Датчики тока, напряжённости магнитного поля

[Рустам.М]

Здравствуйте!
Дайте дельную рекомендацию, кто имел опыт, каким образом можно измерить силу высокочастотного тока (до 100кГц, амплитуда до 50А) и напряжённость вихревого магнитного поля.

Идеи:
Силу тока
a) посредством контактного датчика, например ACS758LCB-100B-PFF-T
https://habr.com/ru/post/397641/
b) посредством контактного датчика трансформаторного типа Talema AS200+, AS300+
c) посредством бесконтактного датчика (не уверен, что это правильно, так как без контакта можно измерить напряжености магнитного поля , а у различных проводников индуктивность различная ), но порядок можно.
https://www.chipdip.ru/product/ac-1050

Что думаете?

Напряжённость магнитного поля (гауссметр/тесламетр или А/м)
D)
Бесконтактные датчики
Здесь проблема с выбором датчиков для вихревого высокочастотного магнитного поля. Можно и взять и плоскую катушку с известной геометрией и индуктивностью, только необходимо понимать методы расчетов.

Можно и готовый датчик, но какой?


Фиксировать результату на Ардуино подобном контролере в цикле  с частотой дискретности 5-10 МГц (время регистрации 0,1 и 0,2 микросекунды).

[on4ip]

Датчик тока можно взять лемовский для специальных применений, каталог LEM  почитайте .


Что то мне кажется Ардуино на 10мгц измерений скажет ой все.

[Рустам.М]

Датчик тока можно взять лемовский для специальных применений, каталог LEM  почитайте .


Что то мне кажется Ардуино на 10мгц измерений скажет ой все.

Спасибо. Вот смотрю на датчик тока LEM HXN-50P на 50А и в даташите есть упоминание , что полоса пропускания вроде 50кГц, но есть  сноска
2)Small signal only to avoid excessive heating of the magnetic cores.
Мол для слабых сигналов .

Касательно контроллера:
Зависит от частоты процессора. Буду  искать. Должен уметь делать 10 миллионов регистраций  измерений с соответствующего пина в секунду в оперативную  память, а потом в файл, либо осцилограф уже брать. Хотя он в любом случае нужен, и датчики нужны.

Я бы и готовое приложение  установил только поправочные коэфициенты  ввести и смотреть на осцилограмму. Буду искать осцилограф.
Понравилось приложение.  HSCOpe. Но оно платное, проверить надо бы как в паре с USB  осцилографом работает. Может и другие есть аналоги.

[i]

Использую picoscope 3404 уже года 3, нравиться, но для дома дороговато. У них есть осциллографы и попроще, но для любительства вполне достаточные.
Например из серии 2000 можно выбрать аппаратик за 9тр (а если без щупов, то и за 7).
Софт бесплатный, под винду, линь и мак. Умеет декодировать сигналы последовательных протоколов (CAN, USB, I2C,RS-232 и др.).

[Рустам.М]

Использую picoscope 3404 уже года 3, нравиться, но для дома дороговато. У них есть осциллографы и попроще, но для любительства вполне достаточные.
Например из серии 2000 можно выбрать аппаратик за 9тр (а если без щупов, то и за 7).
Софт бесплатный, под винду, линь и мак. Умеет декодировать сигналы последовательных протоколов (CAN, USB, I2C,RS-232 и др.).

Почему для Андройд нет приложения  для USB осцилографов по умолчанию , весьма странно. Осциллограф весьма примитивное оборудование, маркетологи сходят с ума даже в рамках одного производителя.  Фишки анализа данных и математических способностей мне не важны, есть сторонние продвинутые приложения, куда можно выгрузить данные и проанализировать. Важно, чтобы был экспорт данных в CSV файл в правильном формате и регистрация /запись кадров 10 МГц (0,1 нс). Ну, и входное напряжение до 400-600В + заземление было.




Боюсь пробьет мой ток щупы с частотой 50кгЦ и токами в районе 20А (напряжение 150-200В), хотя в цепи есть и конденсаторы с   630V.  Слабые USB осцилографа почему-то на входное напряжение. Owon для VDS1022i внес ограничение осцилографа  на использование в сетевыми токами. 220B (хотя по спецификации до 400В проходит).

Нужен осцилограф с заземлением, вроде. Есть реальный пример работы осцилографа  Rigol с этими токами.

