Точное (0,01%) измерение тока 4-20 мА, в трехканальном варианте Опции

[shreck]

Привет.

Требуется измерить ток на выходе датчика с унифицированным сигналом 4-20мА. Измерить весьма точно - 0.01% от измеряемой величины. Токоизмерительный резистор может включаться как возле земли, так и возле питания (до 24В). Соответственно имеется и синфазное напряжение.
Плюс ко всему нужны три канала.

Больше всего меня смущает, что надо мерить как без синфазной составляющей, так и с ней.
Берем усилитель с КОСС 120 дБ, что дает 24мкВ ошибки при синфазном 24В. Что уже неприемлемо.

Как можно решить данную задачу? Что за схемотехника входного усилителя здесь используется?

[syoma]

А что за датчик, что измеряет с точностью 0.01%?

[Plain]

Да не, скорее всего как всегда, попутана точность с разрешением, ну и насчёт мифического синфазного напряжения у токовой петли — тем более сказки.

[blackfin]

А что за датчик, что измеряет с точностью 0.01%?

Y1453100R000V9L

[shreck]

А что за датчик, что измеряет с точностью 0.01%?

Я не говорю о точности датчика. Я говорю о точности измерения тока на выходе датчика.

Да не, скорее всего как всегда, попутана точность с разрешением, ну и насчёт мифического синфазного напряжения у токовой петли — тем более сказки.

Не как всегда. Я не перепутал разрешение с точностью.

Я не совсем в теме как меряют ток в токовой петле. Поясните, что вы подразумеваете под мифическим синфазным напряжением.

[Plain]

Y1453100R000V9L

Для измерения тока с точностью 0,01% требуются эталоны сопротивления и напряжения с погрешностями 0,0015%.

не совсем в теме как меряют ток в токовой петле. Поясните, что вы подразумеваете под мифическим синфазным напряжением

Исходя из своего названия, интерфейс "токовая петля" содержит только сигнальный ток и больше ничего, т.е. это в идеале изолированная от всего остального схема, а в реале, соответственно, качество этой изоляции выражается в виде синфазного тока, для подавления которого требуется дифференциальная схема измерения, т.е. одинаковые эталоны сопротивления в каждом из двух проводов, одинаковые эталоны напряжения у двух измерителей и синхронные измерения.

[blackfin]

Для измерения тока с точностью 0,01% требуются эталоны сопротивления и напряжения с погрешностями 0,0015%.

Хотелось бы увидеть обоснование. И желательно с формулами.

[wim]

Я не совсем в теме как меряют ток в токовой петле.

А ток всегда течет по какой-то петле, других вариантов протекания тока не существует.

Берем усилитель с КОСС 120 дБ, что дает 24мкВ ошибки при синфазном 24В. Что уже неприемлемо.

Если 20 мА дает на выходе преобразователя ток-напряжение 5 В, а 4 мА, соответственно, 1 В, то 24 мкВ по отношению к 1 В меньше 0,01%. Чем это неприемлемо-то?

[Tanya]

Измерить весьма точно - 0.01% от измеряемой величины. одного усилителя здесь

Вот посмотрим на характеристики keithley 2000.
Через год после калибровки для измерения в диапазоне 100 миллиампер погрешность 500ppm от измеренного + 800ppm от диапазона. А Вы хотите 100...

[shreck]

Вот посмотрим на характеристики keithley 2000.
Через год после калибровки для измерения в диапазоне 100 миллиампер погрешность 500ppm от измеренного + 800ppm от диапазона. А Вы хотите 100...

Элметро Кельвин 0.0065% от измеряемой величины;
Fluke 709 0.01% Но с ним понятно. Он одноканальный и там есть варианты.

Я хочу не невозможного.

А ток всегда течет по какой-то петле, других вариантов протекания тока не существует.
Если 20 мА дает на выходе преобразователя ток-напряжение 5 В, а 4 мА, соответственно, 1 В, то 24 мкВ по отношению к 1 В меньше 0,01%. Чем это неприемлемо-то?

