Датчик наличия тока

[Enman]

в бытовой радиотехнике всё только прикидывается, а не расчитывается, потому как есть сложные точные расчёты и ими никто не пользуется, т.к. нет точных исходных данных или данные есть, но нет расчётов, да и критерии в задачах часто берутся по "средневзвешенным" умозаключениям. В данном случае, ты выбрал двойное уменьшение частоты 100 Гц, а сколько была сама эта гармоника ты даже не задумывался, и почему её ты решил давить в 2 раза, а не в 22 ?....поэтому этот конденсатор должен обеспечивать пульсацию выпрямленного напряжения меньше 10% (условно считается, что так электролитические конденсаторы работают долго). Потом от этого конденсатора зависит быстродействие твоей схемы контроля, насколько оно критично для твоих условий? и даже что такое быстродействие в данном случае - при изменении тока от 3 до 2 А, одна величина, при изменении от 30 до 2 А совсем другая...3300 мк может и секунды продержать норму на выходе....поэтому 100 мкФ - как среднепрактичное значение, осциллографом проверить пульсации на нём и пользуйся...

[abc]

У ACS712 при отсутствии тока на входе - ровно половина питания на выходе.
Там хоть 10 выпрямителей поставить - выпрямлять там уже нечего.
Микроконтроллер - с АЦП ? Тогда прямо производите замеры, нафиг там еще какие-то "выпрямления" ?
Если же АЦП у него нет и мерять ничего не надо, поставьте компаратор, настройте его порог чуть выше половины питания, ... всё.
Ток-то в цепи по-любому каждые пол-периода будет превышать это значение.

[ATV]

Доброго всем времени суток! Поставили передо мной подобную задачу - бесконтактно снять наличие или отсутствие тока в цепи. Условия работы правда нехилые: датчик должен оповестить об отсутствии тока не позднее, чем за 3мкс после пропажи оного в цепи. Либо это время может быть больше, но точность его должна быть на уровне десятков наносекунд. Это первое. Второе: датчик тока должен выдавать на выходе 0В при отсутствии тока в цепи и 5В при наличии оного. Диапазон токов - 0...5А. Третье: реально требуется еще и внести возможность регулирования порога срабатывания этого датчика. Полагается, что стоять он будет где-то на входе-выходе ЛЭП и порог (думаю) необходим для задачи значения емкостного тока в линии. Двумя такими датчиками полагается по какому-то алгоритму вычислить расстояние до обрыва ЛЭП (точной методики не знаю). Четвёртое (и самое жесткое): питание этого датчика тока должно быть либо пассивное, либо от 5 до 20В при токе (!) 5мА... То есть тонну всякого-разного не поставить. Пятое: диапазон рабочих температур: минус 50 ... плюс 50 град. Цельсия - не много, но и не мало.
Какие мои мысли и идеи по этому поводу:
1) На выходе никогда не будет +5В при наличии тока и питающем напряжении +5В, поскольку если полагается запитывать датчик в диапазоне напряжений от 5В до 20В, то без импульсного преобразователя здесь не обойтись. Причем очень хорошего. И даже в этом случае +5В не получится, если напряжение будет ниже 5,5В (к примеру), 4,95 или 4,9В - это скорее всего реально. При бОльших значениях питающего напряжения (6В и выше) это условие выполнится.
2) Из-за столь малой подводимой мощности накладывается серьёзное ограничение на количество активных элементов: по приблизительным прикидкам - это 3-4 ОУ, а может и менее.
3) Идея, которая пришла мне в голову: снять значение тока токовым трансформатором - без этого никак, (полагаю это переменка 50 или 400Гц, амплитудное значение на выходе транса сделать порядка 2В), далее его выпрямить двухполупериодным выпрямителем, это пульсирующее напряжение удвоенной частоты сдвинуть на некоторую величину по фазе (немного совсем) и завести оба значения сигнала (исходное и сдвинутое) на компараторы. Выходы компараторов завести на логический элемент "ИЛИ" (или "ИЛИ-НЕ"), таком образом компараторы будут работать попеременно на обоих полуволнах, и лишь истинное отсутствие тока даст на выходе 0В с задержкой, равной фазовой задержке сигнала. При такой схеме достаточно легко регулировать пороговое напряжение срабатывания компараторов (читай: значение емкостного тока). НО! Для выпрямления значения тока с ТТ не подойдет диодный мост, поскольку на нем упадет значительное напряжение (даже при применении диодов Шоттки) и в местах перехода сигнала через ноль будут образовываться значительные по длительности нулевые значения. Активный выпрямитель на ОУ - тема, но придется либо искать где-то двуполярное питание, либо сдвигать сигнал на середину питания ОУ (+2,5В) и делать двухполупериодный выпрямитель относительно +2,5В, получая на выходе пульсирующий сигнал удвоенной частоты, сдвинутый на +2,5В. Вариант? Вроде да, компараторы легко настроить на любое из значений выше +2,5В. Смущает одно: при таком раскладе получается уже минимум 4 ОУ (из них 2 компаратора) и 1 лог элемент. Это с учетом того, что фазовый сдвиг я организую пассивной цепью (например дифференциальной). Если пассивная цепь не подойдёт в данном случае, можно смело плюсовать еще один ОУ. 5 ОУ и 1 лог. элемент. Что-то мне подсказывает, что в 5мА я уже не умещаюсь....
Может кто сможет подкинуть еще какую-нибудь идейку?

