Шунт 75ШСМ3-20-0,5, Измерение пост. тока., Rш=0,00375, Усилить напряжение с шунта. Опции

[_Алекс]

Не знаю как лучше сделать, есть шунт 75ШСМ3-20-0,5 его сопротивление 0,00375 Ом.
Ток через шунт от 0 до 20А.
Точность измерения тока через шунт 0,01А.
При токе в 0,01А, падение напряжения на шунте 0,0000375 В.
При токе в 20А, падение напряжения на шунте 0,075 В.
Необходимо усилить напряжение с шунта до 2В.

Измеряемая цепь, блок питания импульсный с выходным напряжением 28В и током 18А.
Расстояние от шунта до платы «измерителя», максимум 20см
АЦП 16bit

Рассматриваю два варианта нормализации напряжения с шунта для АЦП. Схема на ОУ типа OPA277UA, OPA335 и на инструментальном усилителе AD8221ARZ. Резисторы типа C2-29B-0,125 0,1%.
Вариант на ОУ по схеме во вложении.
Т.к. схема включения ОУ не в режиме, дифференциального усилителя, беспокоит что вместе с напряжением на шунте, усилится шум и наводки на проводе до шунта. С инструментальным усилителем, понятно, включение в режиме усиления дифференциального сигнала. ОУ примечателен малым дрейфом и смещением «0», особенно OPA335. А, вот у AD8221ARZ характеристики хуже по дрейфу и смещению, да и дороже, он...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_Pasha]

Витой парой в экране подключите.

[Tanya]

Не знаю как лучше сделать,
Резисторы типа C2-29B-0,125 0,1%.

Ищите специальные инструментальные усилители для шунтов. Их много. И точные резисторы не нужны будут. Они уже внутри.
current shunt monitor или что-то в этом роде.

усилится шум и наводки на проводе до шунта.

Это нужно очень стараться... Ведь шунт коротит очень хорошо.

[AlexeyW]

Ведь шунт коротит очень хорошо.

Ну, наводки напряжения от dI/dt он вряд ли коротит, только статическую наводку.

[smk]

Ну, наводки напряжения от dI/dt он вряд ли коротит, только статическую наводку.

Как быстро ток меняетс и как быстро его нужно мерять? А вообще действительно полно микросхем для токовых шунтов.

[_Pasha]

Ну, наводки напряжения от dI/dt он вряд ли коротит, только статическую наводку.

CMRR у инструментального усилителя давит всё. При подключении витой парой.

[Tiro]

CMRR у инструментального усилителя давит всё. При подключении витой парой.

На НЧ.

[_Алекс]

измерять нужно 4 раз в 1сек.

[One]

AD628 Common mode Programmable Gain 0.1 to 100 Difference Ampl; AD8205 -AD8215 precision current shunt monitor;
MAX9938xxx (25-100)V/V Input Common Mode(+1.6+28)V Current-Sense Amplifier;
MAX9923xxx Ultra-Precision ±0.5% Full-Scale Gain Accuracy, (+1.6+28)V, (25-250)V/V Common-Mode Current-Sense Amplifier; MAX4080 - MAX4081 - аналогично (5-60)V/V ....
и пр.,пр., .....

[_Pasha]

измерять нужно 4 раз в 1сек.

Это Вам результат надо выдать 4 раза в секунду, а обработку, хотя бы среднее арифметическое,- делать все равно придется.
Поэтому, определитесь с частотй выборки, поставьте фнч Баттерворта на 8Гц, -96db на частоте выборки.
Для частоты выборки выше 1кГц это фильтр 2-го порядка.
Для удобств суммирования возьмите например 1024 отсчета, 4*1024 = 4096 Гц частота.
Я ничего не упустил?

[Tanya]

Ну, наводки напряжения от dI/dt он вряд ли коротит, только статическую наводку.

Легко проверить. А еще можно синфазный фильтр... или ферритовое колечко.

Это Вам результат надо выдать 4 раза в секунду, а обработку, хотя бы среднее арифметическое,- делать все равно придется.

Все бы Вам сглаживать и усреднять...

[_Pasha]

Все бы Вам сглаживать и усреднять...

Ага, АЦП там шуметь, конечно же, не будет.
Можно усреднять, можно медианить, а чего?

[_Алекс]

MAX9923, такие купить сложно. Остальные хорошо плавают при изменении температуры и большое смещение.