Измеритель, которым я буду мерить напряжение на выходе преобразователя имеет верхний предел - 1В, что ухудшает приведенные расчеты в 5 раз. Плюс погрешность измерителя напряжения.

[Tanya]

Элметро Кельвин 0.0065% от измеряемой величины;
Fluke 709 0.01% Но с ним понятно. Он одноканальный и там есть варианты.
Я хочу не невозможного.

Я Вас поняла так, что Вы хотите сделать такое самостоятельно...
Ваш первый вариант - там непонятно, как дела с временной стабильностью.
Так Вам нужен готовый прибор? Тогда непонятен выбор раздела для топика.

[haker_fox]

Хотелось бы увидеть обоснование. И желательно с формулами.

Так это же вроде как прописная истина: эталон должен быть в 5 - 10 раз точнее поверяемой величины

[blackfin]

Так это же вроде как прописная истина: эталон должен быть в 5 - 10 раз точнее поверяемой величины

А сможете эту "прописную истину" математически строго доказать?

[haker_fox]

А сможете эту "прописную истину" математически строго доказать?

Нет, пользуюсь ей как аксиомой)

[blackfin]

Нет, пользуюсь ей как аксиомой)

Я так и предполагал.. Зайдем с другой стороны..

Вот у меня есть эталон - обычная линейка, цена наименьшего деления которой равна одному миллиметру.
Могу я с помощью этой линейки с миллиметровой точностью измерить ширину экрана своего планшетного компьютера или мне нужно искать линейку имеющую точность в 10 микрон?

Wiki:

Обычно цена наименьшего деления шкалы стрелочного прибора согласована с погрешностью самого прибора. Если класс точности используемого прибора неизвестен, за погрешность s прибора всегда принимают половину цены его наименьшего деления. Понятно, что при считывании показаний со шкалы нецелесообразно стараться определить доли деления, так как результат измерения от этого не станет точнее.

[Ydaloj]

ну вот, вы сами всё и подтвердили
измеряя 1мм линейкой с ЦМД 1мм, вы будете крутиться около погрешности 1мм, округляя полученные измерения

Пусть у вас есть эталон 10 условных единиц с точностью 1%. Т.е. размер эталона будет попадать в диапазон 9,9...10,1у.е.
Вы желаете калибровать по нему свои копии и надеетесь на их точность тоже 1%
И вот попался вам эталон, имеющий фактическое значение 10 -1%, т.е. 9,9
Тогда ваши копии будут иметь диапазон 9,8...9,99у.е., т.е. нифига не 1%

Взяв эталон на порядок выше точностью, сможете добиться своих 1%.

[Егоров]

Я так и предполагал.. Зайдем с другой стороны..

Вот у меня есть эталон - обычная линейка, цена наименьшего деления которой равна одному миллиметру.
Могу я с помощью этой линейки с миллиметровой точностью измерить ширину экрана своего планшетного компьютера или мне нужно искать линейку имеющую точность в 10 микрон?

Вы давно сдавали эту линейку на госповерку? Когда будете сдавать - поинтересуйтесь чем они ее там поверяют - такой же линейкой или чем-то поточнее.
Тут речь идет о том, что для измерения с точностью в 1% вам компоненты в схеме нужны в три-пять раз точнее. И самое противное - стабильные. Резистор - увы, не линейка, плывет со временем намного сильнее.
В целом задачу вы поставили очень сложную. Наверное, реализовать такую точность можно только в лабораторных условиях.

[shreck]

Я Вас поняла так, что Вы хотите сделать такое самостоятельно...
Ваш первый вариант - там непонятно, как дела с временной стабильностью.
Так Вам нужен готовый прибор? Тогда непонятен выбор раздела для топика.

Да, сделать самому. Для одноканального варианта я представляю как добиться такой точности, а для трех канального - нет.
Вопрос в схемотехнике входного преобразователя. Конкретно, как сделать инструментальный усилитель с большим КОСС

[blackfin]

Тут речь идет о том, что для измерения с точностью в 1% вам компоненты в схеме нужны в три-пять раз точнее. И самое противное - стабильные. Резистор - увы, не линейка, плывет со временем намного сильнее.

