Измерение 4..20мА. Расчет усилителя Опции

[evsx1]

Необходимо мерять значение токовой петли датчика. Есть схема на простом операционном усилителе. Меряем с резистора 0.1Ом R7. на выходе надо получить напряжение до 1В = 20мА. Расчет номиналов сопротивлений вел, исходя из соображений, что Uвых макс =1В, таким образом максимальный ток петли 20мА*0,1Om=Uвых/Kусл. исходя из это коэффициент усиления равен 500. Взял номиналы напряжений R2=5,1Om R1=2200Om(впаян постоянный резистор) таким образом коэффициент усиления=434. Те при максимальном токе у нас на выходе усилителя должно быть 0.87В. Генерирую токовый сигнал с помощью lm317 выставляю сопротивление 65Ом(по даташиту 1,25/65=0,19мА). однако на входе делителя(R3,R10) напряжение равно 1,33В,что самое интересное при увеличении сопротивления до 300(4мА) напряжение почти такое же 1,35В(измеряю обычным мультиметром). Вопрос где ошибка? Схемотехника в картинке, номинал R6=51Om

[Дмитрий_Б]

C7 необходим? Он даёт фазовый сдвиг в ОС и может привести к возбуждению. Посмотрите осциллографом. Кроме того, при расчёте надо учесть напряжение сдвига и токи смещения ОУ.

[evsx1]

Я так понимаю надо смотреть в сторону C7 и C9

[Fujitser]

А у вас полярность тока на входе правильная? Проверьте напряжения на входах ОУ, посмотрите осциллографом, не возбуждается ли ОУ.

По схеме: конденсатор на выходе ОУ - ошибка, ОУ склонны к возбуждению при работе на емкостную нагрузку. Зачем столько конденсаторов и индуктивностей? Для фильтрации? Я бы оставил только С100, С5, и, может быть, С9, а индуктивности убрал бы.

ОУ при однополярном питании дожен быть rail-to-rail, проверьте по datasheet или сделайте двуполярное питание.

Почему такое маленькое сопротивление на входе? Смело закладывайтесь на падение напряжения 10 - 12В при токе 20мА, всё проще будет.

И да, подстроечники - зло, программные настройки коэффициентов передачи - добро.

[evsx1]

А у вас полярность тока на входе правильная? Проверьте напряжения на входах ОУ, посмотрите осциллографом, не возбуждается ли ОУ.

По схеме: конденсатор на выходе ОУ - ошибка, ОУ склонны к возбуждению при работе на емкостную нагрузку. Зачем столько конденсаторов и индуктивностей? Для фильтрации? Я бы оставил только С100, С5, и, может быть, С9, а индуктивности убрал бы.

ОУ при однополярном питании дожен быть rail-to-rail, проверьте по datasheet или сделайте двуполярное питание.

Почему такое маленькое сопротивление на входе? Смело закладывайтесь на падение напряжения 10 - 12В при токе 20мА, всё проще будет.

И да, подстроечники - зло, программные настройки коэффициентов передачи - добро.

Полярность однозначно правильная. усилитель Lm324ADR, даташит говорит ,что можно использовать униполярное питание. к сожалению, резистор поменять не могу,нет других номиналов под такой смд корпус. сейчас проверю без лишних компонентов,подстроечники не впаяны,вместо них стоят постоянные чипы 2200Ом. Мне надо получить просто 1В,поэтому не думаю,что нужна программная подстройка, необходим правильный расчет схемы

[Plain]

мерять значение токовой петли датчика

Множество таких датчиков просто откажутся работать на КЗ, по этой причине такие схемы представлены в единичных случаях, обычно как экспонаты захламлённых лабораторных столов.

[evsx1]

Убрал С7,С8, L2, перепаял R6 на перемычку, картина не изменилась

[nicom]

...может быть не в кассу...
... но в такие цепи мы ставим резистор 249Ом ... и на токе 20мА имеем 5В...
...с этим напряжением можно работать с достаточно высокой точностью...
Для 3,3В контроллера поставил бы резистор 124Ом... (точнее, вогнал бы в диапазон опоры АЦП)...
...да и добавил бы небольшой пассивный RC фильтр с необходимым в задаче быстродействием-> постоянной времени, плюс защиту на вход АЦП от "греха"...

...а при 0.1Ом огромный вклад будут вносить погрешности невидимые с первого взгляда... например, смещение нуля, "кривизна" земли, просто помехис длинных проводов ...и много чего еще...
Выбор такого значения, на мой взгяд, не оправдано...

