Использованный в этом устройстве принцип измерения сопротивления петли фаза-ноль отличается от принципа измерения, используемого в специализированных приборах типа ИФН. Он основан на разности напряжения холостого хода и напряжения под нагрузкой в сети. Это работает следующим образом.
Сначала измеряется действующее значение напряжения и данные записываются в регистр U1. После нажатия кнопки «Измерение» включается реле управления нагрузкой, в качестве которой используется электрочайник мощностью около 2 кВт. За счет подключения мощной нагрузки напряжение в сети падает и величина падения напряжения напрямую связана с сопротивлением петли фаза-ноль – т.е. чем больше сопротивление, тем больше происходит и просадка напряжения. Измеренное под нагрузкой напряжение записывается в регистр U2, и реле отключает нагрузку от сети.
В принципе, на этом физический процесс измерений заканчивается, и далее выполняется математический расчет сопротивления петли фаза-ноль и тока КЗ. Сначала из регистра U1 вычитается значение регистра U2. Разность напряжений умножается на сопротивление нагрузки, которое в данном случае составляет 27 Ом. Потом результат делится на значение регистра U2, т.е. напряжения под нагрузкой и получается сопротивление петли фаза-ноль. Затем производится расчет тока КЗ делением напряжения 220В на сопротивление петли фаза-ноль и оба параметра выводятся на дисплей устройства.
Ниже приведена принципиальная схема устройства:
Основу устройства составляет микроконтроллер PIC 16F676. Это, пожалуй, самый простой микроконтроллер данного семейства, имеющий на борту встроенный АЦП, необходимый для измерения напряжения и достаточное количество портов ввода/вывода.
Сетевое напряжение выпрямляется с помощью диода VD1 и подается на делитель R2R3R4. С помощью резистора R3 выполняется регулировка напряжения на входе АЦП микроконтроллера в диапазоне до 5В для установки на дисплее показаний, соответствующих действующему напряжению в сети.
Цепочка R5C3 служит для сброса и инициализации микроконтроллера при включении устройства в сеть.
Транзисторный ключ VT1 и реле К1 предназначены для коммутации мощной нагрузки R1. Для подавления самоиндукции в момент переключения реле, оно зашунтировано диодом VD2. К сожалению, пока мне не удалось подобрать подходящую малогабаритную и мощную нагрузку мощностью около 2 кВт, поэтому временно для этих целей используется обычный электрочайник с сопротивлением нагревательного элемента 27 Ом.
Показания напряжения, сопротивления петли фаза-ноль и тока короткого замыкания отображается на двухстрочном алфавитно-цифровом дисплее типа LCD 1602. Используемый конкретно в этом устройстве дисплей не поддерживает знакогенератор кириллицы, поэтому все сообщения выводятся латинскими символами. Резистором R9 производится регулировка контрастности дисплея.
В отличие от промышленных приборов, этому устройству не требуется автономный аккумуляторный источник питания, он питается непосредственно от измеряемой цепи с помощью готового блока с выходным напряжением 5В. В его качестве вполне подойдет зарядка от телефона.
Кнопкой SA1 производится измерение, а кнопкой SA2 сброс показаний.
Конструктивно устройство собрано на двух платах. На верхней плате расположены микроконтроллер, дисплей и кнопки управления, а все цепи 230В расположены на нижней. Обе платы соединены между собой 4-х жильным шлейфом.