Так, а чего гадать-то? В ДШ приведен график:
[attachment=111188:Screensh...16_09_41.jpg]
Из графика можно сделать вывод, что со временем плывет, но меньше чем 80 ppm за 10 лет.
Ну и периодические поверки никто не отменял..

В целом задачу вы поставили очень сложную.

Да это не я поставил, это ТС.. С него и спрашивайте..

Вопрос в схемотехнике входного преобразователя. Конкретно, как сделать инструментальный усилитель с большим КОСС

Пардон, за мой плохой французский, но я бы сделал гальванически развязанную схему из CN0194 с заменой АЦП на AD4011 или подобный.

[Tanya]

Да, сделать самому. Для одноканального варианта я представляю как добиться такой точности, а для трех канального - нет.
Вопрос в схемотехнике входного преобразователя. Конкретно, как сделать инструментальный усилитель с большим КОСС

А у Вас есть эталонное напряжение с такой стабильностью?
Вы еще скорость не сказали.

[blackfin]

Берем усилитель с КОСС 120 дБ, что дает 24мкВ ошибки при синфазном 24В. Что уже неприемлемо.

А если взять усилитель с CMRR: 150dB (Typ) LTC2057?

Linear, кстати, рекомендует делать на этом ОУ фильтрацию опоры: EDN.

Ну и вопрос про источник опорного напряжения тоже интересен.

[wim]

А если взять усилитель с CMRR: 150dB (Typ)

Не пойдет - товарищ сказал же, что у него одноканальный такой есть. Ему трехканальный нужен.
Подождать надо, может, еще что-то будет интересное - про пятую приемку, например.

[Plain]

Конкретно, как сделать инструментальный усилитель с большим КОСС

Насколько большим-то? Ничего ж ещё не озвучено — ни полоса помехи, ни амплитуда.

[Herz]

Вот у меня есть эталон - обычная линейка, цена наименьшего деления которой равна одному миллиметру.
Могу я с помощью этой линейки с миллиметровой точностью измерить ширину экрана своего планшетного компьютера или мне нужно искать линейку имеющую точность в 10 микрон?

Это подмена понятий. Вы же не ширину экрана собираетесь мерить линейкой с миллиметровой точностью, а изготовить другую линейку, такой же точности, при помощи этой, так?

[blackfin]

Это подмена понятий. Вы же не ширину экрана собираетесь мерить линейкой с миллиметровой точностью, а изготовить другую линейку, такой же точности, при помощи этой, так?

Нет, не так.

ТС собирается с помощью своего прибора измерять ток в цепи с точностью 0.01% и не собирается поверять своим прибором другие амперметры имеющие точность 0.01%..

Так?

[shreck]

А у Вас есть эталонное напряжение с такой стабильностью?
Вы еще скорость не сказали.

Полоса - условно постоянный ток. Ну или для определенности, до 0.1 Гц.
Опора - 2.5ppm/°C, термостатированная до 0.02°С (пик-пик колебаний температуры). Слегка шумноватая, но АЦП давит этот шум. По долговременной стабильности - пока не знаю.

Точность моего измерителя напряжения - 0.003% в диапазоне ±1В.
КОСС для входного преобразователя в 140 дБ хватит всем мне хватит, при условии преобразования входного тока 4-20мА в 200-1000мВ.

[iliusmaster]

Опора - 2.5ppm/°C, термостатированная до 0.02°С (пик-пик колебаний температуры). Слегка шумноватая, но АЦП давит этот шум. По долговременной стабильности - пока не знаю.
Сложности не только в стабильности температуры.... Какова у вас точность от включения к включению, а точность поддержания температуры кристалла стабилитрона в "опоре"?

