АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

​AUTOMATED STAND FOR MEASURING POWER SUPPLY PARAMETERS

Timur Gilemkhanov

Master's student, Kazan National Research Technological,

Russia, Kazan

Vladimir Petrovskii

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Kazan National Research Technological,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлены результаты разработки автоматизированного стенда измерения параметров источников электропитания. Смоделированы измерительные каналы стенда измерения параметров источников электропитания каналов. Такие как канал измерения напряжения, тока, переменной составляющей напряжения. Вычислена погрешность измерения каналов.

ABSTRACT

This paper presents the results of the development of an automated stand for measuring the parameters of power sources. The measuring channels of the stand for measuring the parameters of the power supply sources of the channels are modeled. Such as a channel for measuring voltage, current, variable voltage component. The channel measurement error is calculated.

Ключевые слова: автоматизация, измерительный канал, датчик тока, усилитель.

Keywords: automation, measuring channel, current sensor, amplifier.

При проведении моделирования пользовались схемотехнической среды для моделирования и анализа схем аналоговой, цифровой и силовой электроники Multisim. Данный программный пакет содержит в своем составе виртуальный блок АЦП и ЦАП. Оба компонента являются 8 разрядными. А также операционные усилители.

Моделирование канала измерения напряжения

Измерительный канал состоит из блока масштабирования (БМ), который реализован на двух операционных усилителях и 8-ми битном АЦП.

Измерительный канал измеряет входное и выходное напряжение стабилизатора. Входное напряжение стабилизатора равно 24В с пульсациями ±100мВ частотой 100 Гц. Выходное напряжение стабилизатора равно 12В с пульсациями ±5мВ частотой 100Гц.

Частота дискретизации АЦП выбрана в 10 раз больше измеряемого сигнала, т.е. 1000 Гц.

Минимальное входное напряжение, разрешаемое АЦП

Схема измерительного канала измерения напряжения представлена на  рис. 1. На вход измерительного канала подается постоянное напряжение для определения погрешности БМ.

Рисунок 1. Схема измерительного канала измерения напряжения

Оценим погрешность БМ:

С учетом коэффициента передачи:

Погрешность АЦП определяется только его разрядностью, т.к. АЦП при моделировании идеализированный [1].

Погрешность измерительного канала

Моделирование канала измерения переменной составляющей напряжения

Измерительный канал состоит из блока масштабирования БМ, который реализован на операционном усилителе и 8-ми битном АЦП. Схема канала измерения переменной составляющей напряжения представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Схема измерительного канала измерения переменной составляющей напряжения

Для измерения переменной составляющей сигнала амплитудой ±5мВ переменная составляющая отделяется от постоянной с помощью разделительного конденсатора перед масштабирующем блоком, построенном на операционном усилителе. Для того чтобы не использовать АЦП с более высокой разрядностью, применен усилитель входного сигнала. Усилитель имеет коэффициент усиления равный 960. Опорные напряжения АЦП и ЦАП равны  .

При моделировании схемы измерительного канала используются идеализированные элементы. Поэтому погрешность измерительного канала определяется только разрядностью 8-ми битного АЦП, которая равна:

На рис. 3. Красным цветом показан сигнал функционального генератора, который состоит из постоянной и переменной составляющей. Зеленным цветом показан сигнал с выхода ЦАП. Сигнал с выхода ЦАП является переменной составляющей.

Рисунок 3. Осциллограммы с выхода функционального генератора (красный цвет) и с выхода ЦАП (зеленый зеленый)

На рис. 3. Красным цветом показан сигнал с выхода усилителя. Выходной сигнал с усилителя, это усиленная выделенная переменная составляющая. Зеленным цветом показан сигнал с выхода ЦАП.

Моделирование канала измерения тока

Измерительный канал состоит из резистивного датчика тока, блока масштабирования БМ, который реализован на операционном усилителе и 8-ми битном АЦП. Схема канала измерения тока изображена на рис. 4.

Преобразование тока в напряжение реализовано на резистивном датчике тока и дифференциальном усилителе, построенном на операционном усилителе.

Рисунок 4. Схема измерительного канала измерения тока

Первый канал осциллографа измеряет падение напряжения на токосъемном резисторе, второй канал подключен к выходу ЦАП.

На рис. 5 красным цветом показан сигнал с токосъемного резистора. Зеленым цветом показан сигнал с выхода ЦАП.

Рисунок 5. Осциллограммы сигналов с токосъемного резистора (красный) и с выхода ЦАП (зеленый).

Оценим погрешность измерительного канала.

Погрешность, вносимая токосъемным резистором, может быть оценена следуюшим образом

Погрешность АЦП определяется только его разрядностью, т.к. АЦП при моделировании идеализированный, поэтому

Тогда суммарная погрешность измерительного канала составит

Список литературы:

1. Канашов А., Косырев И. Автоматизация измерений параметров блоков питания // Силовая электроника. - 2017. - №3. С. 66-67.
2. Компания Тестприбор / документация Цифровой измеритель/анализатор параметров электропитания серии 66200/6630 [электронный ресурс]: http://www.test-expert.ru/news/detail.php?ID=528