Нужна схема включения датчика 4-20mA, нужно сделать универсальный вход-выход Опции

[PCBExp]

Один контакт разъема должен использоваться и как вход (датчика) и как выход. С выходом все более-менее понятно (как ему работать чтоб не мешаться и самому не мешать) а вот со входом не все ясно (или не понимаю чего-то). Входом у нас 12-битное АЦП будет. Если кто какой документ на эту тему имеет - буду благодарен за ссылку. Я если кто схемой угостит - вообще п

[rezident]

А кроме одного контакта, который и для входа и для выхода, сколько их всего?

[proxi]

А кроме одного контакта, который и для входа и для выхода, сколько их всего?

конечно два сообственно для петли и третий в зависимости от электроники датчиков...сигнал с Rload на АЦП соответственно...
to PCBExp можно и самому погуглить масса инфы...

[rezident]

Сообщение модератора. Убрал оффтопик.

[PCBExp]

Сообщение модератора. Убрал оффтопик.

Спасибо модератору. Правда я сам не сразу свою тему нашел - но видимо модератор прав - здесь ей место.

Всего у нас 1 разъем на 8 контактов. 1 - земля, со 2 по 7 - входы-выходы 8 - питание

Я в самом начале тему описал неполно. Есть дополнение. Кроме токового входа и релейного выхода контакту еще неплохо бы уметь ловить логические уровни от 0 до 1 вольта - логический ноль и от 4 до 30 вольт логическая единица. Собственно земляной контакт (номер 1) нужен для детектирования логических уровней

Питание думаем сделать 14 вольт на контакте разъема. Если контакты (2-7) используются как выходы то реле на 12 вольт (как самое распространенное) не умрет. В случае если контакты (2-7) будут входами, то 12 вольт выпадет на датчике и 2 на резисторах на которых и будем мерять. Наш источник защищен от внешнего высокого напряжения диодом (в прямом включении).

[rezident]

Кроме токового входа и релейного выхода контакту еще неплохо бы уметь ловить логические уровни от 0 до 1 вольта - логический ноль и от 4 до 30 вольт логическая единица. Собственно земляной контакт (номер 1) нужен для детектирования логических уровней

Универсальные решения не бывают дешевыми. Экономия на количестве контактов выйдет вам явно дороже дополнительных коммутаций и защит.

Питание думаем сделать 14 вольт на контакте разъема.

Тогда приготовьтесь, что не всякий датчик сможет работать с вашим токовым выходом. На 500 Омном шунте пассивного датчика, например, при 20мА упадет 10В, а ему (датчику) наверное еще и запитаться от токовой петли захочется.

Наш источник защищен от внешнего высокого напряжения диодом (в прямом включении).

А источник питающий выходы изолирован от измерительных входов? Т.е. допускает плавающий потенциал? Либо по другому спрошу, измерительная часть позволяет подачу на вход небольших по значению отрицательных напряжений?

[proxi]

Всего у нас 1 разъем на 8 контактов. 1 - земля, со 2 по 7 - входы-выходы 8 - питание

видимо много датчиков со 2по 7....

[PCBExp]

...Тогда приготовьтесь, что не всякий датчик сможет работать с вашим токовым выходом. На 500 Омном шунте пассивного датчика, например, при 20мА упадет 10В, а ему (датчику) наверное еще и запитаться от токовой петли захочется.
....

Вот этот пункт меня особенно интересует.

Включаю я датчик например давления от хонивела. У него напряжения питания от 9.5 до 35 вольт. Питать я его собираюсь 24 вольтами. Как понять сколько на нем выпадет из этих 24 вольт? Или сколько я должен высадить на ограничивающих резисторах?

[proxi]

Питать я его собираюсь 24 вольтами. Как понять сколько на нем выпадет из этих 24 вольт?

если R шунта и шлейфа равен нулю то все 24 V...

Или сколько я должен высадить на ограничивающих резисторах

это не ограничивающие резисторы а токовый шунт (он ничего не ограничивает датчик определяет ток)
соответственно R ш нужно выбрать таким что бы 20мА тока на датчике оставалось напряжение приемлимое для работы...

[rezident]

Включаю я датчик например давления от хонивела. У него напряжения питания от 9.5 до 35 вольт. Питать я его собираюсь 24 вольтами. Как понять сколько на нем выпадет из этих 24 вольт? Или сколько я должен высадить на ограничивающих резисторах?