[Flasher]

Тебе просто морочат голову. Когда рисуют такое ТЗ, обычно ищут что в голове у того, кто его нарисовал. И сразу же натыкаемся на кучу противоречий, бреда и банальной необразованности.

[ATV]

если бы... неоднозначностей много, но тот, кто дал мне это задание, уверен, что варианты решения есть и не один и они ему даже вроде бы известны.

Промоделировал кусок схемы с активным детектором - при однополярном питании ОУ ( и даже при двуполярном) и попытке сдвига исходного сигнала на +2,5В детектор не работает. При двуполярном питании и относительно нуля - работает отлично, получаю ту самую красоту в виде удвоенного по частоте пульсирующего напряжения. Но у меня нет возможности сделать отрицательное питание.
Можно конечно попробовать воспользоваться микроконтроллером, ловить те же переходы через среднюю линию, и если вдруг через какой-то ожидаемый промежуток времени один из компараторов не перевернулся, выставить единичку. Либо постоянно оцифровывать сигнал (накладно выходит). Но тут программирование, коим я не владею, да и контроллер необходим также ULP, дабы работал на микропотреблении. Либо задача настолько простая, что я не вижу очевидного решения, либо настолько сложная, что решение тут еще поискать капитально надо.

[Slabovik]

В "т.з." не указаны габариты прибора. Следовательно можно предполагать, что они не имеют значения. Также необходимо отметить явную ошибку - требование "от нуля". От нуля - это в принципе невозможно, т.к. ноль - это и есть отсутствие тока. Необходима реальная граница.
Тем не менее, под т.з. прекрасно вписывается обыкновенный стрелочный прибор, дооборудованный следующими вещами: а) лёгкой небольшой шторкой на кончике стрелки; б) щелевой оптопарой, расположенной в районе нуля шкалы.

Принцип работы: когда ток через катушку прибора не идёт, стрелка расположена на нулевой отметке шкалы. Шторка перекрывает световой поток оптопары, сопротивление датчика оптопары (на основе фототранзистора) -> бесконечности. Когда в цепи есть ток, стрелка отклоняется, открывая щель для прохождения светового потока, датчик оптопары резко снижает сопротивление.

[Flasher]

Стоп! Ток постоянка или переменка?
Чем думаешь снимать?
Если ТТ, то забудь о мгновенном пропадании.

[ATV]

Переменка 50 или 400Гц как я понимаю. Съем именно токовым трансформатором, про него "проговорился" человек, давший мне задание. У меня в связи с этим казус вышел, когда я спросил, через какое время ток может спасть до нуля ( я правда подумал про саму линию, а не про транс). Лучше бы не спрашивал, ибо мне сказали, что это школьный курс и посмотрели косо.
Транс, который выбрали под это дело - известен (почему именно его - не пояснили, вскорее всего конструктив), рассчитан на 30А, нагрузочный резистор однозначно придётся пересчитывать. Еще одно из требований: датчик должен выдерживать полуторакратное увеличение тока в цепи - то бишь 7,5А.

Соглашусь, что не от истинного нуля мерить надо. Как я уже писал, емкостной ток в сети ЛЭП имеет место быть, было оговорено что ноль - это 0,5% - то бишь 25мА. И этот порог должен регулироваться банально хоть подстроечником.

Стрелочный индикатор не подойдёт, т.к. насколько я понимаю - очень инерционный прибор и время его срабатывания будет зависеть от того, какой ток он в данный момент показывал: полная шкала - это одно время, половина - другое.

[Slabovik]

датчик должен оповестить об отсутствии тока не позднее, чем за 3мкс после пропажи оного в цепи.

