Измерение двуполярного тока, Как мерить ток между выходами двух ОУ? Выход +-15В у каждого. Опции

[_Pirra]

Доброго времени суток.
Появилась необходимость мерить ток нагрузки вклчонной между двумя ОУ с возможными выходными напряжениями от -15В до 15В у каждого (дельта U 30В). Ток меняется от едениц мкА до десятков мА.

Пологаю, что можно померить падение напряжения на резисторе с помощю ОУ с большим входным дифференциальным напряжением. Но не вполне в этом уверена.



Не хотелось бы применять дифицитные и дорогие микросхемы. Подскажите как лучше решить эту задачу.

Заранее благодарна.

[ivanoffer]

Можно посмотреть на INA219 + две пары резисторов, сам он до 26В.

[Stanislav]

Доброго времени суток.
Появилась необходимость мерить ток нагрузки вклчонной между двумя ОУ с возможными выходными напряжениями от -15В до 15В у каждого (дельта U 30В). Ток меняется от едениц мкА до десятков мА.

Какова допустима погрешность?

Пологаю, что можно померить падение напряжения на резисторе с помощю ОУ с большим входным дифференциальным напряжением. Но не вполне в этом уверена.

Вполне можно.
Такие дифференциальные усилители называются инструментальными усилителями.
Если нет под рукой подобных в интегральном исполнении, легко можно сделать на двух или трёх rail-to-rail по входу ОУ с малыми входными токами.
Как- поищите в интернете; это может оказаться весьма познавательно.

ЗЫ. Есть только некоторые сомнения, что +/-15В по входному синфазному напряжению оперюки будет Вам легко раздобыть. Тогда можно собрать на россыпи...

[АндрейЦ]

Не хотелось бы применять дифицитные и дорогие микросхемы. Подскажите как лучше решить эту задачу.

Заранее благодарна.

Посмотрите

http://www.analog.com/en/specialty-amplifi...ucts/index.html

вдруг что нибудь подойдёт.

[Tanya]

Доброго времени суток.
Появилась необходимость мерить ток нагрузки вклчонной между двумя ОУ с возможными выходными напряжениями от -15В до 15В у каждого (дельта U 30В). Ток меняется от едениц мкА до десятков мА.

А не сгорят ли операционники при таком большом питании и токах. 100 миллиампер они дают, но, наверное, не при таком питании. Для надежности еще бы по парочке транзисторов на выход...
А обязательно ли нужно полярность менять? Еще Вы не сказали, какая должна быть скорость и точность измерений.

[_Pirra]

Доброго времени суток

А обязательно ли нужно полярность менять? Еще Вы не сказали, какая должна быть скорость и точность измерений.

Полярность менять обязательно.

Высокая скорость не обязательна, десятка герц хватит с головой. Точность определить не могу, но настольный мультиметр APPA 91 справляется удовлетворительно. После ОУ будет стоять 13 битный АЦП (один бит из них знаковый) думаю это и определит точность.


Посмотрела схемы построения инструментального усилителя из 2х и 3х ОУ. Но самостоятельно выбрать какой из них мне больше подойдёт не смогла. В чём их принципиальное отличие и так ли оно велико?

Заранее благодарна.

[Tanya]

Высокая скорость не обязательна, десятка герц хватит с головой. Точность определить не могу, но настольный мультиметр APPA 91 справляется удовлетворительно. После ОУ будет стоять 13 битный АЦП (один бит из них знаковый) думаю это и определит точность.

Если все такое медленное, то лучше взять более точные ОУ и усилить их транзисторами. Можно урезать схему в два раза - поставить переключатель или ключи, или реле для изменения полярности.
А еще одно отвязанное питание завести для питания АЦП, и прицепить его прямо на шунт... Батарейку даже.
Или взять немного другой тестер с выходом на com-port.
Вам единичное изделие?

[_Pirra]

Если все такое медленное, то лучше взять более точные ОУ и усилить их транзисторами. Можно урезать схему в два раза - поставить переключатель или ключи, или реле для изменения полярности.
А еще одно отвязанное питание завести для питания АЦП, и прицепить его прямо на шунт... Батарейку даже.
Или взять немного другой тестер с выходом на com-port.
Вам единичное изделие?

