Звуковые генераторы, фильтры и другие аналоговые устройства (кроме радиотехники и УНЧ)
Ответить

Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вс апр 21, 2019 13:28:14

Прошу помощи с разработкой схемы усиления с токовых шунтов по приведенной схеме.
Изображение

В интернете есть несколько схем цифровых ВАметров на микроконтроллере, но с подобным включением шунтов я не нашел. Там была схема с включением шунтов каждого плеча в общий провод. Мне непонятен такой подход.

Что лучше применить для усиления сигнала, схему дифференциального усилителя или же лучше применять инструментальный усилитель?
Просто если для точности измерения в 1 мА хватит и LM324 (LM358), то дешевле на нем собирать, чем покупать готовый инструментальный усилитель
Максимальный измеряемый ток 500 мА, Ку = 10.
Вложения
sch_A.zip
схема в редактируемом виде
(1.82 KiB) Скачиваний: 52

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вс апр 21, 2019 13:44:56

Самое простое дифусилители

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вс апр 21, 2019 15:58:23

Самое простое дифусилители

Простое, то простое, но в литературе пишут, что инструментальный усилитель обладает более высоким входным сопротивлением.
А вот нужно ли большое входное сопротивление я такими знаниями не обладаю.
Подскажите!

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вс апр 21, 2019 18:29:30

не нужно

Добавлено after 1 hour 44 minutes 32 seconds:
Самые любые можно, например 358 как раз в корпусе два оу, на плюсовое и минусовое сделаешь

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вс апр 21, 2019 18:47:05

[uquote="serg_svd",url="/forum/viewtopic.php?p=3620597#p3620597"]Прошу помощи с разработкой схемы усиления с токовых шунтов по приведенной схеме.


... схема с включением шунтов каждого плеча в общий провод. Мне непонятен такой подход...

Что лучше применить для усиления сигнала, схему дифференциального усилителя или же лучше применять инструментальный усилитель?
Просто если для точности измерения в 1 мА хватит и LM324 (LM358), то дешевле на нем собирать, чем покупать готовый инструментальный усилитель


1. Для чего усиливать напряжение с шунтов? Чтобы "видеть" малые токи? А нужна ли такая точность - 1 мА?
2. Видимо, не поняли написанного или в статье не написано. Двуполярные источники иногда делаются полностью независимыми по земле. Тогда в каждую землю ставится по шунту, а общая земля это точка соединения земель после шунтов, т.е. справа, если рисовать схему по правилам - слева-направо.
3. Да, инструментальный усилитель (ИУ) имеет высокое Rвх., но это не 1 ОУ, а в самом простом случае это пара или три ОУ, соединённые особым образом. Основное отличие ИУ от обычных ДифУ - обеспечение высокого Rвх. по обоим входам и обеспечение установки заданного Ку с помощью ОДНОГО сопротивления. Недостатки обычных ДифУ - низкие входные R и необходимость регулировки Ку одновременным изменением сопротивления двух резисторов. ИУ можно построить не только на ОУ, но и на согласованных транзисторных парах.

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вс апр 21, 2019 19:06:07

Тут наверное не усиливать больше, а преобразовать токи в напряжения для показометров. Плюсовое минусовое плечо в сигнал для ацп 0-5 вольт. Есть еще спец мелкосхемы названия непомню. Если для малых токов до 10 ампер там смд8 и внутри холовый датчик и выход как раз для ацп

Добавлено after 2 minutes 18 seconds:
Allegro ACS712 серия

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вс апр 21, 2019 19:22:16

IRMADE писал(а):А нужна ли такая точность - 1 мА?

Нужна. Я на поясняющей картинке нарисовал и в тексте указал, что максимальный ток 500 мА. Хотелось бы видеть ток в каждом плече с точностью 1 мА. А вот сопротивление шунта я просто привел пока для простоты расчета и изготовления макетного образца. 0,5 Ом как бы многовато в этой цепи. При токе 0,5 А на нем будет падать 0,25 В, что не есть хорошо. Но уменьшать его сопротивление и увеличивать коэффициент усиления я пока не хочу. Вначале надо все проверить и грамотно нарисовать схему.
IRMADE писал(а):Видимо, не поняли написанного или в статье не написано.

