку, якщо справедливою є нерівність: (4) Ux £ Uon max, то перевіряється наступна умова: (5) Ux ³ Uon min . Якщо умова (5) вірна, то на перших десяти виходах мікропроцесорного контролера 5 сформується поточний десятковий код Nx, який окрім цього записується у вн утрішню пам'ять останнього, після чого на його четвертому виході сформується сигнал запуску перетворення цифроаналогового перетворювача 4, після завершення якого на першому виході останнього сформується відповідна двійковому коду напруга, а на його другому ви ході сформується сигнал про звершення цифро-аналогового перетворення. Після цього на п'ятому виході мікропроцесорного контролера 5 сформується сигнал на запуск перетворення аналого-цифрового перетворювача 2, після завершення якого на виході останнього сформується сигнал про завершення аналогоцифрового перетворення. Після чого мікропроцесорний контролер 5 зчитає значення двійкового коду Nx з своїх перших дванадцяти входів, і далі процес обрахунку і перевірки повторюється. Якщо умова (5) не виконується, то перевіряється наступна умова: RmRm min (7) якщо умова (7) справедлива, то на други х трьох вихода х мікропроцесорного контролера 5 формується сигнал настройки цифрового потенціометра 3 на зменшення опору на одну дискретну одиницю, а на перших десяти виходах мікропроцесорного контролера 5 сформується десятковий код, що рівний значенню Nx з попередньої ітерації. Якщо умова (7) не виконується, то на перших десяти виходах мікропроцесорного контролера 5 сформується десятковий код, що рівний значенню Nx з попередньої ітерації. Далі процес повторюється. 6