Испытание датчиков напряжения и тока

Лабораторная работа №9

«Испытание датчиков напряжения и тока »

Цель работы: Определить передаточные характеристики и оценить погрешность датчиков тока и напряжения с гальванически изолированными цепями входа и выхода.

Перечень аппаратуры

Краткие теоретические сведения .

Порядок выполнения работы.

1. Изучить блок датчиков тока и нагрузки.

Лабораторная установка и электрическая схема соединений.

При выполнении работы используется блок датчиков тока и напряжения А8 (402.4) рисунок - 1. В блок встроены испытываемые датчики с необходимыми шунтами или делителями напряжения и источниками питания. На вход испытываемого датчика подается постоянное или переменное напряжение или ток от источника питания А1 (216.1). Выходной сигнал датчиков измеряется мультиметром (блок А3, 509.3).

1. Рисунок - 1. Блок датчиков тока и напряжения.

1 – Датчик тока с преобразователем Холла LTS 6-NP;

1. 2 – Датчик тока с опторазвязкой на основе микросхемы HCPL7840;

2. 3 – Датчик напряжения с опторазвязкой на основе микросхемы HCPL7840;

3. 4 – Трансформатор напряжения;

4. 5 – Трансформатор тока АС1005.

5. Датчики 1, 2 и 3 (рисунок - 1) питаются от встроенных в блок А7 источников питания +5 В. При испытании этих датчиков необходимо включить выключатель «Сеть» блока датчиков тока и напряжения.

Схемы электрические соединений при испытании датчиков тока и напряжения показаны на рисунок - 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. На всех схемах входной сигнал датчика (напряжение или ток) поступает от источника питания А1 (216.1) и измеряется мультиметром MY60T блока А3 (509.3). Выходной сигнал датчиков измеряется мультиметром MY65 (блок А3). Однофазный источник питания G1 предназначен для безопасного питания блоков А1, А3, А8.

Компенсационный датчик тока с преобразователем Холла LTS 6-NP выполнен на магнитопроводе с 3 обмотками: две измерительных (3 витка на пределе 2А, 12 витков на пределе 0,5 А) и компенсирующая. Датчик Холла установлен в зазоре магнитопровода и измеряет его магнитный поток. На основе сигнала датчика Холла следящая система автоматического регулирования задает ток компенсирующей обмотки так, чтобы магнитный поток в магнитопроводе был равен 0. Датчик работает как на постоянном, так и на переменном токе. Выходной сигнал датчика – напряжение, изменяющееся в диапазоне ±0,625+2,5 В. Частотный диапазон датчика 0…100 кГц (погрешность 6%). Измерительные обмотки датчика можно использовать одновременно для вычисления суммы или разности двух токов. Подробное описание датчика приведено в файле
lts6-np.pdf.

2. Собрать схему электрического соединения .

Схема испытания датчика LTS 6-NP представлена на рисунок - 2. Мультиметр MY60T блока А3 измеряет ток на входе датчика, а мультиметр MY65 – напряжение на выходе датчика. Источник питания А1 задает постоянный или переменный ток в цепи из последовательно соединенных резистора 2 Ом (установлен в блоке А1), обмотки датчика тока (блок А8), входа измерения тока мультиметра MY60T (гнёзда A и COM, блок А3).

Рисунок - 2. Схема электрическая соединений при
испытании датчика тока с преобразователем Холла (LTS 6-NP).

На основе микросхемы с опторазвязкой HCPL7840 (описание - HCPL7840.pdf), выполнены датчики тока (рисунок - 3) и напряжения (рисунок - 4). На вход микросхемы подается напряжение с шунта (датчик тока) или с делителя напряжения (датчик напряжения). Микросхема имеет дифференциальный вход с номинальным диапазоном входных сигналов ±200 мВ и выходы: не инвертирующий - ±0,8+2,5 В и инвертирующий - 0,8+2,5 В. При измерении разности напряжений на выходах микросхемы постоянные составляющие вычитаются и выходной сигнал меняется в диапазоне ±1,6 В, т. е. номинальный коэффициент усиления микросхемы равен 8. Частотный диапазон микросхемы при погрешности не более 5% равен 0…20 кГц.