OPA335 хорош тем, что
можно купить и стоит не дорого
смещение 5 мкВ
дрейф 0.05мкВ/°C
может выдать от 0в, что очень важно.
провод до шунта сделать как можно короче, свить, пропустить через ферритовое кольцо, конденсатор 0,1мкФ в обратную связь ОУ. Сделать 4 отсчета на усреднение.
Поставить токоограничивающий резистор 5 кОм, между неинвертирующим входом ОУ и шунтом, при выходе из строя шунта, на вход ОУ попадет 28В. Повлияет этот резистор на точность измерения? По идее не должен, т.к. входное сопротивление ОУ большое.


Взял-бы ИУ AD8221AR но (при КУ=25), и точности измерения +/- 0,01А. Что не нравится и чего не пойму:
стоит заметно дороже
смещение входное 86 мкВ
дрейф входной 0.4мкВ/°C
смещение выходное 660 мкВ / 25 КУ = 26,4мкВ
дрейф выходной 6 мкВ/°C
Т.е смещение = 86 мкВ + 26,4мкВ = 112,4 мкВ уже заметно, когда 0,01А = 37,5 мкВ. Ошибка 0,03А max.
По тепловому дрейфу не пойму, получается при изменении температуры на 20°C :
1. входное смещение уплывет на 8мкВ/°C (0.4мкВ/°C х 20°C), что не страшно совсем. Ошибка 0,002А.
2. выходное смещение уплывет на 6мкВ/°C или на 6мкВ/°C / 25 КУ?
Токоограничивающие резисторы на каждый вход ИУ C2-29B-0,125-4,02 кОм 0,1% ТКС груп. А.
Как убрать смещение (если будет), не прикручивая ни чего к выводу REF. Програмно вычесть? А, если смещение в минус уйдет, АЦП меряет только от +.

[AlexeyW]

Легко проверить. А еще можно синфазный фильтр... или ферритовое колечко.

Проверять будет поздно - проверить можно будет, только когда разведено уже А СФ тут ведь не поможет - имеется в виду именно магнитно наведенная ЭДС в петле, содержащей шунт, ее обнулить можно правильной разводкой - симметрия, вывод витой парой или типа того и т.п.

[Myron]

Легко проверить. А еще можно синфазный фильтр... или ферритовое колечко.

Легко проверить при 20А? На коленках?

Все бы Вам сглаживать и усреднять...

Деться некуда, отвертеться не удастся. Особенно, если вспомнить пусковые токи да при 20А нагрузки, да изменения нагрузки в рабочих режимах... Это Вам не электроника на 100мА, здесь "несколько" все по-другому.

[Tanya]

Легко проверить при 20А? На коленках?

Деться некуда, отвертеться не удастся. Особенно, если вспомнить пусковые токи да при 20А нагрузки, да изменения нагрузки в рабочих режимах... Это Вам не электроника на 100мА, здесь "несколько" все по-другому.

20... 30 Ампер - мой любимый размер... Уже давно. Если что...
А что сказать-то хотели?
Я вот очень часто измеряю ток в таком диапазоне, но ничего никогда не усредняю. Мне вот нужны "мгновенные" значения...

[Plain]

Чем не подходит вариант подвесить спецпитанием любой 24-разрядный СД-АЦП и опорник непосредственно к шунту?

[_Pasha]

имеется в виду именно магнитно наведенная ЭДС в петле, содержащей шунт, ее обнулить можно правильной разводкой - симметрия,...

Не симметрия, а дифпара с минимально возможным расстоянием между дорожками.

20... 30 Ампер - мой любимый размер... Уже давно. Если что...
Я вот очень часто измеряю ток в таком диапазоне, но ничего никогда не усредняю.

Не знал такую интересную подробность.
Но ТС меряет постоянку с частотой обновления аж 4 герц. Заинтриговали, в общем, замечаниями.

[Tanya]

Заинтриговали, в общем, замечаниями.

Продолжаем интриговать... И шунты тоже самодельные. Малоиндуктивные. Иногда из фольги. Но запасы фольгированного манганина исчерпаны. Где брать? Может, кто-то знает. Стали сами фольгу приклеивать...
Есть еще варианты - много проволочек в довольно большом объеме. Туда-сюда...
Если не сильно привередничать, то можно изолированные проволоки - складываются вдвое и скручиваются. Все это в масле или воде. Подвод к шунту - полосковым кабелем.
Все это лучше стандартного шунта.

Не симметрия, а дифпара с минимально возможным расстоянием между дорожками.

