Измерение пульсирующего тока микроконтроллером

SergeBS: у СБ время отклика меньше 20 мкС. Навскидку
Спорить не буду потому что (уже писал выше) dt выбрал примерно около 0.03 сек - что заведомо много больше времени реакции СБ - зайчиков ловить, надеюсь, не получится

SergeBS: оцифровывать одновременно ток и напряжение, перемножать и интегрировать

А может суммировать а потом делить на время?
Невнятно написал. Имелось в виду: вместо интегрировать - суммировать а потом делить на время.

Pitty: Линк, а к чему вы калибровались? Относительно чего замеряете точность? Поясню - какими приборами Вы измеряете эталонное значение тока?
Пишу много по тому что нет времени написать коротко… Применяю сленг и простые слова так что извините нет времени перерывать учебники для перепроверки умных слов…
Так… метрология гласит…. для поверки образцовый прибор должен быть не хуже, чем в 3 раза выше классом…. для поверки прибора класса 0,5 образцовый прибор должен быть класса 0,15. Ну это всё запутанные понятия метрологии, которые я давно забыл… Короче… Мне нужно было настроить показания амперметра в блоке питания, ток я выдавал от нуля до 20А я пошел к метрологам… и попросил прибор с относительной погрешностью в 0,05%, для того чтобы точно знать на сколько врёт мой амперметр в МК, для того что бы вывести функцию коррекции показаний моего амперметра, и прийти к относительной погрешности в 0,1%, они меня послали по дальше, т.к. это приборы очень дорогие и издеваться над ними они мне не дадут. Тогда я пошел другим путём. Я предположил что, если в цепи измерения стоят два амперметра и они показывают два одинаковых тока при эталонном токе к примеру 1А, то эти два амперметра имеют одинаковую относительную погрешность в точке 1А, т.е. если я проверю в метрологии только один амперметр, а показания второго амперметра (АЦП) в блоке питания, сделаю именно такими же какие показывает проверенный амперметр то это решит мою проблему. Я пошел к метрологам, взяв свой цифровой вольтметр/амперметр, и на образцовом приборе узнал класс точности своего прибора, вот осталось одна из табличек…
Установка измерительная типа МВ4303 поверяемый прибор DVM1090DMM.
Начали с нуля и потом дали шаг в 0,1мВ.
МВ4303_ DVM1090DMM.
0,0мВ _ 0,0мВ
0,1мВ _ 0,1мВ
0,2мВ _ 0,2мВ
и так далее без изменений в показаниях.
0,9мВ _ 0,9мВ

В итоге я точно знал что мой прибор имеет относительную погрешность при токе в 1А и 5А и 10А не более 0,1% и точно знал что при напряжении 1В 6В 12В 30В мой прибор показывает напряжение с относительной погрешностью не хуже 0,1%. что мне даёт возможность настроить измерения АЦП амперметра с точностью не хуже 0,1%, и давать гарантию что мой вольтметр и амперметр на АЦП показывает ток с относительной погрешностью 0,5%.

Теперь самый главный вопрос, зная погрешность при токе в 1А и 10А… как я узнал погрешность показаний своего «АЦП амперметра» при токе в 20А? Долго я затылок чесал… как косвенным методом узнать погрешность своего АЦП амперметра… Пока не вспомнил одну очень нужную вещь… Лампочка накаливания имеет нелинейную характеристику потребления тока, т.е. лампочка накаливания 12В 24Вт при 12В будет потреблять 2А имея сопротивление в 6Ом, и вот самое красивое то что, при изменении напряжения на один вольт, ток в лампочке будет практически равен 2А, т.к. изменится излучаемая мощность и увеличится сопротивление спирали, т.е. лампочка имеет свойство стабилизировать ток, т.е. лампочка может быть Бареттером в узком диапазоне изменения напряжения. Всё… Я взял пять лампочек 12В 1А, и зная напряжение на лампочках с помощью своего цифрового прибора я узнал ток в каждой лампочке с гарантированной относительной погрешностью до 0,1%, и потом перепроверил погрешность при пяти параллельно включенных лампочках, точность меня более чем удивила, а потом я просто соединял лампочки параллельно в том количестве что мне нужно, ну и постоянно следил за напряжением на лампочках, т.е. постоянно поддерживал 12В… Дальше зная погрешность показаний во всём диапазоне, я нашёл функцию через интерполяцию своих экспериментальных данных, зная формулу я с помощью МК компенсировал погрешность моего «АЦП амперметра»… Моя проблема была намного глубже чем описано здесь, я ток измерял на открытом канале полевого транзистора, а там…. Короче интерполяция рулит…
Pitty: А вот про усреднение токов и напряжений и последующем их перемножении нигде что-то речь не идёт.