========
В идеале нужен датчик с гальванической развязкой (я за контактный трансформаторного типа, у LEM, Talema есть такие )  и с него уже снимать показания.
Хотя  не уверен, в чистоте эксперимента могут быть искажения в сигнале через развязку.
==========
Читал, что обычные резистивные пробники имеют нелинейную зависимость от частоты тока. Вроде, сопротивление падает с возрастанием частоты.
Но нужны факты и доказательства
=====
Если не брать осцилограф с щупами (которые должны быть откалиброваны в комплексе с самим осцилографом), то любой мощный (процессор и память) Arduionо -подобный контроллер способен решить задачу осцилографа. Но опять же вопрос каким образом измерить  мощные токи.

Разумнее Ардуино точно можно использовать для фиксации усредненных/ эквивалентных  значеничений через  гальваническую развязку.

[on4ip]

Мда, какая каша у вас в голове. Тут походу нужно начать с основ физики в целом и плавно перейти к микропроцессорным системам.

Для примера, у ДСП микроконтроллеров texasinstuments  серии мотор контроль Макс частота работы АЦП 12мсемплов, по дма теоретически массив данных вы сможете получить)
Датчик тока уже развязан от цепи , если только это не измерение на шунте
Измерение напряжения можно делать хоть на 30 кВ используя дифф пробник развязанный
Ну и без условно у всех элементов есть частотные характеристики и уровни нелинейностей .
Все просто надо только разрабратся и купить.

Сам использую осцилл ригол.

[Рустам.М]

Мда, какая каша у вас в голове. Тут походу нужно начать с основ физики в целом и плавно перейти к микропроцессорным системам.
[
Для примера, у ДСП микроконтроллеров texasinstuments  серии мотор контроль Макс частота работы АЦП 12мсемплов, по дма теоретически массив данных вы сможете получить)
Датчик тока уже развязан от цепи , если только это не измерение на шунте
Измерение напряжения можно делать хоть на 30 кВ используя дифф пробник развязанный
Ну и без условно у всех элементов есть частотные характеристики и уровни нелинейностей .
Все просто надо только разрабратся и купить.

Сам использую осцилл ригол.

Пробники особенно с гальванической развязкой от производителей осциллографов стоят больших денег вплоть  до 1000$ и выше. Каши в голове нет, просто ищу наиболее корректный, точный и недорогой способ снять замеры и мониторить поведение цепи при различных конфигурациях, чтобы добиться максимальной энергоэффективности.

b-b]Вопрос 1[/b-b] Существуют токоизмерительные трансформаторы без ферритов?
Магнитное поле индукционное и ферромагнетики ни к месту, я полагаю.

Что-то вроде такого https://bec-shop.ru/shop/transformatoryi-i-induktivnyie-elementyi/transformatory/transformatoryi-i-induktivnyie-elementyi-transformatoryi-izmeritelnyie-transformatoryi-toka/transformator-5-6mh-ee12-6-b82801c0565a100/
Подключать думаю параллельно к цепи.

Первичный ток  вычисляется как  произведение U*n / R  напряжения на вторичной обмотке, умноженное на понижающий коэффициент (100) , деленное на сопротивление резистора (100 Ом).  То есть сигнал показания напряжения на вторичке эквивалентен первичному току. 

Что думаете?

[on4ip]

Вот всегда мне нравились люди которые хотят токомак за 3 рубля=)

[biv4]

ищу наиболее корректный, точный и недорогой способ снять замеры

Если ПЛИСки не пугают, то вариант

чуть дороже трех рублей
https://www.arrow.com/en/products/dc1996a-a/analog-devices

[Рустам.М]

Если ПЛИСки не пугают, то вариант

чуть дороже трех рублей
https://www.arrow.com/en/products/dc1996a-a/analog-devices

Немного о своем мнении.
а) А в чем их преимущество относительно Arduino подобных  плат/контроллеров?
У ПЛИС процы послабее и памяти вроде нет + они стоят дороже чем самый дешёвый смартфон. И форм-фактор желает лучшего. И готовых прошивок у Ардуино намного больше.

b) удивительно, но факт. Самые дешёвые смартфоны с 1Гц процессором стоит 1.500 р.
Вопрос только к тому, что у смартфонов нет интерфейсов для регистрации сигнала.
Есть USB и вход для наушников, но корректно ли их использовать? Один из USB пинов используется для постоянного тока до 5V. Скорее всего нельзя.

