Для измерения токов, особенно больших, удобнее не подключать амперметр в разрыв проводов (как в датчиках типа ACS712), а использовать токовые трансформаторы. Например катушку (ещё её называют пояс) Роговского. Представленный для самостоятельной сборки датчик позволяет измерять ток в двух диапазонах: 200 А и 2000 А. Катушка питается от одной батарейки 9 В. Выходное напряжение для диапазона 200 А составляет 10 мВ / А, для диапазона 2000 А – 1 мВ / А. то есть максимум 2 В.
Возможно собрать даже токовую измерительную катушку на 10000 А, которая бы имела выходное напряжение 1 мВ / А, что означает при 10000 А она должна иметь 10 В. Вы можете конечно купить такую катушку, но это очень не дешево. Отсюда идея сделать себе прибор своими руками.
Катушка с интегратором используется для измерения переменного тока без отключения электрической цепи. Она имеет два диапазона: первый с чувствительностью 10 мВ / А и второй 1 мВ / А. Это позволяет измерять токи до 500 А с разрешением 0,1 А и до 5000 А с разрешением 1 А. Катушка должна быть подключена к цифровому мультиметру.
Когда переменный ток протекает через провод электрической цепи, в поясе (катушке) вокруг провода индуцируется напряжение. Значение наведенного напряжения зависит от величины тока, его частоты и размеров катушки. Данная катушка имеет размеры, как показано ниже на чертеже:
А принципиальная схема катушки Роговского с интегратором показана на следующем рисунке:
Вначале вычислим постоянную катушки в мкВ / А.
А потом можно рассчитать входное сопротивление и емкость интегратора. На схеме присутствуют три резистора R1, R2, R3 и конденсатор C7. Допустим надо получить чувствительность катушки 1 мВ / А (1000 мкВ / А), то есть нужно получить напряжение 1 мВ на выходе усилителя U1A, когда ток 1 А течет через катушку. Усиление интегратора описывается отношениями:
Выбран конденсатор 22 нФ и набор из трех резисторов, дающих в общей сложности 4687,6 Ом. Для диапазона чувствительности 10 мВ / А уменьшим емкость обратной связи в 10 раз и выберем конденсатор 2,2 нФ. Поскольку конденсаторы выполнены с допуском 5%, результирующая емкость на плате создается конденсаторами, обозначенными как C5, C6, C10, C11. На практике вместо резистора 4687,6 Ом установили один резистор 4,7 кОм и нулевые резисторы в других местах. Задача усилителя U1B – сбалансировать входное напряжение дисбаланса. Питание платы амперметра идёт от двух батарей 9 В. Такое высокое напряжение питания необходимо для получения среднеквадратичного напряжения на выходе интегратора 5 В.
Провод между катушкой и цепью интегратора, а также между интегратором и мультиметром, должен быть экранированным. Экран подключен к земле.
Основа – резиновый водопроводный шланг, и на этот шланг мотаем один слой медного провода ПЭЛ-0,5. Самая сложная операция – наматывание катушки на шланг и её закрепление. Она была намотана на прозрачный ПВХ шланг с наружным диаметром 8 мм, 800 витков проволоки диаметром 0,55 мм.
Диаметр проволоки не критичен, вы можете использовать другого сечения. Лучше даже использовать более тонкий провод, чтобы получить больше витков и соответственно более высокое напряжение на выходе катушки. Вид обмотки катушки без внешней термоусадки и с муфтой показан на рисунке.
Катушка должна быть намотана так, чтобы обмотка образовывала один слой. Конец и начало катушки и обмотки заделаны термоусадкой, чтобы обмотка не разматывалась.
В качестве элемента для закрытия катушки использовался пластиковый кабельный ввод PG10, к которому был приклеен один конец катушки. Другой конец после вставки зажимается гайкой.
Электронная схема очень проста и не должна создать проблем при запуске даже у начинающего электронщика. Будьте только внимательны при подключении питания, чтобы не перепутать полюса батареи.
Для настройки и испытаний использовалась калибровочная катушка. Когда через калибровочную катушку протекает ток 1 А, катушка Роговского имеет значение 100 А, а затем выходное напряжение интегратора в зависимости от выбранного диапазона должно составлять 100 мВ или 1 В. Если это напряжение отклоняется от ожидаемого, настройку усилителя следует скорректировать, изменив результирующее сопротивление, создаваемое резисторами R1, R2, R3 для диапазона 1 мВ / A или емкостями C5, C6, C10 для диапазона 10 мВ / A.