Я и про усреднение пульсирующего тока при постоянном напряжении толком то же нигде не читал…

SergeBS: А если подумать? Может, все-таки линейно?
Подумал… поспешил я, ток линейно изменяется… В голове каша, т.к. давно формулами не пользовался…

SergeBS: Еще повредничаю:
Принимается В)

SergeBS: Pitty: Посмотрел учебники - самый простой способ измерения мощности (не считая калориметрического) - оцифровывать одновременно ток и напряжение, перемножать и интегрировать
А может суммировать а потом делить на время?
Ну, Вы наверное поняли что я имел ввиду: P=1/T S(от 0 до T) (i(t)*u(t)), где знак S - э то сумма, с успехом заменяется на интеграл.

SergeBS: Pitty: А вот про усреднение токов и напряжений и последующем их перемножении нигде что-то речь не идёт.
Для переменного тока - бессмысленно. Для квазипостоянного - банально.
Для переменного синусоидального - смысленно, только надо ещё на кос.фи умножать
А что такое квазипостоянный? Если медленноменяющийся постоянный - то действительно, банально - умножить ток на напряжение (средние), а вот если он сильно меняется, т.е. пульсирующий, импульсный, тогда уже не банально: сейчас маткад досчитает, покажу картинки...
Ой, так и не дописал пост.
Картинки не смог показать, но расскажу что я увидел.
Я считал тремы способами: реальная мощность, т.е. ток*напряжение и интеграл от этого P, рассчитанная на основе усреднённых значений тока и напряжений Pavg и рассчитанная на основе RMS значений тока и напряжений.
Увидел такую картинку (ток имеет форму треугольника, напряжение - прямоугольный меандр): в зависимости от фазного угла между током и напряжением реальная мощность изменяется от почти средней до почти RMS, при этом разница между Prms и Pavg составляет 6.84%

Link, я так понимаю, при калибровке амперметра в БП (который измеряет импульсный ток по форме имеющий треугольную составляющую) вы калибровали его уже в составе БП именно на той форме тока, которую он будет измерять. При этом поверочный прибор измерял постоянный ток на выходе БП (без пульсаций), а до этого этот поверочный амперметр был откалиброван опять же на чисто постоянном токе. Если всё так как я написал - то очень хорошо и всё правильно.
Неправильно будет если откалибровать прибор по постоянному току, а мерить он потом будет импульсный, вот это не правильно.
Я так понимаю зависимость всех трактов от амплитуды тока в первом приближении можно считать линейной, к тому же вы калибровались не под двум точкам, а по характеристики. Очень хорошо, посмотреть бы на схему входной цепи вашего АЦП (с учётом шунта, с которого вы снимаете напряжение Vsense, я так понимаю это был переход полевого транзистора).

to SergeBS: вот подтверждение Ваших слов. Взято из документа 2559D-AVR-02/06

"When using single-ended mode, the ADC bandwidth is limited by the ADC clock speed. Since one conversion takes 13 ADC clock cycles, a maximum ADC clock of 1 MHz means approximately 77k samples per second. This limits the bandwidth in single-ended mode to 38.5 kHz, according to the Nyquist sampling theorem. When using differential mode, the bandwidth is limited to 4 kHz by the differential amplifier. Input frequency components above 4 kHz should be removed by an external analog filter, to avoid non-linearity’s. "

Похоже, действительно, в даташите имеется ввиду пропускная способность АЦП, а не аналогового тракта до АЦП.

Pitty: Очень хорошо, посмотреть бы на схему входной цепи вашего АЦП (с учётом шунта, с которого вы снимаете напряжение Vsense, я так понимаю это был переход полевого транзистора).

