Analogowe układy całkujące
Jak zastosować analogowe układy całkujące w charakterze interfejsów czujników niskiej mocy oraz do generowania sygnału i filtrowania?
Cewki Rogowskiego
Cewki Rogowskiego są klasą czujników prądu, które mierzą zmienne źródła prądu za pomocą elastycznej cewki, która jest owinięta wokół mierzonego przewodnika przewodzącego prąd. Używane są do pomiaru szybkich prądów nieustalonych, prądów impulsowych lub mocy linii 50/60Hz. Cewki Rogowskiego pełnią funkcję podobną do przekładnika prądowego. Podstawowa różnica polega na tym, że w cewce Rogowskiego zastosowano rdzeń powietrzny w odróżnieniu od rdzenia ferromagnetycznego stosowanego w przekładniku prądowym. Rdzeń powietrzny ma mniejszą impedancję wtrąceniową, co powoduje szybszą reakcję i brak efektów nasycenia przy pomiarach dużych prądów. Cewka Rogowskiego jest niezwykle łatwa w użyciu (ilustracja 7).
Ilustracja 7: uproszczony schemat przedstawiający instalację cewki Rogowskiego na żyle przewodzącej prąd (po lewej) oraz obwód zastępczy dla tej instalacji (po prawej). (Źródło ilustracji: LEM USA)
Cewka Rogowskiego, na przykład ART-B22-D300 firmy LEM USA, jest po prostu owinięta wokół żyły przewodzącej prąd, jak pokazano na ilustracji 7 po lewej. Układ zastępczy cewki Rogowskiego jest pokazany po prawej stronie. Należy pamiętać, że sygnał wyjściowy cewki jest proporcjonalny do pochodnej mierzonego prądu. Układ całkujący służy do wyodrębnienia mierzonego prądu.
Projekt referencyjny dla układu całkującego cewki Rogowskiego pokazano na ilustracji 8. Konstrukcja ta charakteryzuje się zarówno wysoce precyzyjnym wyjściem obejmującym zakres od 0,5 do 200A z dokładnością do 0,5%, jak i szybkim zestrajaniem w tym samym zakresie prądowym oraz dokładnością do 1% w czasie krótszym niż 15ms.
Ilustracja 8: w tym projekcie referencyjnym dla układu całkującego cewki Rogowskiego zastosowano układ OPA2188 firmy Texas Instruments jako podstawowy wzmacniacz operacyjny w elementach układu całkującego projektu. (Źródło ilustracji: Texas Instruments)
W tym projekcie referencyjnym zastosowano model OPA2188 firmy Texas Instruments jako podstawowy wzmacniacz operacyjny w elementach układu całkującego projektu. OPA2188 jest podwójnym wzmacniaczem operacyjnym który wykorzystuje opatentowaną technikę auto-zerowania, dzięki której maksymalne napięcie niezrównoważenia wynosi 25µV, a dryft bliski jest zeru wraz z upływem czasu i zmianami temperatury. Jego iloczyn wzmocnienia i szerokości pasma wynosi 2MHz oraz typowy prąd polaryzacji wejścia na poziomie ±160pA.
Do omawianego projektu referencyjnego firma Texas Instruments wybrała układ OPA2188 ze względu na jego niskie napięcie niezrównoważenia i niski dryft. Ponadto, jego niski prąd polaryzacji minimalizuje obciążenie cewki Rogowskiego.