При 50 Гц в сети данное требование выглядит более чем бредово. Не менее 20 мс ! Почему? Предлагаю подумать самостоятельно...

Стрелочный прибор вовсе не обязательно заставлять отклонять стрелку на всю шкалу. Достаточно лишь её сместить от щели оптопары (поставив ограничитель в нужном месте).

зы. Это может быть не стрелочный прибор вовсе, а электромагнитное реле, если хочется особого быстродействия, то герконовое Время срабатывания достаточно для 50 Гц... Небольшая обвязка, отсутствие необходимости отдельного тпитания - всё, что нужно для счастья

[Flasher]

У меня в связи с этим казус вышел, когда я спросил, через какое время ток может спасть до нуля ( я правда подумал про саму линию, а не про транс). Лучше бы не спрашивал, ибо мне сказали, что это школьный курс и посмотрели косо.

Я уже косо смотрю. Но на человека который так сказал. Ибо это правда-школьный курс. При прерывании тока в первичке накопленная энергия еще будет выкидывать во вторичку ток. И это не микросекунды...

[ATV]

Возможно всё это и бредовая затея, но требуют придумать оное. Определять наличие\отсутствие тока, да еще и с малым конечным временем срабатывания предполагается для нахождения обрыва в ЛЭП. Заказчик как-то точно-преточно будет синхронизировать по времени моменты пропадания тока, и по этим данным (судя по всему они всё же будут разные) считать, на каком расстоянии произошёл обрыв ЛЭП. Насколько разными будут эти времена - я даже приблизительно не знаю. Глядя на эти жёсткие требования, полагаю что очень небольшие.

По поводу герконового реле - мысль, но кажется её не одобрят

Я так понимаю, дабы время реакции уменьшить до минимума, необходимо использовать датчик Холла вместо ТТ?

Спойлер

Так как полагагается использование инерционного ТТ в качестве датчика съема поля, возможно что человек, давший мне это задание, мало знает или мало представляет себе то, как это всё будет работать. Честно не могу сказать. Прохожу сейчас таким образом "вступительный экзамен" на новое место работы. Поставили задачу, дали месяц продумать схему, просчитать и просимулировать, сделать рабочий макет. Я пока в растерянности, мысли есть, но в кучу всё собрать не получается. Либо я - нуб, либо что-то тут нечисто.

[Slabovik]

Я думаю, вам нужно уточнять т.з. прежде, чем что-то пытаться городить. Ибо то, что вы сейчас начинаете рассказывать уходит далеко в сторону от первоначального описания.

p.s. "Датчик холла" - это не просто датчик холла. По-видимому имеются ввиду т.н. токовые датчики на основе датчика Холла. Представляет собой сборку из собственно датчика Холла + схема, которая наружу выводит аналоговый пропорциональный току сигнал. Применяя эту схему непонятно, как вы опять собираетесь питаться...

p.p.s. Такое серьёзное оборудование, с которым модно подходить к ЛЭП на коленке не делается. Даже если вы вундеркинд, сертификацию и допуски никто не отменял....

[Flasher]

Для такой задачи- поиск обрывов- есть готовые анализаторы линий. Принцип действия- херачим импульс в линию и смотрим переотражения.
Если говорим о микросекундах- то точность нахождения обрыва- тысячи километров. Это следует из скорости распространения света.

[ATV]

Я думаю, вам нужно уточнять т.з. прежде, чем что-то пытаться городить. Ибо то, что вы сейчас начинаете рассказывать уходит далеко в сторону от первоначального описания.

p.s. "Датчик холла" - это не просто датчик холла. По-видимому имеются ввиду т.н. токовые датчики на основе датчика Холла. Представляет собой сборку из собственно датчика Холла + схема, которая наружу выводит аналоговый пропорциональный току сигнал. Применяя эту схему непонятно, как вы опять собираетесь питаться...

p.p.s. Такое серьёзное оборудование, с которым модно подходить к ЛЭП на коленке не делается. Даже если вы вундеркинд, сертификацию и допуски никто не отменял....

Да, чувствую надо уточнять.... Голова уже пухнет. Про ДХ - именно это и имел ввиду. Вы правы, с питанием там опять ерунда выходит.

Flasher именно об этом тоже думал, как и что собираются измерять этим датчиком - без понятия. Про анализаторы также читал, и как бы нового здесь сложно что-то изобрести. Такими анализаторами достаточно точно измеряют место до обрыва.
Возможно кто-то что-то только придумывает или проверяет какую-то теорию. Но при такой точности найти обрыв и правда будет сложно.


p.s. а про питание я похоже соврал: можно импульсником из 5В сделать 5В, верно?