Да нет, все-то я понял. Да! В найденых схемах ВА по сути два источника питания соединялись в один двуполярный БП. Но меня смутила та странность, что для положительного плеча шунт стоит в минусе, а для отрицательного в плюсе. А общий провод двуполярного БП образуется путем объединения цепей за этими шунтами. Мне непонятно было это решение. Опять же по причине того, что обычно в двуполярных БП общий провод уже объединен, начиная от трансформатора и шунты в него уже не врежешь. Но я не собираюсь придерживаться такого решения. Я делаю, опираясь на своё разумение.
vlasovzloy писал(а):Allegro ACS712 серия

Спасибо! Гляну, что за зверь.
IRMADE писал(а):но это не 1 ОУ, а в самом простом случае это пара или три ОУ, соединённые особым образом.

Я это понимаю. Но одно дело сделать на ширпотребовском оу типа 358 или 324, другое дело покупать микру инструментального усилителя

PS. Посмотрел данные по ACS712. Мне она не подходит, так как не умеет измерять малые токи. Тот же 1 мА.

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Пн апр 22, 2019 14:27:24

Так! Еще одно препятствие возникло из-моего незнания :(
Дело вот в чем. Блок питания имеет напряжение на выходе ±15 В. Питать ОУ я тоже планировал от ±15 В. Но согласно даташитов на различные ОУ, диапазон напряжений на входе ОУ должен быть уже, чем напряжение питания самого ОУ. И у каждого ОУ этот диапазон разный. Пока в тупике, но первое, что надо сделать, это запитать ОУ от ±18 В хотя бы. А такое напряжение взять пока негде

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Пн апр 22, 2019 14:49:52

На входах дифа настроишь резисторами по 3-4 вольта и норм

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Пн апр 22, 2019 15:51:56

На входах дифа настроишь резисторами по 3-4 вольта и норм

То есть подразумевается, что на вход ОУ напряжение будет подано меньше с учетом резистивного делителя на входе (точка соединения R1R2)? И поэтому входное напряжение будет всегда меньше питающего?
Изображение

Но если делать на том же ОУ инструментальный усилитель, то тут надо иметь запас по питающему напряжению?

И еще. Как я понимаю, чтобы увеличить входное сопротивление надо выбирать резисторы с большим сопротивлением?
К примеру, если Ку=50, то номинал резисторов по расчету R1=R3=4.7 k, R2=R4=75 k, то лучше увеличить их сопротивления, к примеру, до 47 к и 750 к?

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Пн апр 22, 2019 18:01:20

...Питать ОУ я тоже планировал от ±15 В. А такое напряжение взять пока негде...


Так у Вас же целый двуполярный выпрямитель, как это "негде"?! Хотя могу предложить и более простое решение. Это в пристёгнутом файле.
Вложения
Датчик тока-1.pdf
(68.31 KiB) Скачиваний: 64

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Пн апр 22, 2019 18:32:10

1231111.JPG
(196.02 KiB) Скачиваний: 349

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вт апр 23, 2019 08:45:36

Это в пристёгнутом файле.

Интересное решение. А каково значение напряжения питания ОУ будет при таком включении?

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вт апр 23, 2019 09:43:27

Да нет, все-то я понял. Да! В найденых схемах ВА по сути два источника питания соединялись в один двуполярный БП. Но меня смутила та странность, что для положительного плеча шунт стоит в минусе, а для отрицательного в плюсе. А общий провод двуполярного БП образуется путем объединения цепей за этими шунтами. Мне непонятно было это решение. Опять же по причине того, что обычно в двуполярных БП общий провод уже объединен, начиная от трансформатора и шунты в него уже не врежешь. Но я не собираюсь придерживаться такого решения. Я делаю, опираясь на своё разумение.
1. Метрологические требования у вас довольно крутые: вы хотите получить приведённую погрешность порядка 0.1%. Это сделать непросто: все резисторы, включая шунты, должны быть точности 0.01%, найти такие нужных номиналов может оказаться малореально. Или придётся делать подстройку и потом периодические поверки, понимая, что подстройка со временем уплывёт. А я ведь ещё не вспоминал параметров операционных усилителей и самой измерялки.
2. "Странность", что один шунт в нижнем проводе, другой в верхнем - это не странность, а, наоборот, вполне разумное решение: потенциалы выводов шунтов находятся рядом и далеки от напряжений питания (имеются в виду плюс и минус, которыми и надо запитываться), в этих условиях выполнить нормирующий усилитель сравнительно несложно, причём даже и с вашими требованиями по метрологии. Но вы правильно отметили: такое решение не всегда реализуемо. Что касается фобии про разные провода: фобия - она и есть фобия, ток не изменится от того, с какой стороны от нагрузки или источника включить амперметр. (Бывают, конечно, даже и тут неприятные эффекты, но это не тот случай.)