Всё немного сложнее. Здесь отображена только выходная часть устройства. Напряжения на нагрузке меняются не дискретно и с широкой полосой, более 1мГц. В нагрузке стоит химическая ячейка (щелоч с растворяемыми электродами). Большая скорость не требуется только для измерения тока.

Я с удовольствием заменю повторитель из АД811, но для меня это пока слишком сложно.

Устройство в еденичном экземпляре. Но наличие готового решения для измерения тока в положительной цепи лишним не будет.

[Tanya]

с широкой полосой, более 1мГц. В нагрузке стоит химическая ячейка (щелоч с растворяемыми электродами). Большая скорость не требуется только для измерения тока.

Я с удовольствием заменю повторитель из АД811, но для меня это пока слишком сложно.

В электрохимии всегда присутствует и формируется "двойной слой" с приличной емкостью. Поэтому надо бы транзисторами выход усилить. Делается очень просто - база npn транзистора включается на выход ОУ. между базой и эмиттером - резистор... с номиналом порядка 100 ом. Обратная связь с эмиттера. Аналогично и для другой полярности с pnp транзистором. Коллекторы - на питание. Базы транзисторов соединены и эмиттеры тоже.

[Stanislav]

Всё немного сложнее. Здесь отображена только выходная часть устройства. Напряжения на нагрузке меняются не дискретно и с широкой полосой, более 1мГц. В нагрузке стоит химическая ячейка (щелоч с растворяемыми электродами). Большая скорость не требуется только для измерения тока.

Простите, но Вам нужно измерять ток в широкой полосе частот (порядка 1 МГц), я правильно Вас понял?
Если нет, уточните, о каком тогда токе идёт речь. И какова форма напряжения на нагрузке.

Посмотрела схемы построения инструментального усилителя из 2х и 3х ОУ. Но самостоятельно выбрать какой из них мне больше подойдёт не смогла. В чём их принципиальное отличие и так ли оно велико?

Вкратце - на трёх ОУ лучше.
Для измерений в широкой полосе и с большим синфазным сигналом следует применять именно его.

ЗЫ. Кстати, на выходах AD811 при +/- 15вольт питания диапазон выходных напряжений составляет только +/- 12 вольт (по даташиту).
Дельта напряжения получится лишь 24 вольта, а не 30.

[АндрейЦ]

Доброго времени суток



Полярность менять обязательно.

Высокая скорость не обязательна, десятка герц хватит с головой. Точность определить не могу, но настольный мультиметр APPA 91 справляется удовлетворительно. После ОУ будет стоять 13 битный АЦП (один бит из них знаковый) думаю это и определит точность.


Посмотрела схемы построения инструментального усилителя из 2х и 3х ОУ. Но самостоятельно выбрать какой из них мне больше подойдёт не смогла. В чём их принципиальное отличие и так ли оно велико?

Заранее благодарна.

Может я чего то не понимаю в задаче, но чем не устроили готовые ОУ для измерения тока по ссылке? у них уже все внутри. Так же не редкость и специальные мощные ОУ. У того же АД это http://www.analog.com/en/high-speed-op-amp...ucts/index.html

[_Pirra]

Может я чего то не понимаю в задаче, но чем не устроили готовые ОУ для измерения тока по ссылке? у них уже все внутри.

Те МС, что мне приглянулись работали только в однополярном режиме, а у инструментальных ОУ по ссылке малое входное сопротивление.

Делается очень просто - база npn транзистора включается на выход ОУ. между базой и эмиттером - резистор... с номиналом порядка 100 ом. Обратная связь с эмиттера. Аналогично и для другой полярности с pnp транзистором. Коллекторы - на питание. Базы транзисторов соединены и эмиттеры тоже.

Могу ошибатся, но при таком включении кажется проблемы в районе нуля, вроде такое включение склонно к возбуждению.

Простите, но Вам нужно измерять ток в широкой полосе частот (порядка 1 МГц), я правильно Вас понял?
Если нет, уточните, о каком тогда токе идёт речь. И какова форма напряжения на нагрузке.

