概述

進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，通常會(huì)使用換能器或傳感器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電壓。因此，數(shù)采設(shè)備的輸入端被設(shè)計(jì)為電壓輸入，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)。

圖 1: 使用 HEADlab 模塊（如 labVF6-Iso II 和 labSG6）測(cè)量電流時(shí)，可使用電感式電流傳感器或電流檢測(cè)放大器。

電流傳感器會(huì)輸出一個(gè)與電流成正比的電壓信號(hào)。整個(gè)系統(tǒng)的限制不僅取決于測(cè)量前端，還取決于電流傳感器的特性。因此，需要仔細(xì)查閱傳感器的相應(yīng)數(shù)據(jù)手冊(cè)。

如果不使用電流傳感器，而是通過(guò)已知阻值的分流電阻上的壓降直接測(cè)量電流，數(shù)采設(shè)備的模擬電路部分可能會(huì)因潛在的電位差而面臨風(fēng)險(xiǎn)。因此，HEAD acoustics 建議使用與測(cè)量前端電氣隔離的電流傳感器，而不是分流電阻。

本文檔列出了使用市售電流傳感器測(cè)量電流的安全事項(xiàng)。所示示例可應(yīng)用于類似的電流的傳感器。

以下 HEADlab 輸入模塊可用于電流采集：

• labVF6-Iso II: 測(cè)量范圍高達(dá) 30 V，電氣強(qiáng)度 ±40 V，采樣率 204.8 kHz，輸入端電氣隔離。

• labSG6: 測(cè)量范圍±10 V，電氣強(qiáng)度 ±35 V，采樣率 48 kHz，輸入端電氣隔離，內(nèi)置傳感器供電電源。

輸入模塊的詳細(xì)技術(shù)規(guī)格可在相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到。

開(kāi)環(huán)式電流傳感器

這種類型的電感式電流傳感器由一個(gè)可打開(kāi)的鐵氧體磁環(huán)組成，該磁環(huán)圍繞待測(cè)電流流過(guò)的導(dǎo)體放置。這使得傳感器可以在不中斷電路的情況下應(yīng)用。

鐵氧體磁芯包含一個(gè)用于檢測(cè)磁通量的傳感器，其信號(hào)由集成在內(nèi)的電路設(shè)備轉(zhuǎn)換，變成電壓信號(hào)輸出給數(shù)采設(shè)備。通過(guò)測(cè)量磁通量，這種類型的傳感器能夠檢測(cè)包括直流分量 (DC) 的電流。它們的帶寬受限于磁芯的電感。通常的截止頻率是 10 kHz。此類信息可在傳感器的數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到。下面以 Pewatron SWL-500DC 電流傳感器的連接為例進(jìn)行說(shuō)明。

labSG6 連接開(kāi)環(huán)式電流傳感器

labSG6 模塊提供電氣隔離的輸入，并可提供高達(dá) ±12 V 的電橋激勵(lì)電壓，最大電流為 20 mA。（在 ±7 V 時(shí)允許最大電流為 28.6 mA，在 ±2.5 V 時(shí)為 43.8 mA。詳情請(qǐng)參閱 labSG6 數(shù)據(jù)手冊(cè)。）因此傳感器可以直接由該模塊供電。（Pewatron 傳感器需要約 7 mA。）

電源正極 (+Vbridge) 連接到 8 針 LEMO 連接器的引腳 1，電源負(fù)極 (-Vbridge) 連接到引腳 6。信號(hào)輸出連接到引腳 3 (In+)。該傳感器的信號(hào)地（在屏蔽層上）連接到引腳 4 (In-)。

labVF6-Iso II 連接開(kāi)環(huán)式電流傳感器

由于 labVF6-Iso II 不提供電橋激勵(lì)，傳感器必須通過(guò)外部電源供電。對(duì)于 Pewatron 傳感器，需要一個(gè)對(duì)稱的 ±12 V 電源，例如可以用 Meanwell GP25A 電源提供。