А Ардуино подобные контроллеры слабее, с малой памятью и без экрана по умолчанию. Правда бывают смартфоны с несколькими портами одновременно. Но опять же не встречал в просторах опыта использования смартфонов напрямую без промежуточных контроллеров , что сводит на нет их производительность., Так регистрация сигнала производится посредством контроллера с более слабыми мощностями.

Ардуиновцам давно бы пора KIT разработать на базе смартфона какого-нибудь с возможностью расширения пинов, чтобы сигнал регистрировался мозгами смартфона.  Сигнал в свою очередь с любого смартфона может передаваться на планшет по беспроводной связи, вот вам и многоканальность, если есть такая необходимость.


Резюме:
a) буду искать возможность реализации регистрации замеров с датчиков посредством смартфона , возможно, в комбинации с Ардуино, если без Arduino  никак, с выводом усреднённые данных и на построение графика. 
b) Буду искать прошивку для самого мощного Ардуино под Осцилограф, запасной вариант готовый USB Осцилограф, хотя он в любом случае нужен для сравнения.
с) пока не могу найти методику измерения напряжённости магнитного поля через плоскую катушку индуктивности. Зная силу тока во вторичной обмотке, индуктивность катушки каким образом вычислить напряжённость? Датчики холла до 1000Гаусс /100.000 мкТл линейные и не факт, что для вихревых полей они подходят. Есть эксперты?

[i]

ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема.
Её можно рассматривать как набор логических элементов (И, ИЛИ, НЕ, D-триггер), сваленный в одну кучу внутри микросхемы, пока она не "запрограммирована".
"Программирование" ее не имеет ничего общего с Ардуиной, и сводится к образованию логической схемы внутри ПЛИС.  Регистры, сумматоры, умножители, ядра процессоров и все остальное из мира цифровой техники, в плисках реализуются аппаратно, из-за чего обработка сигналов идет "на лету", с задержкой на распространение сигнала, который нормируется производителем. Чем быстрее плиска и чем больше в ней логических элементов, тем она дороже.
Для описания схемы внутри плисок используются особые языки программирование AHDL, VHDL, Verilog.

[edw123]

Ардуиновцам давно бы пора KIT разработать на базе смартфона какого-нибудь с возможностью расширения пинов, чтобы сигнал регистрировался мозгами смартфона.  Сигнал в свою очередь с любого смартфона может передаваться на планшет по беспроводной связи, вот вам и многоканальность, если есть такая необходимость.

ВиФи / Блютуф шилд к Ардуино - вот и будет выход/вход для смарта. Только в смарте писать проги муторнее, чем скетч в Ардуино залить.
ПЛИС - ей памяти и не надо, это чисто аппаратное решение. +[user]i[/user],

[Рустам.М]

ВиФи / Блютуф шилд к Ардуино - вот и будет выход/вход для смарта. Только в смарте писать проги муторнее, чем скетч в Ардуино залить.
ПЛИС - ей памяти и не надо, это чисто аппаратное решение. +[user]i[/user],

Да, только процы слабые для высокочастотных выборок делать и ограничение по памяти. Мощные ардуинки уже стоят совсем других денег + Отдельно надо экраны покупать.  С этим разберемся, начнем с Ардуино подобных. Потом скину ТЗ из чего буду собирать.

Если вернуться к первоначальной задаче, вы лучше подскажите

a) какие минусы измерения тока с частотой порядка 50-100кГц с понижающими измерительными трансформаторами (с пропусканием тока через первичную обмотку)? Например,https://bec-shop.ru/shop/transformatoryi-i-induktivnyie-elementyi/transformatory/transformatoryi-i-induktivnyie-elementyi-transformatoryi-izmeritelnyie-transformatoryi-toka/transformator-5-6mh-ee12-6-b82801c0565a100/. Магнитное поле вихревое,  очень мощное до 20.000 мкТл, вроде,  индукционный нагреватель. Беспокоит ферритовый сердечник в трансформаторе, нагреется.

b) Какая методика измерения напряжённости магнитного поля в Гаусс (или микроТесла ). Линейные датчики холла справятся с этой задачей. Бывают до 1000 Гаусс. Я вот сомневабсь. Он скорее для постоянного поля.  Или все же посредством катушки индуктивности? Но как?
Допустим есть плоская катушка заданной индуктивности, можем зафиксировать возникающий ток в ней при заданной нагрузке R.  Что дальше? Какая формула расчетов (+есть магнитная постоянная)?

[Рустам.М]

Касательно напряжённости магнитного поля: Нашел вот такой источник. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/toroid.html#c1

Силу тока измерить можно , соответственно и напряжённость приблизительную вывести можно. В любом случае зависимость линейная. Буду дальше искать способ.