Расскажите подробнее об "опоре".... Что за чудо обеспечивает метрологические характеристики лучше чем правильно приготовленная LTZ1000? А производители такой "измериловки" LTZ1000 еще отбирают и состаривают под контролем. Чтобы долговременная стабильность была да и полка фликкер-шума была не особо высокой.

Может там у вас и резисторы VISHAY 0,005% состаренные?
АЦП и фликкер шум задавит? Да еще на уровне 2,5ppm? Вы с какой частотой отсчеты получать будете?


Точность моего измерителя напряжения - 0.003% в диапазоне ±1В.

Что есть 30 ppm. Какое там у вас АЦП?
Вы понимаете, что ни одна серийно выпускаемая микросхема АЦП не обеспечивает требуемой вам точности. Все перечисленные вами измерительные приборы содержат в своем составе "железные" самодеятельные АЦП. Даже при все этом keithley 2002 в заданном диапазоне обеспечивает только 10 ppm стабильности в год.

Сделать измеритель такого уровня с бухты-барахты не получиться,
например погрешность токов утечки... например у вас входные сопротивления усилителя 1МОм, ток утечки по поверхности платы 1пА (в жизни бывает сильно-сильно больше), погрешность выхода получается уже 1ppm, причем ток этот не постоянной величины и зависит от влажности и запыленности. Тут выплывают эквипотенциальные защитные поверхности....
Еще пример - термо ЭДС, создался у вас градиент температуры по плате около 5 градусов, а это обычная величина, а у вас припой свинцово-оловянный, дорожки медные, а выводы микросхем в металле - коваровые, вот свои 5-10 мкВ вы уже поймали.

И таких камешков по дороге к вашей точности в 0,01% еще много!

Я не говорю, что это невозможно. Это во-первых- дорого, во-вторых - долго! Возьмите любой 6,5 разрядный вольтметр и пользуйтесь, производитель за вас уже все камешки с дорожки собрал.

Сообщение отредактировал iliusmaster - Feb 20 2018, 05:54

[Егоров]

Вы понимаете, что ни одна серийно выпускаемая микросхема АЦП не обеспечивает требуемой вам точности.
Сделать измеритель такого уровня с бухты-барахты не получиться,

И таких камешков по дороге к вашей точности в 0,01% еще много!

Я не говорю, что это невозможно.

Да, все это так.
Добавлю, что в 9 случаях из 10, когда задача формулируется полностью, а не только первый наспех надуманный вариант решения, то оказывается что и измерять-то так точно не нужно или измерять нужно не то и не там или вообще измерять не нужно, есть другие пути решения.

[Plain]

Петля, в подавляющем большинстве,— это интерфейс датчиков, типовая погрешность которых 0,5%. Нет никакого коммерческого смысла использовать её для чего-то другого, равно и выжимать что-то большее. Того же плана петрушкина работа изобретать калибратор, которых в продаже вагон и тележка.

[@Ark]

Требуется измерить ток на выходе датчика с унифицированным сигналом 4-20мА. Измерить весьма точно - 0.01% от измеряемой величины. Токоизмерительный резистор может включаться как возле земли, так и возле питания (до 24В). Соответственно имеется и синфазное напряжение.
Плюс ко всему нужны три канала...
Как можно решить данную задачу?

Чтобы правильно решить задачу - нужно, для начала, ее правильно поставить.
Не в терминах "датчиков-точностей", которые Вы себе нафантазировали,
а в конкретном описании решаемой Вами проблемы, для начала...

[Егоров]

Программист, которому поручена схемотехника или, еще печальнее, системотехника, достоин жалости и сочувствия.
А ведь чисто своим ремеслом мог бы заниматься , получая радость от жизни и радуя других.

[haker_fox]

достоин жалости и сочувствия.

Ну жалеть может быть нужно слабых и сирых, а лучше никого) А вот посочувствовать вполне можно. Но все люди! Было б желание.

[VNS]

Чтобы правильно решить задачу - нужно, для начала, ее правильно поставить...

"Для начала" необходимо разработать Техническое задание - основной документ, описывающий требования к конечному результату работы исполнителя.