У датчика отдельные выводы питания или он от токовой петли питается? Если питание отдельное, то диапазон соответствует указанному 9,5В...35В. Если же запитка от токовой петли, то минимальное напряжение определяется датчиком тока в вашем приборе. Рассчитывать в таком случае следует на Uпит=Rшунта*25мА+9,5В. Значение 25мА взято с тем расчетом, что приборы с интерфейсом токовая петля 4-20мА обычно сигнализируют аварийное состояние пониженным (меньше 3,5мА), либо повышенным (выше 22,5мА) током в петле. Допустим у вас датчик тока в измерителе 249Ом, значит питание должно быть 249Ом*25мА+9,5В ≥ 16В. Лучше, если будет не менее 18В. Вообще 24В (18В...36В) это типовое значение напряжения питания для токовой петли 4-20мА.

[PCBExp]

Нарисовали вот такую схему.

Краткое описание - напряжение на разъеме пока выбрали 12 вольт. Посмотри на реле от заказчика и возможно поднимем до 14, потому как на R5 может 2 вольта выпасть. R1 и R9 – 0.25 или 0.5 ватта

Режим 1 - релейный выход.
Лог. единица с GPIO_RL1 открывает Q5. На R5 выпадает около 2 вольт и реле открывается. Лог ноль все это дело глушит. Защитный диод ставится на самом реле. Если релейного выхода при открытом ключе коснутся аварийные 50 вольт, то сработает наша защита и Q5 закроется. На R1 все опасное выпадет. А до включения защиты стабилитрон D2 защитит АЦП. При этом на коллекторе Q7 будет лог единица (+5V) которая через D1 попадет на АЦП. Главный процессор поймет, что сработала защита потому что все «штатные» напряжения ниже 4 вольт.

Режим 2 - аналоговый вход 4-20 mA. Датчик включается между контактами 1 и 2 разъема. Q5 открыт лог. единицей. На R5 выпадает напряжение достаточное для измерения тока. Далее напряжение через R9 отправляется на АЦП. Если опять авария – см. выше.

Режим 3 - дискретный вход логический ноль от 0 до 1 вольта. Логическая единица - от 4 до 30 вольт. В этом режиме Q5 закрыт. На резисторе R5 выпадает все, что будем мерить. Это самый тяжелый случай. В случае 4 вольт на R5 выпадет 15 mV. Смогу ли я выловить эту логическую единицу своим АЦП????? Пока выбрали TLV1570. Опора у нее 3.8 вольта то есть младший бит - 3.8/1024=0.0037 вольта. Боюсь, что не увижу я в шумах эти 4 бита. Покритикуйте еще что-нибудь.

PS Я хорошо умею искать на сайте Texas Instruments . У других производителей как-то неудобно после TI. Может кто другое 8-ми канальное АЦП посоветует? Можно на 12 бит . Желательно с внутренней опорой и не дороже 6 баксов в России.

Сообщение отредактировал PCBExp - Feb 18 2010, 11:22

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rezident]

Нарисовали вот такую схему.

Какую точность измерения входного тока вы планируете получить? У вас только за счет паразитного тока через Q7 получится 1,5% погрешность на нижнем пределе измерения (4мА). Кроме того, почему выбран номинал токового датчика именно 39,2 Ом при том, что по вашим же словам величина опоры 3,8В? Для улучшения точности измерения всегда стараются привести диапазон входного сигнала как можно ближе к значению опоры. При выбранном вами номинале токового датчика вы работаете только на 1/4 входного диапазона АЦП. Т.е. при такой опоре вам бы лучше подошел токовый датчик с номиналом порядка 150 Ом.
И что это за транзистор IRLML0060TRPBF? Я что-то такого не знаю и не нахожу нигде его datasheet. Какой у него параметр Vgth (Gate Treshold Voltage)? Вы вообще свою схему моделировали? У вас Q5 включен по схеме истокового повторителя. Напряжение на его истоке такое же как на затворе минус Vgth. За счет шунтирования Q6 управляющего напряжения на затворе до уровня Vce(sat) (порядка 0,25В) Q5 вообще никогда не откроется. По крайней мере я не встречал MOSFET у которых Vgth в районе сотен миллиВольт.
Ну и типовая ошибка когда в высокоомной (100кОм) аналоговой цепи стоит защитный элемент в виде параллельного стабилитрона. У стабилитрона же весьма высокий ток утечки вблизи номинального напряжения стабилизации. Я уже раз десять тут на форуме приводил схему защиты для такой цепи на двух диодах и стабилитроне.

