PL213252B1 - Method and system for electric current measurement - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do pomiaru prądu elektrycznego. Znajduje on zastosowanie zwłaszcza w elektronicznych układach pomiarowych dla małych prądów, rzędu kilkuset mA.The subject of the invention is a method and system for measuring electric current. It is used especially in electronic measuring systems for small currents, in the order of several hundred mA.

Znany jest sposób pomiaru prądu poprzez pomiar napięcia na rezystorze o małej wartości włączonym w obwód mierzonego prądu. Prąd wpływający do jednego zacisku pomiarowego wypływa w całości drugi, zaciskiem, lecz występuje spadek napięcia mię dzy zaciskami pomiarowymi. Znany jest także pomiar prądu za pomocą wzmacniacza operacyjnego z rezystorem w obwodzie ujemnego sprzężenia zwrotnego. Układ pomiarowy ma rezystor podłączony do źródła mierzonego prądu i ujemnego wejścia wzmacniacza operacyjnego, a jego druga końcówka podłączona jest do wyjścia wzmacniacza operacyjnego. Wzmacniacz operacyjny tak ustawia napięcie wyjściowe, aby różnica napięć pomiędzy jego wejściem dodatnim, a wejściem ujemnym połączonym z rezystorem była bliska zeru. Sygnałem wyjściowym jest spadek napięcia na rezystorze pomiarowym proporcjonalny do mierzonego prądu. W tym układzie pomiar odbywa się przy zerowym spadku napięcia, lecz prąd wpływający do jednego zacisku pomiarowego nie wypływa drugim zaciskiem, co może zakłócać przepływ prądu w obwodzie mierzonym.It is known to measure current by measuring the voltage across a low-value resistor connected to the circuit of the measured current. The current flowing to one test terminal flows entirely to the other terminal, but there is a voltage drop between the test terminals. It is also known to measure the current by means of an operational amplifier with a resistor in the negative feedback circuit. The measuring circuit has a resistor connected to the source of the measured current and the negative input of the op-amp, and its other end is connected to the output of the op-amp. The operational amplifier adjusts the output voltage so that the voltage difference between its positive input and the negative input connected to the resistor is close to zero. The output signal is the voltage drop across the measuring resistor proportional to the measured current. With this system, the measurement is performed at zero voltage drop, but the current flowing to one test terminal does not flow through the other, which may disturb the current flow in the measured circuit.

Sposób pomiaru prądu elektrycznego polegający na pomiarze spadku napięcia na rezystorze pomiarowym według wynalazku charakteryzuje się tym, że w obwód mierzonego prądu włącza się dwa identyczne rezystory pomiarowe, do których drugich końcówek doprowadza się dwa napięcia kompensujące o przeciwnych znakach, których wartość reguluje się tak, aby doprowadzić do zera różnicę napięć między zaciskami pomiarowymi w obwodzie mierzonego prądu. Mierzy się sumę napięć na dwóch identycznych rezystorach pomiarowych, proporcjonalną do mierzonego prądu.The method of measuring electric current consisting in measuring the voltage drop across the measuring resistor according to the invention is characterized by the fact that two identical measuring resistors are connected to the circuit of the measured current, to the other ends of which two compensating voltages with opposite signs are applied, the value of which is adjusted so that lead to zero the voltage difference between the test terminals in the circuit of the measured current. The sum of the voltages on two identical measuring resistors is measured, proportional to the measured current.

Układ do pomiaru prądu elektrycznego zawierający rezystor pomiarowy, wzmacniacz operacyjny i miernik napięcia według wynalazku charakteryzuje się tym, że do pierwszego zacisku pomiarowego dołączone jest wejście nieodwracające pierwszego wzmacniacza operacyjnego i pierwszy rezystor pomiarowy, a do drugiego zacisku pomiarowego dołączone jest wejście nieodwracające drugiego wzmacniacza operacyjnego i drugi rezystor pomiarowy. Druga końcówka pierwszego rezystora pomiarowego połączona jest z wyjściem drugiego wzmacniacza operacyjnego, a druga końcówka drugiego rezystora pomiarowego połączona jest z wyjściem pierwszego wzmacniacza operacyjnego. Wejścia odwracające obu wzmacniaczy operacyjnych połączone są razem ze wspólnym zaciskiem dwóch szeregowo połączonych dodatkowych rezystorów włączonych pomiędzy wyjścia wzmacniaczy operacyjnych, pomiędzy którymi włączony jest także miernik napięcia.An electric current measuring system comprising a measuring resistor, an operational amplifier and a voltage meter according to the invention is characterized in that the non-inverting input of the first operational amplifier and the first measuring resistor are connected to the first measuring terminal, and the non-inverting input of the second operational amplifier is connected to the second measuring terminal and second measuring resistor. The second end of the first measuring resistor is connected to the output of the second operational amplifier, and the second end of the second measuring resistor is connected to the output of the first operational amplifier. The inverting inputs of both operational amplifiers are connected together to a common terminal of two additional series connected resistors connected between the outputs of the operational amplifiers, between which a voltage meter is also connected.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na pomiar prądu w obwodach elektrycznych bez wprowadzania zakłóceń, w szczególności nie wprowadza spadku napięcia pomiędzy zaciskami pomiarowymi włączanymi w obwód, ani różnicy pomiędzy prądem wpływającym do jednego zacisku i wypływającym drugim. Umożliwia to dokonywanie pomiarów także w obwodach, pomiędzy węzłami, z których ż aden nie jest na stał ym potencjale, nie wprowadzają c spadku napię cia.The solution according to the invention makes it possible to measure the current in electric circuits without introducing disturbances, in particular, it does not introduce a voltage drop between the measuring terminals connected to the circuit, nor a difference between the current flowing into one terminal and flowing out of the other. This enables measurements to be made also in circuits between nodes, none of which is at a constant potential, without introducing a voltage drop.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na przykładzie pokazanym na rysunku przedstawiającym schemat przykładowej realizacji układu.The invention is explained in more detail on the example shown in the drawing showing the diagram of an exemplary system embodiment.