Датчик тока на основе HCPL7840 испытывается по схеме рисунок - 3. Источник питания А1 задает постоянный или переменный ток в цепи из последовательно включенных шунта датчика тока (блок А8) и входа измерения тока мультиметра MY60T (гнёзда A и COM, блок А3). Для облегчения регулировки тока датчик целесообразно подключить к выходу источника А1 через резистор 2 Ом (установлен в блоке А1).

3. Провести испытания согласно указаниям.

Указания по проведению эксперимента

Предварительные проверки и установки

• Проверьте схему электропитания блоков А1, А3, А8 и G1. Убедитесь, что выключатели «СЕТЬ» этих блоков отключены.

• Включите устройство защитного отключения и автоматический выключатель в однофазном источнике питания G1.

Для испытаний при постоянном напряжении (токе) установите выходное напряжение источника питания близким к 0:

• Подключите к выходу источника питания А1 (гнезда 9, 11 рисунок - 1) вход измерения напряжения одного из мультиметров блока А3 . Установите постоянное выходное напряжения источника А1 (тумблер 2 рисунок . 1.1) и соответствующий предел измерения мультиметра.

• Включите выключатель «СЕТЬ» блоков А1 (216.1) и А3 (509.3). Внимание! Мультиметр MY65 (блок 509.3) неработоспособен, если он включен при нажатой кнопке «HOLD». Кнопку «HOLD» необходимо отжать.

• По показаниям мультиметра установите ручкой «Ампл.» (8, рисунок . - 1) выходное напряжение источника А1 близким к 0 (диапазон -0,1…0,1 В для постоянного тока).

• Отключите питание блоков А1 (216.1) и А3 (509.3) выключателями «СЕТЬ» этих блоков.

Для испытаний при переменном напряжении (токе) установите частоту выходного сигнала источника А1:

• Подключите к выходу источника питания А1 (гнезда 9, 11 рисунок - 1) вход измерения напряжения мультиметра MY65 блока А3 . Установите переменное выходное напряжения источника А1 (тумблер 2 рисунок - 1) и предел измерения частоты на мультиметре MY65.

• Включите выключатель «СЕТЬ» блоков А1 (216.1) и А3 (509.3).

• Ручкой «Ампл.» (8, рисунок - 1) увеличьте выходное напряжение источника А1 для получения устойчивых показаний частоты. Тумблером 5 (рисунок - 1) выберите диапазон частоты источника, а ручкой «Частота» (6, рисунок - 1) установите значение частоты, при которой будет проводиться испытание датчика.

• Отключите питание блоков А1 (216.1) и А3 (509.3) выключателями «СЕТЬ» этих блоков.

• Ручкой «Ампл.» (8, рисунок - 1) источника А1 поверните против часовой стрелки до упора, т. е. установите минимальное выходное напряжение источника.

После завершения предварительных настроек

• Убедитесь, что выключатели «СЕТЬ» блоков А1, А3, А8 отключены.

• Соедините блоки в соответствии со схемой электрической соединений выполняемого эксперимента (рисунок - 2…8).

• Включите питания блоков А1, А2, А8.

• Проведите испытание датчика напряжения или тока (см. ниже).

• После завершения испытаний отключите питание всех блоков.

4. Собрать схему рисунок – 3.

Рисунок - 3. Схема испытания датчика тока с опторазвязкой
на основе микросхемы HCPL7840.

5. Провести испытания согласно указанию.

Испытание датчиков напряжения.

• Выполните предварительную подготовку блоков, используемых при испытаниях. Соберите цепь испытания датчика (рисунок - 4 или 5). Включите напряжение питания (см. выше описание предварительной подготовки эксперимента).

• Установите переключатель диапазонов выходного напряжения источника питания А1 (7. Рисунок - 1) в положение «20 В/0,5 А».

• Вращая регулятор выходного напряжения «Ампл.» источника питания А1 (8, рисунок - 1) установите несколько значений входного напряжения испытываемого датчика (мультиметр MY60T, блок А3). Измерьте при этих напряжениях выходной сигнал датчика (мультиметр MY65, блок А3) и занесите результаты измерений в таблицу.

При испытании на постоянном токе датчика на основе микросхемы HCPL7840 необходимо определить характеристику датчика, как при положительных, так и при отрицательных входных напряжениях.