[TRO]

У дешевых ардуиноподобных  контроллеров один АЦП и довольно медленный мультиплексор (устройство хранения выборки). Если делать выборку только одного сигнала то еще как то можно получить быструю выборку, но шумы и погрешность сильно растут с увеличением частоты выборок, так как этот чертов конденсаторный вход не успевает перезаряжаться даже если снизить сопротивление входного сигнала до минимума (и что бы это исправить нужно программно делать корекцию усиливая прибитую ВЧ составляющую, а это из за медленного проца можно сделать только в пост обработке на компе, и то извращение). Если нужно два и более каналов, то тут засада полная, быстро читать не получится, чертов конденсаторный мультиплексор (устройство выборки хранения) заставляет снижать частоту выборок вообще на порядки. Короче игрушки да и только. Для дядек которые чуть повыросли из ардуиновских штанишек, другие крутые дядьки  придумали ДСП (цифровые сигнальные процессоры), которые и АЦП имеют полноценные независимые, и под быструю обработку заточены (например могут одной командой премножать два массива.....).

[Рустам.М]

Серьезно программировать свои датчики и осцилографы пока не собираюсь.
Осцилограф придется покупать, если только не дадите ссылку на многоканальный АЦП контроллер с прошивкой под Осцилограф. А пока глаз лег на  Owon VDS 1022i с гальванической развязкой, можно взять за 8 тыс. И Android приложение есть только платное HScope.

Для датчиков тока буду брать Ардуино и измерительные трансформаторы тока 1:100.
Заказал Epcos. Правда, с ферритовым сердечником, что мне кажется, не очень для высоких частот до 100 кГц, токи нагревают ферромагнетики за считанные секунды.
Буду искать измерительные трансформаторы без ферритов.

Для  Гауссметра взял линейный датчик холла до 1000 Гаусс  и тороидальный соленойд. Датчик скорее всего брехать будет в вихревых полях, а соленойдом пока не знаю как мерить буду. Откалибровать  с поправочным коэффициентом с пропорциональной  привязкой к ЭДС , возникаемой в соленойде, в сравнении с позаимствованным у кого-нибудь гауссметром.

У дешевых ардуиноподобных  контроллеров один АЦП и довольно медленный мультиплексор (устройство хранения выборки). Если делать выборку только одного сигнала то еще как то можно получить быструю выборку, но шумы и погрешность сильно растут с увеличением частоты выборок, так как этот чертов конденсаторный вход не успевает перезаряжаться даже если снизить сопротивление входного сигнала до минимума (и что бы это исправить нужно программно делать корекцию усиливая прибитую ВЧ составляющую, а это из за медленного проца можно сделать только в пост обработке на компе, и то извращение). Если нужно два и более каналов, то тут засада полная, быстро читать не получится, чертов конденсаторный мультиплексор (устройство выборки хранения) заставляет снижать частоту выборок вообще на порядки. Короче игрушки да и только. Для дядек которые чуть повыросли из ардуиновских штанишек, другие крутые дядьки  придумали ДСП (цифровые сигнальные процессоры), которые и АЦП имеют полноценные независимые, и под быструю обработку заточены (например могут одной командой премножать два массива.....).

[TRO]

Сегодня провел небольшой эксперимент с датчиком ACS758LCB-050B .


Увы чуда не произошло, наткнулся на те же грабли что и при изготовлении самодельного на холлах.

Сам датчик с диапазоном от -50А до +50А.
После подачи и снятия положительного тока в 30А наблюдаю показания -0,33А, а после подачи и снятия отрицательного 30А тока вижу показания -0,61 А. Это паразитное перенамагничивание датчика дает очень неприятную по величине погрешность нуля (0,28А). Если использовать без отрицательных токов, то ноль еще худо бедно откалибровать можно, а так после остановок с рекуперациией будем наблюдать дрейф нуля величина которого будет зависеть от максимального тока рекуперации.

Можно конечно сделать автокалибровку нуля при включении...
Но это больше окозамыливание, дрейф нуля в процессе работы все равно будет.
Наверно прийдется возвращатся к шунтам.

Но есть мысля поставить в разрыв фаз двигателя, гальваноразвязка прям намекает на такое использование.

[on4ip]

ИСпользуем различные датчики на токи 400+а на эффекте холла, все отлично, при 2х полярном токе синусоидальнйо формнет проблемы