[evsx1]

Для 3,3В контроллера поставил бы резистор 124Ом... (точнее, вогнал бы в диапазон опоры АЦП)...
...да и добавил бы небольшой пассивный RC фильтр с необходимым в задаче быстродействием-> постоянной времени, плюс защиту на вход АЦП от "греха"...

...а при 0.1Ом огромный вклад будут вносить погрешности невидимые с первого взгляда... например, смещение нуля, "кривизна" земли, просто помехис длинных проводов ...и много чего еще...
Выбор такого значения, на мой взгяд, не оправдано...

Я правильно понимаю,чтобы вогнать в "(точнее, вогнал бы в диапазон опоры АЦП)" Необходимо поставить резистор 50 Ом, 0,02А*50= 1В. Если нежалко, могли бы предоставить кусок схемы аналоговой части?

Сообщение отредактировал evsx1 - Jul 8 2013, 16:27

[Tanya]

Я правильно понимаю...

А я вот совсем не могу понять, что у Вас не получается. А также, - что Вы хотите. Вам нужен просто масштабный усилитель для превращения напряжения на шунте в пригодное для АЦП значение? Может быть и усилитель никакой не нужен, а нужно просто резистор на вход АЦП поставить и посчитать? Возможно, с некоторой простейшей фильтрацией....
Вы хотя бы тестером измерили ток, который Вы подаете на Ваш измеритель?

[evsx1]

А я вот совсем не могу понять, что у Вас не получается. А также, - что Вы хотите. Вам нужен просто масштабный усилитель для превращения напряжения на шунте в пригодное для АЦП значение? Может быть и усилитель никакой не нужен, а нужно просто резистор на вход АЦП поставить и посчитать? Возможно, с некоторой простейшей фильтрацией....
Вы хотя бы тестером измерили ток, который Вы подаете на Ваш измеритель?

А я не понимаю зачем вы задаете вопрос с ответом?) В жизни может быть все,что угодно,но,если вы видели первый пост, схема вот такая и это данность. В принципе мерть его необходимости не было),но чтобы ваша душа была спокойна, ток такой, какой и должен быть, по стандартной схеме включения LM317 в качестве регулятора тока, мерял миллиамперметром, с нелинейностью конечно,но это не проблема

Сообщение отредактировал evsx1 - Jul 8 2013, 18:05

[Tanya]

А я не понимаю зачем вы задаете вопрос с ответом?)

Я такие вопросы задаю по той причине, что вижу абсолютно бесплодное обсуждение непонятно чего.
Я тут приставлена начальством такого не допускать.
Предлагаю кардинальное решение - вход АЦП подключить к токоизмерительному резистору. А на схему с ОУ можно даже подать питание... по желанию.

[evsx1]

Спасибо!Предложение отклоняется. Где вы увидели бесплодие я не понимаю. Однако, я прошу помощи в ситуации, почему выходное напряжение ОУ не соответствует расчетам? И не содержит ли,что-то грубых ошибок

[stells]

для чего такое обилие реактивных компонентов?

[АндрейЦ]

Спасибо!Предложение отклоняется. Где вы увидели бесплодие я не понимаю. Однако, я прошу помощи в ситуации, почему выходное напряжение ОУ не соответствует расчетам? И не содержит ли,что-то грубых ошибок

У вас есть осциллограф? Посмотрите свой выходной сигнал.
Для чего эта схема? Если для оцифровки сигнала датчика, поставьте токоизмерительный резистор такого номинала, какое напряжение вам нужно. А 324 используйте повторителем. Для этого вам нужно будет недопаять на плату часть деталюшек. Неблагодарная весьма задача ловить 324 доли милливольта.

[Fujitser]

,нет других номиналов под такой смд корпус

1. Вы серьёзно? Какой это корпус?
2. Программная подстройка коэффициентов нужна, если вы хотите получить высокую точность измерений. Одним "правильным расчетом схемы" этого не получить. Все детали имеют разброс параметров, увы.
3. А вы осциллографом посмотрели, у вас ОУ не возбуждается?
4. Измерьте напряжения на входах/выходах ОУ.

[stells]

3. А вы осциллографом посмотрели, у вас ОУ не возбуждается?

а куда ж ему деться? на схеме почти трехточка

[Tanya]

Тема переехала.

[evsx1]

У вас есть осциллограф? Посмотрите свой выходной сигнал.
Для чего эта схема? Если для оцифровки сигнала датчика, поставьте токоизмерительный резистор такого номинала, какое напряжение вам нужно. А 324 используйте повторителем. Для этого вам нужно будет недопаять на плату часть деталюшек. Неблагодарная весьма задача ловить 324 доли милливольта.

Спасибо за данный совет,возможно к нему мне придется еще вернуться,но вроде как ОУ с Кусл близким к 1 склонны возбуждаться.

