آموزش اندازه گیری جریان به روش شنت

برای اندازه گیری جریان روشهای مختلفی مثل استفاده از ترانس جریان , اندازه گیری میدان مغناطیسی سیم یا روش اثر هال وجود دارد.در این اموزش قصد اندازه گیری جریان با یک روش ارزان قیمت به اسم مقاومت شنت را داریم.مقاومت شنت یک مقاومت بسیار کم اهم (10 اهم , 1 اهم, 0.1 اهم یا کمتر وابسته به نیاز کاربر) سری شده با بار می باشد که در صورت اتصال بار جریان عبوری از بار از مقاومت شنت نیز می گذرد و به دلیل پایین بودن مقاومت شنت افت ولتاژ دو سر ان بسیار کم می باشد.

در صورت افزایش جریان عبوری از بار افت ولتاژ روی مقاومت شنت ممکن است زیاد شود و در اینصورت ولتاژ کمتری به بار خواهد رسید, در جاهای حساس که باید ولتاژ با مقدار مناسب به بار برسد باید مقاومت شنت کمتر در نظر گرفته شود که حداکثر جریان عبوری از مدار باعث افت ولتاژ پایین روی مقاومت شنت شود.

اگر فرض کنیم کمترین مقدار مقاومت بار ما 10 اهم باشد در اینصورت حداکثر جریان از مدار عبور خواهد کرد.در دو شاخه مختلف مقاومت شنت با مقدار متفاوت قرار داده شده است.در شاخه ای که مقاومت شنت 1 اهم است افت ولتاژ تقریبا 1 ولت خواهد بود و این باعث می شود ولتاژ 11 ولت به بار برسد و در شاخه دوم که مقاومت شنت را 0.1 اهم انتخاب کرده ایم افت ولتاژ تقریبا 0.11 ولت خواهد بود.

ولی در کم کردن مقدار مقاومت شنت باید دقت شود زیرا خواندن ولتاژ های پایین تر توسط ADC میکروکنترلر (در صورت استفاده از مدار دیجیتالی) سخت یا ناممکن خواهد بود.برای مثال برای میکروکنترلر AVR که مبدل انالوگ به دیجیتال ان دقت 10 بیتی دارد کم ترین ولتاژی که می تواند تشخیص دهد 4.8 میلی ولت خواهد بود.

Minimum Voltage => Refrence Adc / Resolution => 5 / 1024 = 4.8mv

یا در صورت استفاده از مدار انالوگی (اپ امپ) یک حداقل ولتاژ برای تشخیص نیاز است.

در شاخه ای که مقاومت را 0.1 اهم انتخاب کنیم در حداکثر جریان عبوری بار ولتاژ تقریبا 0.11 ولت افت خواهد کرد که به راحتی قابل تشخیص است ولی اگر جریان کمتر از شنت بگذرد طبق قانون اهم (V = R * I)  ولتاژ کمتری نیز روی مقاومت شنت افت خواهد کرد که کار تشخیص و خواندن ولتاژ را سخت تر می کند.

فرض کنیم مقدار مقاومت بار ما تا 400 اهم می تواند زیاد شود بنابراین جریان عبوری ان به کمترین حد رسیده و ولتاژ روی شنت نیز کمترین مقدار خواهد داشت که در اینجا ولتاژ مقاومت شنت 3 میلی ولت خواهد شد کار را برای خواندن ولتاژ سخت تر خواهد کرد.

برای حل مشکل باید ولتاژ افت کرده روی مقاومت شنت را توسط اپ امپ تقویت کنیم.

در اینجا ما از اپ امپ OP07 که اپ امپی با افست پایین می باشد استفاده کرده ایم و همچنین تقویت کننده را در ارایش تفاضلی قرار داده ایم تا نویز مدار را حذف کند.

برای تقویت اختلاف ولتاژ دو پایه اپ امپ باید مقاومت R2 و R4 با هم برابر (و همچنین دو مقاومت فوق بهره تقویت را مشخص می کنند که در اینجا بهره اپ امپ را 40 در نظر گرفته ایم) و همچنین مقاومتهای R1 و R3 با هم برابر باشند.پایه منفی اپ امپ به زمین وصل شده است و ولتاژ ان صفر است ولی در عمل اینگونه نیست و ممکن است بخاطر طولانی بودن مسیر زمین مقاومت مسیر GND زیاد شود و ولتاژ بسیار کمی روی ان افت کند که این ولتاژ و همچنین نویز مشترک دو پایه ورودی توسط اپ امپ حذف خواهند شد.همین طور که در تصویر مشخص است ما توانستیم ولتاژ ضعیف را توسط اپ امپ به 121 میلی ولت افزایش دهیم و می توانیم توسط ADC میکرکنترلر این ولتاژ را اندازه بگیریم.در صورت خواندن ولتاژهای پایین باید مقاومتهای اپ امپ را با دقت 1 درصد در نظر بگیریم تا تلرانس بهره مدار به حداقل برسد.

فرض کنیم ADC میکروکنترلر ما ولتاژ 121 میلی ولت را می خواند برای رسیدن به جریان واقعی عبوری از شنت باید 121 میلی ولت را تقسیم بر بهره اپ امپ کنیم تا به ولتاژ واقعی دو سر شنت برسیم:

121mv (opamp output) / Gain = 3.025mv

متفاوت بودن اندکی اختلاف ولتاژ بخاطر تاثیر افست اپ امپ بوده برای همین برای افزایش دقت باید اپ امپی با افست پایین انتخاب شود.

سپس ولتاژ بدست امده را تقسیم بر مقاومت شنت می کنیم تا جریان عبوری از بار بدست بیاید:

VShunt / RShunt = Current
3.025 mv / 0.1 = 30.25 mA

 

در عمل ممکن است بخاطر تلرانس مقاومتها و همچنین افست اپ امپ و یا پایین بودن دقت ADC اختلاف جریان بدست امده با جریان عبوری واقعی بیشتر شود.

برای اندازه گیری جریان و تست مدار در عمل یک سخت افزار اماده گردیده که در انتهای مطلب فایل شماتیک و pcb آن را می توانید دانلود کنید.ابتدا بخشهای شماتیک را به صورت کلی توضیح می دهیم:

ورودیهای مدار برای اتصال تغذیه مثبت و منفی 12 ولت (پلاریته مثبت و منفی منبع تغذیه در صورت استفاده از دو منبع تغذیه (با خروجی مثبت) برای ساخت تغذیه متقارن در زیر مشخص شده است)

برای تولید ولتاژ دلخواه برای دادن به بار مدار زیر در نظر گرفته شده است (تنظیم ولتاژ خروجی از طریق پتانسیومتر PO1)

بخش اتصال بار :

1 – برای خواندن ولتاژ خروجی یک تقسیم مقاومتی قرار داده شده است تا میکروکنترلر(در صورت استفاده) در ولتاژ بالا اسیب نبیند.

2 – ترمینال اتصال بار به برد

3 – محل اتصال مقاومتهای شنت(در صورت نیاز می توانید یکی یا هر دو را استفاده نمایید.)

*_ آوردن خازن های نویزگیر و تثبیت کننده ولتاژ به بخش مورد نظر در صورت اتصال جامپر

 

 

برای بررسی عملکرد دو تقویت کننده معمولی و تفاضلی را به سر مقاومت شنت متصل کرده ایم تا تفاوت دو تقویت کننده معمولی و تفاضلی را در عمل مشاهده نمایید.

 

دانلود شماتیک و PCB مدار

 

دیدگاهتان را بنویسید!

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

گیل الکترونیک
سبد خرید
empty basket

هیچ محصولی در سبد خرید نیست.