[Slabovik]

Импульсником можно преобразовать энергию. Это значит, что из источника тока 5мА (утечка ЛЭП 10 кВ) можно получить 5-10-15 Вт мощности. А при 5 вольтах это уже много ампер. Но опять, при такой вводной - это не тривиальная задача (на коленке из готовых решений не собирается)... Да и даже с 10кВ я бы не баловался...

[ATV]

Итак, скорректированное ТЗ по этому датчику (по сути как выяснилось ТЗ никакого нет, всё на словах):
- Выходной сигнал с датчика - 0 - 5В (лог. "0" и лог. "1")
- Рабочий диапазон измерений - 0...5А
- Порог срабатывания датчика - 0,5% (25мА) - регулируемый
- Время срабатывания датчика - не более 1мкс (!) ***
- Напряжение питания датчика - 5...20В
- Ток питания датчика - не более 5мА
- Диапазон рабочих температур - минус 50 ... плюс 50 град.Цельсия
______________
*** - время срабатывания датчика может быть больше, возможно десятки миллисекунд, но оно должно быть фиксировано и с точностью не хуже 1мкс


Поговорил сегодня с челом, кто начинал эту тему, парнишке полгода назад дали эту задачу точно также при приеме на работу, решения он так и не нашел. Он шёл по тому же пути: пробовал выпрямлять, применять компараторы. Эти схемы были нерабочими. Один из вариантов с двумя компараторами вроде как дал приемлемую точность в 3мкс (хотя сейчас начальник 1мкс обозначил), но стоило измениться амплитуде с датчика - всё разъезжалось. Смоделированный им и собранный на плате активный выпрямитель давал задержку сигнала уже в десятки микросекунд. Выяснилось также что синус с ТТ имеет очень большие ВЧ шумы, которые тоже особо-то без задержки не пофильтруешь (получается выше 1МГц можно порезать, ниже - нет). К этому прибавляется еще тот факт, что реального сигнала с ТТ, подключенного к ЛЭП, никто не видел. Есть также информация, что по ЛЭП могут гнать какие-либо НЧ сигналы - в итоге там не синусоида получается, а промодулированное и зашумленное чёрт те что. И обрыв, смоделированный с данным ТТ выглядит не просто как резкое спадание тока (это очевидно), перед моментом размыкания возникает ВЧ помеха, амплитудой в 2-3раза превосходящей сигнал и частотой выше 1МГц. Это моделировалось на стенде: ТТ, нагрузка в виде утюга и ЛАТР. А каков будет сигнал на реальной ЛЭП - загадка. И я думаю так помимо прочего перед обрывом вполне возможно дуга гореть будет (не исключено). Также как и неизвестно как ведет себя сигнал с ТТ при переключении нагрузки, когда эта синусоида должна изменить амплитуду.
Как вариант можно конечно взяться за контроллер (предположительно можно использовать техасовские из серии MSP430), обрабатывать сигнал на лету, придумывая сложные алгоритмы. АЦП только придётся внешний корячить, не ниже чем на 1МГц и скорее всего какой-то параллельный (ага, и еще с низким энергопотреблением. Не знаю существуют такие в природе вообще). Но это задача уже не на месяц....

Спойлер

Между тем начальник выразил своё недовольство тем, что парнишка рассказал мне свои соображения. Мол ему интересны мои соображения. Спросил, готова ли схема. На мой ответ, что в данной задаче не всё ясно и понятно, отговорился тем, что "надо уже брать паяльник и паять, паять. Пробовать разные варианты". Что-то я думаю, может мне другую контору искать уже? За месяц эту задачу на коленке не решить. Неизвестно поведение сигнала с ТТ в различных ситуациях. Как без этих данных что-то паять, даже моделировать - я не знаю.

[abc]

Если он так решительно предлагает "сесть и паять", значит, в природе ОНО где-то есть. Попросите его показать аналог, хоть какой-нибудь.
Если он усрется - шлите его лесом.
Если он найдет-таки этот аналог - тыкайте его носом, что ОНО спаяно не на коленке, и в ЕГО разработку вложены сотни/тысячи человеко-часов.

[Slabovik]

Я думаю, что под это т.з. можно легко просить снабжение. Т.к. во-1, диапазон "от -50°С" - это уже не гражданка, во-2, т.з. совершенно мутное, из чего следует, что делать можно вообще что угодно, во-3, уже было "требование" уже паять ...