1. Вы серьёзно? Какой это корпус?
2. Программная подстройка коэффициентов нужна, если вы хотите получить высокую точность измерений. Одним "правильным расчетом схемы" этого не получить. Все детали имеют разброс параметров, увы.
3. А вы осциллографом посмотрели, у вас ОУ не возбуждается?
4. Измерьте напряжения на входах/выходах ОУ.

1. В смысле у меня в наличии нет,а смд в моей деревеньке слово, которое знают лишь посвященные. Те есть резисторы 1218 только эти.
2. пока открытый пункт
3. видимо проблема была именно в возбуждении, убрал все реактивные элементы и увидел адекватные числа во всем диапазоне
4. сейчас на входе 1мВ на выходе 0,511в

Большое спасибо,Fujitser сейчас выход усилителя работает в норме, по расчету. Спасибо, так же пользователям PLain,nicom Возможно с вашими замечаниями придется работать при работе с реальным датчиком давления

[Censored]

Сообщение отредактировал Herz - Jul 9 2013, 19:43

Причина редактирования: Нарушение п.2.1.а Правил

[stells]

3. видимо проблема была именно в возбуждении, убрал все реактивные элементы и увидел адекватные числа во всем диапазоне

перечитайте еще раз внимательно пост №14, а уж потом прибегайте к своим аллюзиям

[Fujitser]

1. В смысле у меня в наличии нет,а смд в моей деревеньке слово, которое знают лишь посвященные. Те есть резисторы 1218 только эти.

Бывает, ничего страшного. Но на место смд можно впаять обычный резистор с проволочными выводами, хотя бы ради эксперимента. Серьёзно, увеличивайте входной резистор, не бойтесь!

[=AK=]

если вы видели первый пост, схема вот такая и это данность

Очень высока вероятность, что эта "данность" возникла не вследствие какой-то необходимости, а вследствие незнания что такое токовый сигнал 4-20 мА и откуда он берется, или вследствие желания перестраховаться в 1000 раз. При сопротивлении шyнта 0.1 Ом падение напряжения на нем равно 2 мВ при 20 мА. То есть, он абсолютно "невидим" для токовой петли, даже соединительные провода имеют большее сопротивление.

Типичный источник сигнала 4-20 мА для нормального режима работы должен иметь падение напряжения Vsrc как минимум в несколько вольт, а сохраняет работоспособность типично до 30 В. Поэтому источник питания в цепи 4-20 мА как правило выдает напряжение Vps = 24В или 12В, а разность Vdrop = (Vps-Vsrc) - это суммарное допускаемое падение напряжения на проводах и на измерительнoм шунте (или на шунтах, если несколько измерителей, каждый со своим шунтом, включены последовательно). Если реальное падение меньше Vdrop, то все будет работать ОК, если больше - могут быть проблемы.

Например, для достаточного фигового случая Vps=12V, Vsrc=8V, поэтому остается всего лишь Vdrop=4V, вследствие чего сопротивление проводов и шунтов не должно превышать 200 R. Допустим, сопротивление проводов равно 100 Ом (что очень много), тогда сопротивление шунтов должно быть не более 100 Ом. С вашими шунтом 0.1 Ом можно будет включить до 1000 измерительных устройств последовательно, что есть явный маразм.

Я правильно понимаю,чтобы вогнать в "(точнее, вогнал бы в диапазон опоры АЦП)" Необходимо поставить резистор 50 Ом, 0,02А*50= 1В.

Угу.

[Fujitser]

Я правильно понимаю,чтобы вогнать в "(точнее, вогнал бы в диапазон опоры АЦП)" Необходимо поставить резистор 50 Ом, 0,02А*50= 1В.

Для того, чтобы "вогнать в диапазон опоры АЦП", нужно для начала знать значение опорного напряжения АЦП. Оно бывает разным, не так ли? К тому же, в зависимости от типа АЦП и режима работы максимально измеряемое напряжение может составлять как Vref, так и Vref/2, например.

[sifadin]

Несколько пожеланий дополнительно:
1) Уберите индуктивности, во всяком случае на входе. используйте RC фильтры.
Индуктивность может ловить магнитные наводки от импульсного преобразователя напр
2) Не соединяйте с землей второй вход. Иначе появиться альтернативный путь на землю. Это может привести к ошибке. А может и не привести, зависит от датчика и соединения его с измеритеной частью.
3) На вход неплохо бы поставить симметрирующий транс

А вообще схема хреновая много элементов, каждый вносит погрешность
Если невозможно использовать резистор и АЦП. Поставьте измерительный усилитель