В ячейке бывают короткие быстрые переходные процессы поэтому система широкополосная, но они не итнерестны "оператору". в процессе измерения регестрируется ток в течении длительного промежутка времени. И возможностей обычного тестера вполне достаточно, но неудобно использовать отдельное устройство для измерения тока со своим источником питания и портом ввода\вывода.


Попробую собрать инструментальный усилитель из трёх АД820, у них диф напряжения до +-20В

[Tanya]

Могу ошибатся, но при таком включении кажется проблемы в районе нуля, вроде такое включение склонно к возбуждению.

Попробую собрать инструментальный усилитель из трёх АД820, у них диф напряжения до +-20В

Можете. Если хотите. А зачем Вам дифференциальное сопротивление? Ведь шунт у Вас не такой уж.... наверное.
А вот бывают такие специальные ИУ с допустимым синфазным до сотен вольт.

[muravei]

но при таком включении кажется проблемы в районе нуля, вроде такое включение склонно к возбуждению.

Резистор, как раз и решает "проблемы в районе нуля"
Про большую склонность к возбуждению ничего не слышал.

[Plain]

По датчику тока (резистору) в цепь питания каждого ОУ. Выходы датчиков — на входы ИУ. На выходе ИУ будет напряжение, пропорциональное току нагрузки. В биполярном виде, естественно.

[Stanislav]

В ячейке бывают короткие быстрые переходные процессы поэтому система широкополосная, но они не итнерестны "оператору". в процессе измерения регестрируется ток в течении длительного промежутка времени.

Вы, наверное, хотели сказать, что "оператора" интересуют только НЧ составляющие тока, верно?
Тогда ещё надо сделать НЧ фильтр. Впрочем, его нужно соорудить в любом случае.
В простейшем виде - это просто конденсатор, или RC- цепочка, на входе ИУ.

Попробую собрать инструментальный усилитель из трёх АД820, у них диф напряжения до +-20В

Здесь явная ошибка.
Вам нужно смотреть на диапазон синфазных входных напряжений.
Впрочем, у данного ОУ он тоже весьма широкий.

В электрохимии всегда присутствует и формируется "двойной слой" с приличной емкостью. Поэтому надо бы транзисторами выход усилить. Делается очень просто - база npn транзистора включается на выход ОУ. между базой и эмиттером - резистор... с номиналом порядка 100 ом. Обратная связь с эмиттера. Аналогично и для другой полярности с pnp транзистором. Коллекторы - на питание. Базы транзисторов соединены и эмиттеры тоже.

Ну да... и потерять ещё примерно 1,2 вольта по максимальному вых. напряжению.
Схему усиления транзисторами нужно делать не так.
А можно и не делать вовсе, если токовые и тепловые параметры не выходят за рамки допустимого. И напряжения хватает.

[alexvu]

Я тоже хтоел так предложить, но надо учитывать, что к измеряемому току добавится ток питания ОУ.

[Plain]

Если это Вы мне, то не добавится — собственный ток потребления ОУ всегда присутствует в виде напряжения на одном из этих двух резисторов, а на втором резисторе сумма (его и нагрузки), так что он сокращается простым вычитанием, потому как ОУ ведь одинаковые.

Хорошо. Для особой точности можно обмерять только один ОУ, опустив сигнал с его верхнего датчика тока вниз любым подходящим монитором, а дальше то же самое, т.е. вычесть его из сигнала нижнего датчика.

[_Pirra]

Ну да... и потерять ещё примерно 1,2 вольта по максимальному вых. напряжению.
Схему усиления транзисторами нужно делать не так.
А можно и не делать вовсе, если токовые и тепловые параметры не выходят за рамки допустимого. И напряжения хватает.

Я так поняла предполагалось что-то вроде этого
У меня ОУ питаются через кренки, если запитать транзисторы без стабилизатора, то пара вольт потерь не страша.
А как надо делать схему усилителя?