Тут даже симметрия не поможет кардинально. Но в первом приближении нужно скрученную пару раскрутить точно посередине шунта и вести концы максимально близко к поверхности. Но контур небольшой будет...
Только правильный шунт подойдет.
Но для ТС, которому нужно сильно среднее значение на это можно внимания не обращать. Фильтр (после) должен спасать от зашкала. Ведь наводка от колебаний сама-собой симметричная.

[_Pasha]

Продолжаем интриговать... И шунты тоже самодельные. Малоиндуктивные.

Скажите пожалуйста, какие величины паразитых индуктивностей у Вас получаются?

[Tanya]

Скажите пожалуйста, какие величины паразитых индуктивностей у Вас получаются?

Где-то... сотни (1-2-3) пикогенри. Прикидочно. Сопротивление... десятая ома или около того. Учитывая то, что угол между компонентами - пипополам, ошибка в модуле импеданса даже на 100 МГц'ах небольшая. Там уже емкость начинается...
Чем меньше толщина зазора между полосками, тем меньше индуктивность, но емкость возрастает обратно пропорционально этому зазору.

[_Pasha]

Где-то... сотни (1-2-3) пикогенри. Прикидочно. Сопротивление... десятая ома или около того.

Ого! Сталкивался с серийными 300мкОм/1нГ, но там еще снять сигнал надо - тоже дело хлопотное. А тут еще и сопротивление хорошее...

Чем меньше толщина зазора между полосками, тем меньше индуктивность, но емкость возрастает обратно пропорционально этому зазору.

Да, так многослойные шины делаются...

Сообщение отредактировал _Pasha - Nov 7 2012, 11:50

[Tanya]

А тут еще и сопротивление хорошее...

Тут нужно на мощность и охлаждение смотреть... Чем больше сопротивление, тем лучше со всех сторон.

Да, так многослойные шины делаются...

Делаем только двухслойные по причине охлаждения... Вот еще есть такой полосковый кабель плоский и гибкий... Достался случайно. Волновое сопротивление... точно не помню... около 10 ом. Но можно параллельно.
Можно из тонкого ФАФ-4 сделать. Дорого, конечно. Зато можно вырезать любой ширины. И слой фторопласта там бывает 0.1. Никакого поля рассеяния... Раньше коаксиальные кабели параллельно...
Кабели для подвода.

[Myron]

20... 30 Ампер - мой любимый размер... Уже давно. Если что...
Я вот очень часто измеряю ток в таком диапазоне, но ничего никогда не усредняю. Мне вот нужны "мгновенные" значения...

Кому что...

Тут нужно на мощность и охлаждение смотреть... Чем больше сопротивление, тем лучше со всех сторон.

Я, например, делаю (мелко)серийное индустриальное (иногда спецназначения) оборудование от десятков микроампер до 25А и у меня противоположное требование - минимум рассеивания и никакого принудительного охлаждения даже в моих устройствах при моих больших токах. Плюрализм, понимаете-ли.

... есть такой полосковый кабель плоский и гибкий... Достался случайно. Волновое сопротивление... точно не помню... около 10 ом. Но можно параллельно. ...можно вырезать любой ширины. И слой фторопласта там бывает 0.1.

Вы, похоже, занимаетесь наукой? Тогда один два экземпляра на коленках - самое оно. Главное быстро, чтобы не отвлекало от основной задачи. Рад за Вас. Работа для Кулибиных. Я, похоже, не отловил суть вопроса от постановщика этой темы.

[_Pasha]

Можно из тонкого ФАФ-4 сделать.

О как!
Не люблю чистый фторопласт из-за его зависимости коэфф. линейного расширения от температуры. На графике - пляска святого Витта
Тут, видимо, из-за стеклоткани, поспокойнее? Интересно...

[AlexeyW]

Делаем только двухслойные по причине охлаждения... Вот еще есть такой полосковый кабель плоский и гибкий... Достался случайно. Волновое сопротивление... точно не помню... около 10 ом. Но можно параллельно.
Можно из тонкого ФАФ-4 сделать. Дорого, конечно. Зато можно вырезать любой ширины. И слой фторопласта там бывает 0.1. Никакого поля рассеяния...

Вроде для толщины 0,1 для ленты в сантиметр шириной получается около наногенри на 2-3 см, не помню уже точно, тоже делал. Но если расширять полосу, можно ведь получить волновое сопротивление намного меньше 10 Ом. Тем более если сделать многослойно (хотя, Вы сказали, не позволяет охлаждение).
А скин-эфект Вы как обходите? в этих полосах он же будь здоров какой, сопротивление частотнозависимо получается.