在所示示例中，使用一個(gè)接線盒將傳感器電纜分成一個(gè)帶 BNC 連接器的信號(hào)電纜和一個(gè)帶 5 針 DIN 連接器的電源電纜。

圖 2: 當(dāng)與 labVF6-Iso II 一起使用時(shí)，傳感器的外部供電需要一根 Y 型電纜。

電流檢測(cè)放大器 INA240

德州儀器 (Texas Instruments) 的 INA240 是一款高精度、集成的電流檢測(cè)放大器，通過(guò)開(kāi)發(fā)板 (INA240EVM) 實(shí)現(xiàn)。根據(jù)所用分流電阻的阻值，可以實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)量范圍。

圖 3: 帶 LEMO 插頭的 INA240 開(kāi)發(fā)板

首先，必須根據(jù)滿量程時(shí)的期望輸出電壓VOUT和增益來(lái)確定分流電阻上的預(yù)期壓降VDIFF。增益取決于 INA240 的型號(hào)：

VDIFF = VOUT / 增益

然后，通過(guò)差分電壓 VDIFF 和最大電流 IMAX 的商來(lái)計(jì)算 RSENSE。

RSENSE = VDIFF / IMAX

分流電阻中的最大功耗為：

PRSENSE = RSENSE x IMAX2

示例：如果開(kāi)發(fā)板輸出端的最大電壓為 5 V，并且使用 INA240A3，則分流電阻上的壓降必須為 50 mV。如果要在 5 A 的電流下實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，則選擇一個(gè) 10 mΩ 的分流電阻。

傳感器的靈敏度將為 1 V/A。在 5 A 時(shí)，分流電阻上會(huì)耗散 0.25 W 的熱功率。電阻器的額定功率必須要高于這個(gè)值。

更多信息請(qǐng)參閱 INA240 數(shù)據(jù)手冊(cè)。

傳感器設(shè)置和驗(yàn)證

為了將測(cè)量前端輸入端測(cè)得的電壓分配給相應(yīng)的電流，必須將傳感器的靈敏度存儲(chǔ)在 ArtemiS SUITE 軟件中。為此，在 ArtemiS SUITE 中創(chuàng)建傳感器并將其添加到傳感器列表中。該過(guò)程取決于所使用的 ArtemiS SUITE 的版本，并在軟件的幫助頁(yè)面中有詳細(xì)描述。

以ArtemiS SUITE 17版本為例：

A：使用labSG6模塊

1. 打開(kāi)傳感器數(shù)據(jù)庫(kù)，增加Analog sensor，選擇Bridge；

   

2. 選擇Create New；

   

3. 填寫(xiě)傳感器①?gòu)S家，②型號(hào)，③選擇Differential，④選擇電流（點(diǎn)擊More…可以找到電流單位），⑤設(shè)置靈敏度，點(diǎn)擊next下一步；

   

4. 填寫(xiě)序列號(hào)，名稱，實(shí)際靈敏度，保存使用；

   

5. 數(shù)據(jù)采集的時(shí)候，在通道設(shè)置里面關(guān)聯(lián)傳感器，填寫(xiě)傳感器需要的供電電壓，即可使用。

   

B：使用labVF6-Iso II模塊

1. 打開(kāi)傳感器數(shù)據(jù)庫(kù)，增加Analog sensor，選擇General；

   

2. 選擇Create New；

   

3. 填寫(xiě)傳感器①?gòu)S家，②型號(hào)，③選擇電流（點(diǎn)擊More…可以找到電流單位），其它保持不變，點(diǎn)擊next下一步；

   

4. 填寫(xiě)序列號(hào)，名稱，實(shí)際靈敏度，保存即可使用。

   

為了進(jìn)行驗(yàn)證，可以通過(guò)在已知值的（功率）電阻上施加已知電壓來(lái)生成參考電流。計(jì)算出的電流 I = U/R 應(yīng)與測(cè)得的電流相對(duì)應(yīng)。