Испытания при переменном напряжении необходимо выполнять на частоте 50 Гц. Может быть выбрана и иная частота в пределах частотного диапазона мультиметров блока А3: 50…400 Гц.

Испытания могут быть проведены как при синусоидальном, так и несинусоидальном напряжении. При испытании датчика на переменном напряжении (синусоидальном и несинусоидальном) амплитуда переменного напряжения на выходе источника питания А1 не может превышать максимального значения 20 В. Соответственно максимальное значение выходного напряжения источника по показаниям мультиметров составит

- для синусоидального напряжения В;

- для треугольного напряжения В;

- для прямоугольного напряжения В;

- для пилообразного напряжения В.

При определении максимальных значений напряжений учтено, что показания мультиметров, используемых для измерений, соответствуют средневыпрямленному значению измеряемого напряжения, умноженному на коэффициент формы синусоиды 1,11.

6. Собрать схему .

Испытание датчиков тока.

• Выполните предварительную подготовку блоков, используемых при испытаниях. Соберите цепь испытания датчика (рисунок - 2, 3, 6, 7 или 8) и подайте напряжение питания (см. выше описание предварительной подготовки эксперимента).

• Установите переключатель диапазонов выходного напряжения источника питания А1 (7. Рисунок - 1) в положение «5 В/1,5 А».

• Вращая регулятор выходного напряжения «Ампл.» источника питания А1 (8, рисунок1) установите несколько значений тока испытываемого датчика (мультиметр MY60T, блок А3), измерьте выходной сигнал датчика (мультиметр MY65, блок А3) и занесите результаты измерений в таблицу.

При испытании на постоянном токе датчиков LTS 6-NP и HCPL7840 необходимо определить характеристику датчика, как при положительных, так и при отрицательных входных токах.

Испытания при переменном токе необходимо выполнить на частоте 50 Гц. Может быть выбрана и иная частота в пределах частотного диапазона мультиметров блока А3: 50…400 Гц. Для трансформатора тока АС1005 номинальный диапазон частот 50…60 Гц, частотный диапазон датчиков LTS 6-NP и HCPL7840 существенно шире (0…100 кГц и 0…20 кГц соответственно).

При испытании датчиков на переменном токе (синусоидальном и несинусоидальном) необходимо учитывать, что показания мультиметров, используемых для измерений, соответствуют средневыпрямленному значению измеряемого тока, умноженному на коэффициент формы синусоиды 1,11. При синусоидальном токе приборы показывают его действующее значение. При треугольной и пилообразной форме тока показания прибора равны . При прямоугольной форме тока – .

Внимание! Не допускается превышать указанные для выбранного предела («20 В/0,5 A» или «5 В/1,5 А») напряжения и токи нагрузки источника.

7.Оформить отчет.

Отчет должен содержать :

1 Цель работы

2 Перечень аппаратуры

3 Электрическую схему соединения

4 Таблицу и результаты измерения

5 Вывод.

Вопросы для самопроверки :

1. Перечислить функции блоков.

2 .Перечислить режимы работ блока датчиков тока и напряжения.

3.Перечислить режимы работ датчика тока с преобразователем Холла (LTS 6-NP).

4.Перечислить режимы работ датчика тока с опторазвязкой
на основе микросхемы HCPL7840.

8.Вывод.

Литература:

1.Шишмарев В. Ю. Ш657 Типовые элементы систем автоматического управления : Учебник для сред. проф. Образования / Владимир Юрьевич Шишмарев . – М.: Издательский центр «Академия » , 2004.

2.Келим Ю. М. К32 Типовые элементы систем автоматического управления. Учебное пособие для студентов учреждения среднего профессионального образования . – М.: ФОРУМ : ИНФРА – М, 2004.

3.Берекашвили . В.Ш. Б48 Электронная техника : Учеб. Пособие для студ. сред. проф. Образования / В.Ш. Берекашвили , А.К.Черепанов. - М.: Издательский центр « Академия »,2005.

4.Красногорцев.И.Л. Датчики технологических параметров . Руководство по выполнению базовых экспериментов. ДТП.002 РБЭ ( 940.1 ) / под. ред. П.Н. Сенигова. – Челябинск: ИПЦ «Учебная техника », 2008.