Sposób pomiaru prądu elektrycznego polega na tym, że w obwód mierzonego prądu dwa rezystory pomiarowe 1, 2 o identycznej rezystancji, a do ich drugich końcówek doprowadza się dwa napięcia o przeciwnych znakach i tej samej wartości względem potencjału obwodu mierzonego. Wartość tych symetrycznych napięć reguluje się tak, aby skompensować spadki napięć na rezystorach pomiarowych 1, 2 osiągając równocześnie zerowy spadek napięcia na zaciskach pomiarowych 7, 8 mierzonego obwodu i zerową różnicę pomiędzy prądem wpływającym do jednego zacisku pomiarowego 7, a wypływającym drugim zaciskiem pomiarowym 8. Następnie mierzy się sumę napięć na rezystorach pomiarowych 1, 2, która jest proporcjonalna do mierzonego prądu.The method of measuring electric current consists in the fact that two measuring resistors 1, 2 of identical resistance are applied to the circuit of the measured current, and two voltages with opposite signs and the same value are applied to their other terminals with respect to the potential of the measured circuit. The value of these symmetrical voltages is adjusted so as to compensate for voltage drops on the measuring resistors 1, 2, simultaneously achieving zero voltage drop at the measuring terminals 7, 8 of the measured circuit and zero difference between the current flowing to one measuring terminal 7 and the flowing other measuring terminal 8. Then, the sum of the voltages across the measuring resistors 1, 2 is measured, which is proportional to the measured current.

Układ do pomiaru prądu elektrycznego składa się z dwóch identycznych rezystorów pomiarowych 1, 2, dwóch wzmacniaczy operacyjnych 3, 4 i dwóch identycznych dodatkowych rezystorów 5, 6. Do pierwszego zacisku pomiarowego 7 mierzonego obwodu dołączone jest wejście nieodwracające pierwszego wzmacniacza operacyjnego 3 i pierwszy rezystor pomiarowy 1, którego druga końcówka połączona jest z wyjściem drugiego wzmacniacza operacyjnego 4. Analogicznie do drugiego zacisku pomiarowego 8 mierzonego obwodu dołączone jest wejście nieodwracające drugiego wzmacniacza operacyjnego 4 i drugi rezystor pomiarowy 2, którego druga końcówka połączona jest z wyjściem pierwszego wzmacniacza operacyjnego 3. Wejścia odwracające obu wzmacniaczy operacyjnych 3, 4 połączone są ze wspólnym punktem dwóch identycznych dodatkowych rezystorów 5, 6 dołączonychThe electric current measurement system consists of two identical measuring resistors 1, 2, two operational amplifiers 3, 4 and two identical additional resistors 5, 6. To the first measuring terminal 7 of the measured circuit, the non-inverting input of the first operational amplifier 3 and the first measuring resistor are connected. 1, the second end of which is connected to the output of the second operational amplifier 4. Similarly to the second measuring terminal 8 of the measured circuit, the non-inverting input of the second operational amplifier 4 and the second measuring resistor 2 are connected, the second end of which is connected to the output of the first operational amplifier 3. Inverting inputs of both operational amplifiers 3, 4 are connected to the common point of two identical additional resistors 5, 6 connected

PL 213 252 B1 do wyjść tych wzmacniaczy operacyjnych 3, 4. Między wyjściami wzmacniaczy operacyjnych 3, 4 włączony jest miernik napięcia 9, który w przykładowym rozwiązaniu stanowi przetwornik analogowo-cyfrowy 10 połączony z komputerem 11.To the outputs of these operational amplifiers 3, 4. A voltage meter 9 is connected between the outputs of the operational amplifiers 3, 4, which in an exemplary embodiment is an analog-to-digital converter 10 connected to a computer 11.