В общем, для чего необходимо 1 мкс (а 1 мкс укладывается в одном периоде сетевой частоты 20 000 - двадцать тысяч раз). Это чистый бред.
Это перестанет быть бредом, если вдруг выяснится, что имеется в виду длительность переходного процесса на выходе датчика при переходе из 1 в 0 и обратно, тогда да, это легко достижимо (но опять - а нафига заострять на этом внимание?). Что же касается времени реакции на пропадание сетевого тока - оно никак не может быть менее, чем период-другой. По банальной причине - ток переменный. И ток совершенно не обязан быть синусоидальным, даже если напряжение в линии чистейшая синусоида. И переходный процесс при обрыве никто не отменял... В противном случае датчик будет срабатывать на каждый переход тока через 0, а это 100 раз в секунду...

Диапазон токов как раз больших проблем не вызывает. Проблему вызывает 5 мА при 5 вольтах питания. Опять что-то бредовое с потолка. Такое же бредовое (и позволяющее требовать дорогостоящий эксклюзив), как -50°С на этапе проектирования... Кстати, криокамера есть для испытаний изделия?

И наконец, т.з., выданное "на словах" в общем-то таковым не является. Ибо через неделю требование вдруг изменится до противоположного, а виноват будет разработчик. Необходимо документирование.

зы: на данный момент простейшее устройство, нормально работающее с приемлемым быстродействием - герконовое реле. Конечно, в совокупности с некоторой обвязкой, в т.ч. токовым трансформатором (без него вообще нельзя). Зато совершенно не требует доп.питания.

[Flasher]

Время срабатывания герконовых реле- миллисекунды.
ТЗ -бредятина полная.
Начальник-безграмотный даун.

[ATV]

Всем участвующим - огромное спасибо!

Поговорил сегодня еще на эту тему, со слов начальника - "всё просто, как апельсин". Есть ли подобные устройства - не знает, скорее всего нет. Общая его идея - если ток равен нулю более 1мкс - значит произошёл обрыв. Идея, вернее её кусок: выпрямить сигнал активным выпрямителем и ... Дальше пространственно-туманные рассуждения. Про аналоговую схему далее так ничего и не сказал. Потом предложил использовать контроллер, смотреть весь сигнал и анализировать его. Либо, как я уже сам при нем предложил, выпрямить, на компаратор - ловить нули, а 100Гц импульсы - на контроллер, на обработку. Про то, как выглядит сигнал с ТТ при обрыве и прочих переходных процессах сказал прямо: не знаю. Заказчик сказал, что ток у них просто исчезает и всё.

За идеи с контроллером я зацепился, выпросил даже пару месяцев на освоение оных, но... Набортные АЦП в предложенных им MSP430 никуда не годятся. АЦП нужно мегасемпловое (а лучше двух), чтобы что-то можно было увидеть там, а в контроллерах - 200кило максимум. Всё, идея номер раз, подающая надежды, потерпела крах. Внешнее АЦП не прикрутить - мощности контроллера не хватит для SPI-ного, а параллельное ни в какие ворота по питанию не пролезет.

Идея номер два вроде бы как-то должна с костылями заработать. От контроллера много и не надо: смотреть за компаратором, включать таймеры. Но не тут-то было! 1) частота сети плывёт в разрешенных по ГОСТу 0,2-0,4Гц (а это уже порядка 1-2мс!), значит надо следить за каждым периодом частоты и пересчитывать возможные времена задержек. 2)при использовании входной схемы "выпрямитель+компаратор" нужно во-первых как-то заставить устройство не реагировать на помехи вблизи нуля, ибо компаратор тогда там просто с ума сойдёт, а во-вторых (и это самое обидное, но очевидное) при изменении порога компарации или изменении амплитуды сигнала с ТТ, времена срабатывания разъедутся кто куда. И тут уже даже не знаю что делать. Мерить значение напряжения встроенным АЦП и что-то там пытаться корректировать? Может и получится, но алгоритм обработки я себе не представляю. И как в этом случае будет работать устройство, с какими задержками - никто наверное не скажет. Так что идея, после продумывания считай испарилась.

Flasher начальник-то вроде не безграмотный (как раз на днях грамоту выписали за заслуги перед конторой на какой-то выставке), но сдаётся мне он сам эту задачу с ходу не решит.

Изложу завтра ему свои мысли на эту тему. Не знаю, может пошлёт уже куда подальше с моими рассуждениями. )