數位電表電流檔位檢測及burden voltage探討(part_1)

ciko.ciko

1.電流檔應是在數 位電表內最容易產生故障的檔位,而如何簡易測試各電流檔是否正常,正是必須加以認知的.
2.數位電表的各種檔位(交直流電壓/電流及電阻)最終都需被轉換成直流電壓,才能進入ADC電路後作顯示,故必須將外部待測電流,經由電表內部的已知電阻(即Shunt電阻),將之轉換為電壓值.
3.且為了對電流輸入檔位某種程度上的保護,最常在輸入後端串入不同數值的保險絲及數顆二極體(串並聯組合)作保護.
4.底下請參考影片中甚為詳細的電路解說,相信能令你對電表能有重新的認識.

https://www.youtube.com/watch?v=jx0dryLmUEQ

5.為了提升各位對本篇的學習興趣,我特別準備了一些問題等你來解答,當然也會提供一些獎勵來感謝你的付出,但暫時保留獎勵內容.
6.題目共有7題,答案都在影片中,請發揮你的專注力及想像力.
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Q1: 圖中橋式整流器的作用及工作電壓?
Q2: 圖中uA/mA/A之各檔Shunt值為何?
Q3: 圖中uA/mA/A之各檔載滿刻度的壓降(burden voltage)為何?
Q4: 圖中所使用的600mA及11A保險絲內阻為何?對電路的影響?
Q5: 圖中的0R01為何需採4線連接?
Q6: Burden voltage對待測電源的影響?
Q7: 如何由外部電流插孔,簡易測試各電流檔位(Shunt電組值)是否異常?

ciko.ciko

圖中最有趣的是橋式整流器的接法,邀你一起來註記.

jojoling

Q1:限制 uA/mA輸入端最大電壓為 +1.98V to -1.98V以保護後端表頭
Q2/Q3:
Range  Shunt Burden voltage
500uA  100R  50mV FS      0.1mV/uA
5000uA 100R  500mV FS     0.1mV/uA
50mA   1R    50mV FS      1mV/mA
500mA  1R    500mV FS     1mV/mA
5A     0R01  50mV  FS     10mV/A
10A    0R01  100mV FS     10mV/A

Q4:
600mA 保險絲內阻 1歐
11A 保險絲內阻  0.01歐

Q5:
shunt 檢流電阻太小，量測電壓時將量測電壓迴路與量測電流迴路分開，
避免誤差由電流在導線上的電阻產生壓降。

Q6:
Burden voltage 會造成實際工作電壓降低這個數值大小而產生偏差。

Q7:
電表電流檔選對後，應由外部可量到一個電阻值為 Shunt電阻加上保險絲內阻~
斷路的話表示保險絲斷了。

semli

我是路過。甲人：
Q7：用另一支良品電表欧姆檔有3V/12V的標準電流源去測試

ciko.ciko

semli 發表於 2016-10-14 08:34 PM
我是路過。甲人：
Q7：用另一支良品電表欧姆檔有3V/12V的標準電流源去測試
...

可再詳細細述?可舉例.

yesjarmail

要從外部電流插孔測內部的各個shunt值，也就是要求出未知的R值，
依據歐姆定律R(shunt) ＝ V(shunt) / I(shunt)
可以給一個VCC(5V)串一個電阻r1接至電流插孔，
先求出 I，串接電阻兩端的壓降除以此電阻值，也就是 I(r1) = V(r1) / r1
因為是串聯，所以 I(r1) = I(shunt)
再求出 V(shunt) = VCC(5V) - V(r1）
這就算出了！

semli

ciko.ciko 發表於 2016-10-14 09:04 PM
可再詳細細述?可舉例.

舉一個例子，拿一個指針電表把它調到*1k(比作為a)，當作是直流輸出電壓源，而要把測試的電表(比作為b)調到直流的電流檔20mA，測出a為2k歐姆，而b為0.16ma。

ciko.ciko

新的測試題目如下: (設外部電源線及電表表棒阻抗為0.)
請依據3#的解答,並將電表至於uA檔位,設某一電路實際工作電壓為3.3V,消耗電流為4000uA,請問本電路該如何連接?(電源供應器輸出電壓設定值???)並求出負載端的實際電壓?

ciko.ciko

jojoling 發表於 2016-10-13 12:15 PM
Q1:限制 uA/mA輸入端最大電壓為 +1.98V to -1.98V以保護後端表頭
Q2/Q3:
Range  Shunt Burden voltage

1.針對Q1的答案,在此稍做解釋.首先本檔的內阻為100R,當切換于uA檔,且輸入約為5000uA時,則內部壓降為0.5V,故至少需接入2顆反向並聯的二極體(雙向電流皆可測量),為避免在0.5V時,二極體已成微導通現象,故改為4顆橋式整流器.選用的二極體規格為1A.
2.而此整流器主要是需安裝於uA檔位,若安裝於mA或A檔上,則並無效用,因為要等此二極體動作時,恐此電錶已先被燒毀了.
3.由此推斷,當你使用電流檔直接去測量外部的電壓源時(並聯方式),你認為哪個電流檔位最容易被燒毀?A檔容易被燒毀嗎?

jojoling

ciko.ciko 發表於 2016-10-15 09:24 PM
新的測試題目如下: (設外部電源線及電表表棒阻抗為0.)
請依據3#的解答,並將電表至於uA檔位,設某一電路實際 ...

假設外部電源線/電表棒線阻抗為0~
再假設一個負載為存電阻特性的(應該發生的機率很低)
所以負載內阻為 3.3V/4000uA = 825歐

假設我們直接給 3.3V 進去，選用 uA 檔位 (Shunt R = 100)，實際在負載端應該只會量到 3.3V * 825/( 825+100) = 2.943V，電流應該也只會量到 3567 uA~

正確的量測，應該要確保負載端維持在 3.3V的情況下，量測的電流才是實際上的電流，所以需要把電源電壓調高至 3.3V + 4000uA * 100R = 3.3V + 0.4V = 3.7V
此時電流表所呈現的數值，才是實際待測物的電流值。

ciko.ciko

jojoling 發表於 2016-10-17 03:51 PM
假設外部電源線/電表棒線阻抗為0~
再假設一個負載為存電阻特性的(應該發生的機率很低)
所以負載內阻為 3. ...

此案例為實際作為電流量測時所會產生的問題,當原3.3V的供電,經過串入的電流錶後,其實際在負載端的電壓僅剩約2.9V,雖你還是可以量到一定的電流,但此時因負載電壓已偏低,將導致負載無法正常工作,這並非我們所要的預期結果.