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вт апр 23, 2019 12:29:25

mickbell писал(а):Метрологические требования у вас довольно крутые

Честно говоря, я не считал погрешность и вообще этим не заморачивался. Мои слова о том, что требуется точность в 1 мА следует понимать, что при плавном изменении тока, протекающего через шунт, также плавно изменялся результат на индикаторе с шагом 1мА. Понятно, что там не прецизеонное будет измерение, но погрешность можно откорректировать при калибровке.
Резисторы в цепи ОУ буду применять 1%. С шунтом пока не знаю. Первоначально планировал ставить 2 штуки по 1 Ом параллельно, но после расчетов падения напряжения на нем пришел к выводу, что надо уменьшать сопротивление шунта хотя бы до 0,1 Ом и поднимать усиление ОУ. Тогда при входном напряжении 0,5 А*0,1 Ом = 0,05 В и выходном 2,5 В потребуется коэффициент усиления 50. А один квант АЦП будет составлять 2500 мВ/1024 = 2,45 мВ. При этом для тока 1 мА с учетом коэффициента усиления на выходе ОУ будет (1 мА * 0,1 Ом * 50) = 5 мВ. Таким образом с учетом ошибки самого АЦП точность будет составлять максимум ±1 мА. Мне этого достаточно. Но надо выбрать хороший ОУ для этого. А тут требуется Ваша помощь.

Есть в наличии (кроме LM358, LM324):
TL072, OPA2134
Если не подходят, то какие еще посоветуете?

mickbell писал(а):потенциалы выводов шунтов находятся рядом и далеки от напряжений питания (имеются в виду плюс и минус, которыми и надо запитываться)

Теперь стало понятно такое решение. Но в моём случае оно не подходит из-за самой схемотехники источника питания.
mickbell писал(а):ток не изменится от того, с какой стороны от нагрузки или источника включить амперметр.

Не изменится, конечно. Но главное подключить приборы так, чтобы не было протекающего тока от соседнего источника. А то амперметр погоду будет показывать.

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вт апр 23, 2019 16:41:29

https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=533963
Вот еще статейка. была другая, не могу найти пока

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Вт апр 23, 2019 19:01:59

...А каково значение напряжения питания ОУ будет при таком включении?...


Из своей практики я не помню, сколько точно MAX232 даёт, да в данном случае это и не важно. Где-то +/- (8 ... 11) В. Линейность преобразования схемы проверена на практике.

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Пт апр 26, 2019 07:04:00

https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=533963

Для чего нужны полевики?
И второй вопрос. Обязательно ли питание ОУ от измеряемой цепи, как в указанном примере?

Re: Измерение тока в плечах двуполярного БП

Пт апр 26, 2019 09:41:22

Но надо выбрать хороший ОУ для этого. А тут требуется Ваша помощь.
Есть в наличии (кроме LM358, LM324):
TL072, OPA2134
Если не подходят, то какие еще посоветуете?
Никакой из этих не посоветую. Из того, что продаётся в ваших краях, ищите прецизионные - потомки знаменитого OP-07. Если питать их от выходного напряжения, то - или снизить его стабилизатором, или ОУ должен уметь питаться таким напряжением. Желательно Rail-to-rail по выходу, или хотя бы чтобы он мог выдать около нуля вольт.
Теперь обоснование. У ОУ общего применения напряжение сдвига - единицы милливольт, и дрейф его в рабочем диапазоне температур - что-то вроде этого же, что сопоставимо со значением входного сигнала. У прецизионных оперов то и другое измеряется микровольтами.
Ответить