[PCBExp]

.... И что это за транзистор IRLML0060TRPBF? Я что-то такого не знаю и не нахожу нигде его datasheet. ....

Забавно. Я тоже не сразу нашел - гугль молчит как рыба...

http://www.irf.com/product-info/datasheets...rlml0060pbf.pdf

Пока только это могу сказать. Все остальное будем завтра исследовать.

Насчет стабилитрона, как Вы сами заметили, у нас получится работать на 1/4 входного диапазона. Поэтому вблизи напряжения стабилизации мы окажемся только при срабатывании защиты, а это уже отдельный случай.
Схему как раз собирались завтра моделировать......

Сообщение отредактировал PCBExp - Feb 18 2010, 19:15

[rezident]

http://www.irf.com/product-info/datasheets...rlml0060pbf.pdf

Ну и...? V_GS(TH)=1...2,5V. Как вы планируете его открыть при такой схемотехнике?

Насчет стабилитрона, как Вы сами заметили, у нас получится работать на 1/4 входного диапазона. Поэтому вблизи напряжения стабилизации мы окажемся только при срабатывании защиты, а это уже отдельный случай.

Вы даташит BZV55 series смотрели? Для BZV55C4V7 нормируется обратный ток утечки на уровне 3мкА при напряжении 2В и температуре +25°C. Допустим, что у вас температура будет не больше +50°C и входное напряжение не превысит 1В (25мА входной ток), а следовательно ток утечки зеннера останется того же порядка и не превысит 10мкА. Эквивалентное сопротивление стабилитрона при этом выходит около 100кОм. Ну и как вам такой "уполовиниватель" входного сигнала? 0,5В потерь в пересчете на входной ток получается 12,7мА. Относительная погрешность измерения 50%. Вас устраивает такая точность?

[PCBExp]

По поводу стабилитрона - не было опыта в этом вопросе - исправим (если скажете, где конкретно Ваша схема - отдельное спасибо). А вот по поводу включения Q5 есть сомнения. Q6-Q7 образуют триггер аварийной защиты по току. Q6 в нормальном режиме закрыт. Как он помешает открытию Q5 не ясно. На Q5 придет чуть меньше 5В от управляющего процессора.

Относительно токового резистора R5: Вы правы, его нужно бы увеличить, но тогда надо увеличить и управляющее напряжение, открывающее Q5. А это сложно. Видимо, будем использовть внешнюю опору для АЦП порядка 2В.

Что скажете?

[rezident]

По поводу стабилитрона - не было опыта в этом вопросе - исправим (если скажете, где конкретно Ваша схема - отдельное спасибо).

Например, в этом топике. Но проблема не только в стабилитроне, а еще и в слишком высокой величине R9. Зачем там 100кОм? Вы пытаетесь защитить вход АЦП от 1кВ после сгорания токового датчика R5 путем сжигания R9? Если предполагается, что на входе может появиться 50В, то в качестве R9 вполне достаточно резистора 10кОм 1/4Вт.

А вот по поводу включения Q5 есть сомнения. Q6-Q7 образуют триггер аварийной защиты по току. Q6 в нормальном режиме закрыт. Как он помешает открытию Q5 не ясно.

А вы эту схему уже промоделировали, как вчера обещали? Ну и как, работает? А ложные срабатывание вашего "триггера" как планируется детектировать и устранять? Каждый раз отключая/включая Q5? А как в этому отнесется пассивный датчик с запиткой от токовой петли, подключенный к вашему входу?

Видимо, будем использовть внешнюю опору для АЦП порядка 2В.

Судя по всему, вам для разработки выдали корпус по размеру спичечного коробока и сказали все уместить в нем. Но при этом в стоимости конечного изделия не ограничили, так? В противном случае я не понимаю, зачем нужно ограничивать именно количество входных контактов и городить столь замороченную схему, а вместо "копеечных" резисторов подбирать дорогую м/с ИОН.