Если это Вы мне, то не добавится — собственный ток потребления ОУ всегда присутствует в виде напряжения на одном из этих двух резисторов, а на втором резисторе сумма (его и нагрузки), так что он сокращается простым вычитанием, потому как ОУ ведь одинаковые.

Хорошо. Для особой точности можно обмерять только один ОУ, опустив сигнал с его верхнего датчика тока вниз любым подходящим монитором, а дальше то же самое, т.е. вычесть его из сигнала нижнего датчика.

Идею я поняла. Надо подумать. Но всё равно вернёмся к трём МС, не понятно в чём выигрыш.

[Plain]

не понятно в чём выигрыш.

В том, что нет синфазной помехи амплитудой 30 В и частотой неизвестного количества десятков мегагерц.

[_Pirra]

Доброго времени суток.

Если это Вы мне, то не добавится — собственный ток потребления ОУ всегда присутствует в виде напряжения на одном из этих двух резисторов, а на втором резисторе сумма (его и нагрузки), так что он сокращается простым вычитанием, потому как ОУ ведь одинаковые.

Хорошо. Для особой точности можно обмерять только один ОУ, опустив сигнал с его верхнего датчика тока вниз любым подходящим монитором, а дальше то же самое, т.е. вычесть его из сигнала нижнего датчика.

Всётаки меня гложат сомнения. Посмотрела документацию на Current Sense Amplifiers, с шунтом малого сопротивления они будут работать на ура, но когда требуется померить малый ток? Скажем для нескольких микроампер потребуется шунт около 10К не будет ли погрешность вносимая таким усилителем слишком большой?

Помоему при малом выходном напряжении ОУ может использовать ток с обеих линий питания, тогда подобная схема может показать нулевой ток. Или я не права?

Заранее благодарна за разъяснения.

[Plain]

Т.е. динамический диапазон у Вас гораздо больше 13 бит.

В этом случае советую поставить 16/24-разрядный АЦП непосредственно в цепь нагрузки и развязать его управление оптронами.

А переключать шунты — опасная утопия.

[Stanislav]

У меня ОУ питаются через кренки, если запитать транзисторы без стабилизатора, то пара вольт потерь не страша.
А как надо делать схему усилителя?

Извиняюсь за долгое отсутствие.
Делайте так:

Должен сказать, что это лишь эскиз правильной схеммы. Который преподносит основную идею, будучи вполне работоспособен (номиналы компонентов взяты от балды, и требуют уточнения в соответствии с требованиями.)
ПолУчите все +/- 15 вольт на выходе, хоть опер их и не даёт (потому, как правильно сделан в нутри).
За подробностями - обращайтесь. В схемотехнике царских дорог нет, равно как и простых решений. Бывают лишь плохие и хорошие...

Помоему при малом выходном напряжении ОУ может использовать ток с обеих линий питания, тогда подобная схема может показать нулевой ток. Или я не права?

Вы правы, хотя бы потому, что хотите разобраться.
Я бы предложил поэтапное решение задачи, в котором будут учтены все важные условия.
Начать нужно с описания нагрузки (хотя бы примерного её импеданса) и характера воздействия на неё; в данном случае, выходного напряжения.

Касательно идеи измерения разности токов питания ОУ по источникам положительного и отрицательного напряжения.
Разумная мысль здесь есть. Я и сам думал об этом...
Вы не назвали допустимую погрешность измерения.
А при выходных токах схемы (Вашей) порядка единиц микроампер она будет плюс-минус лапоть...
Во всяком случае, мне не приходит в голову схема, способная работать по такому принципу со сколь-нибудь приличной точностью в таком диапазоне значений выходных токов.

Сообщение отредактировал Stanislav - Apr 21 2012, 09:29

[_Pirra]

Доброго времени суток.

Внимательно рассмотрела схему усилителя. Это чтото вроде смеси прямой и коственной разгрузки по току. Где транзисторы работают в режиме В а переходные искажения убираются ОУ и обратнойсвязью. На сколько помню такие схемы рекомендуют делать двухкаскадными.

Но не совсем понятно назначение конденсатора.

В чём её преимущество перед прямой разгрузкой по току предложенной Tanya?

Заранее благодарна за пояснения.