САМЫЕ ПРОСТЫЕ ТОКОВЫЕ КЛЕЩИ

Автор: sathv
Опубликовано 08.03.2022
Создано при помощи КотоРед.

                                               САМЫЕ ПРОСТЫЕ ТОКОВЫЕ КЛЕЩИ

        Токовые клещи для измерения постоянного тока не входят в минимальный набор приборов радиолюбителя. Сначала на них жалко денег, а потом, если не занимаешься силовыми устройствами, привыкаешь обходиться обычным тестером. Но иногда неплохо контролировать ток при проверке или настойке схем не разрывая цепь питания. К тому же хочется приспособить датчик Холла для каких-нибудь более интересных измерений, чем счет числа оборотов. Так были сделаны "самые простые токовые клещи" на линейных датчиках Холла SS49E и кольцевом магнитопроводе от импульсного блока питания.

        Основные характеристики клещей:

- пределы измерений +/- 100, 500 и 2500мА (цена деления 10, 50 и 250 мА),

- стабильность показаний 5 мА, на нижнем пределе иногда требуется подстройка "ноля",

- есть изолированный выход датчика превышения (занижения) выставленного порога тока,

- питание от любого любого Li-Ion аккумулятора от сотового телефона.

        Перед описанием схемы должен отметить, что необходимо как можно точнее выполнять собственно "клещи"- раздвижные губки магнитопровода. Их смещение на одну-две десятых миллиметра безнадежно искажает результат измерений. Поэтому пришлось сделать самую простую механическую конструкцию,- небольшое кольцо, стянутое плоской и круглой пружинами. В него можно вставить провод диаметром до 5 миллиметров. Для магнитопровода взят кольцевой сердечник типоразмера 26х14х10 синего цвета, его проницаемость около 4000. Конструкция раздвижных губок клещей показана на рис.1.

Плоская пружина фиксирует половинки кольца около датчиков, круглая пружина (от бельевой зажимки) стягивает раздвигающиеся концы. Такая конструкция обеспечивает хорошую фиксацию половинок кольца и более-менее подвижна. На рис.2 видны разведенные половинки кольца и пружины, стянутые термоусадкой; на одной половинке намотана обмотка ООС (об этом ниже). Идеально подошел бы точный шарнир без люфта, но на него рассчитывать не приходится.

         Схема клещей показана на рисунке 3.

        Противофазный сигнал создают два датчика Холла SS49E, находящиеся в срезе кольца и расположенные "встречно" друг другу.  Это увеличивает дифференциальное напряжение на входе ОУ А1.1 в два раза и отчасти компенсирует нестабильность напряжения на выходе датчиков. При измерениях на нижнем пределе клещей напряжение на входе А1.1- порядка 100мкВ, напряжение на микроамперметре составляет сотни милливольт. Значит, общее усиление по постоянному току должно составлять около 1000 раз. Оно обеспечивается ОУ А1.1 и А1.2/А1.3 с противофазным выходом. В цепи обратной связи ОУ включены RC-цепи, формирующие ВЧ срез АЧХ на трех-пяти Гц. Частота среза должна быть малой,- ясно, что иначе помехи с частотами, кратными 50Гц, перегрузят тракт усиления. Эти ОУ охвачены и общей отрицательной обратной связью с помощью обмотки L1, расположенной на одной из частей кольца. Эта ООС действует в диапазоне десятков герц. Там усиление петли обратной связи снижается вышерассмотренными RC-цепями, но увеличивается за счет роста магнитной связи L1 с магнитопроводом, а значит и с датчиками Холла. В результате стрелка микроамперметра перестает дрожать как кончик хвоста рассерженного кота. Но здесь нельзя переборщить,- иначе колебания хвоста (стрелки) будут незатухающими и перейдут в возбуждение. Глубина магнитной ООС регулируется сопротивлением R3. Показания прибора также стабилизируются двумя симметричными RC-цепями (ФНЧ)  (1,5КОм/4,7мкФ), включенными на противофазном выходе А1.2/А1.3. Диоды, включенные параллельно микроамперметру, защищают его от выбросов напряжения.  Диапазоны прибора устанавливается переключателем S1. В положении 2,5А добавлен конденсатор 2,2мкФ, чтобы частота среза не слишком повышалась.

          Показания клещей достаточно стабильны, поэтому оказалось возможно добавить пороговую сигнализацию завышения (занижения) значения измеряемого тока, выставляемого потенциометром R2. Для этого используется ОУ А1.4, TL431- в качестве компаратора с опорным напряжением 2,5В и  4N33 как оптический изолятор. Потенциометром R2 регулируется порог открывания выходного транзистора оптопары. Работа узла сигнализации показана в модели для Proteus'а, приложенной к заметке (модель не повторяет схему в точности). Для наглядности вместо датчиков Холла там использован генератор низкочастотного напряжения.

         Несмотря на простоту электрической схемы и полунавесной монтаж, стабильность усиления и ноля этакой "квазисимметричной" сборки из SS49Eх2 + ОУLM324х3 оказалась хорошей. Будучи приведенной к выходным пределам измерения клещей она не превышает одного миллиампера. Если бы удалось собрать хороший магнитопровод, то можно было добавить диапазон +/-50мА или +/- 20мА. Но механика не позволила . . .   Результат упорных экспериментов показан на рис.4 и 5. На контактную колодку около микроамперметра выведен изолированный транзистор оптопары, он защищен диодом от переполюсовки.

Все вопросы в Форум.