А что вы хотите увидеть??? Стоит усилить напряжения шунта собранный на ОУ после ОУ стоит интегрирующая цепочка 1к 1мкФ и вход АЦП, всё… и не надо забивать себе голову полосой пропускания АЦП в МК…

Pitty: Я так понимаю зависимость всех трактов от амплитуды тока в первом приближении можно считать линейной

Ни чё не понял…

По поводу правильно не правильно… средний ток дросселя есть ток в нагрузке

Pitty: Увидел такую картинку (ток имеет форму треугольника, напряжение - прямоугольный меандр): в зависимости от фазного угла между током и напряжением реальная мощность изменяется от почти средней до почти RMS, при этом разница между Prms и Pavg составляет 6.84%

Я так понял вам просто интересно увидеть разницу между действующим током и средним при изменении формы тока… я себе этим голову особо не забиваю, если в цепи стоит активное сопротивление то рассчитываю потери через действующий ток, если в цепи тока стоит источник с против ЭДС (диод, биполярник) то расчёт потерь считаю через средний ток, по чему так, а не иначе показывал на формулах… Если Вы ЭДС умножите на действующий ток, то вы получите неправильный результат, и если сопротивление умножите на средний ток то тоже получите неправильный результат. Всё это видно из формул которые я приводил.
По поводу измерения тока в ИИПе, задайте конкретный вопрос и получите конкретный ответ, шунт ведь можно поставить в разных местах схемы ИИПа…Что вы хотите измерять и как зависит от места установки шунта, либо токового трансформатора…

Pitty: Pitty: А вот про усреднение токов и напряжений и последующем их перемножении нигде что-то речь не идёт.
Для переменного тока - бессмысленно. Для квазипостоянного - банально.
Для переменного синусоидального - смысленно, только надо ещё на кос.фи умножать
Чтобы было понятно, что я имею в виду: усреднять ток или напряжение для переменного тока - бессмысленно, поскольку они равны 0 по определению переменного тока. А произведение их - это уже мощность. Совсем другая величина. Просто усреднениями эффективных или амплитудных токов и напряжений с их перемножением ничего не получим. Чтобы что-то получить надо брать отсчеты одновременно тока и напряжения, перемножать, т.е. получать мгновенную мощность, и уже из нее можно что-то получить.
Для постоянной нагрузки достаточно эффективных тока, напряжения и Кмощности (это cos Fi для активной и sin Fi для реактивной). Для переменной нагрузки - нужно работать с мощностью напрямую.

У постоянного тока - похожая картина: пока отклонения тока и напряжения от средних значений малы - можно работать с ними, но когда отклонения велики - опять только через мгновенную мощность можно найти реальную. "Малы - велики" - прикинуть можно по необходимой точности.

Link: Стоит усилить напряжения шунта
Ну, блин, любитель сокращений. Не усилить, а усилитель, все-таки... А то фразочка получается та еще - для закручивания мозгов в ненужную сторону...

Повредничаю
Pitty: Неправильно будет если откалибровать прибор по постоянному току, а мерить он потом будет импульсный, вот это не правильно.
Есть такие приборы - электромагнитной системы, так им совершенно фиолетова форма сигнала. Они показывают именно действующее значение.
А еще есть калориметрический метод. С аналогичным пофигизмом.

SergeBS: Есть такие приборы - электромагнитной системы, так им совершенно фиолетова форма сигнала. Они показывают именно действующее значение.
А еще есть калориметрический метод. С аналогичным пофигизмом.

Именно про это я писал. Линк указал, что калибровался он по DMM, который не всегда понятно как считает токи. Про приборы ЭМ системы я писал и калиброваться имхо надо по ним.

2Линк. Спасибо, как появятся конкретные вопросы, буду спрашивать. Примерно так как Вы говорите я и планировал делать, просто решил "усложнить" себе жизнь, предусмотрев подводные камни заранее. Как я понял из ваших постов, камни эти очень небольшие и можно на них не обращать внимания.

Pitty: Как я понял из ваших постов, камни эти очень небольшие и можно на них не обращать внимания.
Подводный камень это термастабильность шунта… так что если ток более 10А то этот камень вам не даст жить…

но если шунт из манганина - всё равно проблемы будут?