Zadaniem wzmacniaczy operacyjnych 3, 4 w połączeniu z dodatkowymi rezystorami 5, 6 jest wytworzenie dwóch napięć symetrycznych względem potencjału na zaciskach pomiarowych 7, 8. Napięcia te, na wyjściach wzmacniaczy operacyjnych 3, 4, kompensują spadki napięć na rezystorach pomiarowych 1, 2 sprowadzając napięcie pomiędzy zaciskami pomiarowymi 7, 8 do zera. Równocześnie układ zapewnia zerową różnicę pomiędzy pobieranym, a oddawanym mierzonym prądem. Sygnałem wyjściowym układu jest napięcie pomiędzy wyjściami wzmacniaczy operacyjnych 3, 4 równe sumie spadków napięć na rezystorach pomiarowych 1, 2. Napięcie to jest przetwarzane i podlega obróbce cyfrowej za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego 10 i komputera 11.The task of operational amplifiers 3, 4 in conjunction with additional resistors 5, 6 is to create two symmetrical voltages with respect to the potential on the measuring terminals 7, 8. These voltages on the outputs of operational amplifiers 3, 4 compensate for voltage drops on the measuring resistors 1, 2 by bringing the voltage between measuring terminals 7, 8 to zero. At the same time, the system ensures a zero difference between the consumed and returned measured current. The output signal of the system is the voltage between the outputs of operational amplifiers 3, 4 equal to the sum of the voltage drops on the measuring resistors 1, 2. This voltage is processed and digitally processed by an analog-to-digital converter 10 and a computer 11.

Stosowanie rozwiązania według wynalazku pozwala na dokonanie dokładnego pomiaru prądu w każ dym miejscu dowolnego obwodu bez wpł ywu na jego pracę .The use of the solution according to the invention makes it possible to accurately measure the current at any point in any circuit without affecting its operation.

Claims (2)

1. Sposób pomiaru prądu elektrycznego polegający na pomiarze spadku napięcia na rezystorze pomiarowym, znamienny tym, że w obwód mierzonego prądu włącza się dwa identyczne rezystory pomiarowe, do których drugich końcówek doprowadza się dwa napięcia kompensujące o przeciwnych znakach, których wartość reguluje się tak, aby doprowadzić do zera różnicę napięć między zaciskami pomiarowymi w obwodzie mierzonego prądu i mierzy się sumę napięć na dwóch identycznych rezystorach pomiarowych.The method of measuring electric current consisting in measuring the voltage drop across the measuring resistor, characterized in that two identical measuring resistors are connected to the circuit of the measured current, to the other ends of which two compensating voltages with opposite signs are applied, the value of which is adjusted so that lead to zero the difference of voltages between the test terminals in the circuit of the measured current and the sum of voltages on two identical measuring resistors is measured. 2. Układ do pomiaru prądu elektrycznego zawierający rezystor pomiarowy, wzmacniacz operacyjny i miernik napięcia, znamienny tym, że do pierwszego zacisku pomiarowego (7) dołączone jest wejście nieodwracające pierwszego wzmacniacza operacyjnego (3) i pierwszy rezystor pomiarowy (1), a do drugiego zacisku pomiarowego (8) dołączone jest wejście nieodwracające drugiego wzmacniacza operacyjnego (4) i drugi rezystor pomiarowy (2), przy czym druga końcówka pierwszego rezystora pomiarowego (1) połączona jest z wyjściem drugiego wzmacniacza operacyjnego (4), a druga końcówka drugiego rezystora pomiarowego (2) połączona jest z wyjściem pierwszego wzmacniacza operacyjnego (3), a wejścia odwracające obu wzmacniaczy operacyjnych (3, 4) połączone są razem ze wspólnym zaciskiem dwóch szeregowo połączonych dodatkowych rezystorów (5, 6) włączonych pomiędzy wyjścia wzmacniaczy operacyjnych (3, 4), pomiędzy którymi włączony jest także miernik napięcia (9).An electric current measuring system comprising a measuring resistor, an operational amplifier and a voltage meter, characterized in that the non-inverting input of the first operational amplifier (3) and the first measuring resistor (1) are connected to the first measuring terminal (7), and the first measuring resistor (1) is connected to the first measuring terminal (7). the non-inverting input of the second operational amplifier (4) and the second measuring resistor (2) are connected, the second end of the first measuring resistor (1) is connected to the output of the second operational amplifier (4), and the second end of the second measuring resistor ( 2) is connected to the output of the first operational amplifier (3), and the inverting inputs of both operational amplifiers (3, 4) are connected together with the common terminal of two additional series connected resistors (5, 6) connected between the outputs of operational amplifiers (3, 4) between which the voltage meter (9) is also connected.