[@Ark]

"Для начала" необходимо разработать Техническое задание - основной документ, описывающий требования к конечному результату работы исполнителя.

Вынужден Вас поправить. Техническое Задание (ТЗ) - это уже конечный результат процесса, под названием "Постановка Задачи".
То, что написано в первом посту, вполне, можно считать готовым ТЗ. Однако, те требования по точности, которые там сформулированы,
вызывают естественный вопрос - а правильно ли выполнена постановка этой задачи?
Действительно ли нужно решать задачу именно таким способом?
Может, как-то по проще?

[gregory]

Точность моего измерителя напряжения - 0.003% в диапазоне ±1В.
КОСС для входного преобразователя в 140 дБ хватит всем мне хватит, при условии преобразования входного тока 4-20мА в 200-1000мВ.

Хочется узнать , как обеспечивается необходимая погрешность измерения физической величины по каналу 4-20 мА, учитывая следующие особенности. Для начального значения физической величины Вы устанавливаете ток 4 мА
с погрешностью 0,01%. Это уже вызывает сомнение, но допустим. Предположим, что Вы измеряете значение физической величины , которой соответствует ток ток 4,4 мА. Этот ток тоже измеряете с погрешностью 0,01 %. На выходе имеете разность двух больших чисел 4,4 - 4,0 . По правилам относительная погрешность такой разницы в 20 раз больше погрешности измерения самой величины. Как Вы это обходите?

[VNS]

...Техническое Задание (ТЗ) - это уже конечный результат процесса, под названием "Постановка Задачи".
То, что написано в первом посту, вполне, можно считать готовым ТЗ. Однако, те требования по точности, которые там сформулированы,
вызывают естественный вопрос - а правильно ли выполнена постановка этой задачи?
Действительно ли нужно решать задачу именно таким способом?
Может, как-то по проще?

ТЗ разрабатывается перед началом работ и содержит в себе инфрмацию обо всём, что необходимо для производства работ. Только на основе информации из ТЗ можно сделать "Постановку задачи".
"...готовое ТЗ..." существует в виде письменного документа, подтверждающего соразмерность возможностей исполнителя с амбициями заказчика. Никаких "...естественных вопросов..." о "...правильности...постановки задачи..." после подписания ТЗ исполнителем и заказчиком не должно быть. Это договор о производстве работ надлежащим образом. "Умный заказчик" в ТЗ вводит статью о компенсации его потерь, включая прибыль из-за невыполненной в соответствии с ТЗ работы.

[Plain]

Сперва заказывается и оплачивается ТЭО, по результатам которого работа продолжается, в виде заказа и оплаты ТЗ, или же прекращается.

[@Ark]

ТЗ разрабатывается перед началом работ и содержит в себе инфрмацию обо всём, что необходимо для производства работ. Только на основе информации из ТЗ можно сделать "Постановку задачи".

Извините, конечно, но это называется "телега впереди лошади". Можете, конечно и так работать. Это Ваше полное право...
Окончательный вариант ТЗ, подписанный заказчиком и разработчиком, это результат их совместной работы по постановке задачи.
Как правило - это первый этап любого, более или менее, сложного процесса разработки. Первый этап выполнения договора.
А то, что первоначально приносит вам заказчик в качестве ТЗ - на самом деле, это только проект ТЗ, его видение проблемы,
которую нужно решить, зачастую не самое удачное. И не более того. Сколько бы подписей и печатей на нем не стояло...

[Егоров]

Извините, конечно, но это называется "телега впереди лошади".
А то, что первоначально приносит вам заказчик в качестве ТЗ - на самом деле, это только проект ТЗ, его видение проблемы,
которую нужно решить, зачастую не самое удачное. И не более того. Сколько бы подписей и печатей на нем не стояло...

Да, это так. Заказчик приносит исходное ТЗ.
После его прочтения грамотный разработчик начинает допрос заказчика с пристрастием. Выясняет все обстоятельства, породившие начальную постановку задачи. Потом объясняет что на самом деле заказчику нужно.
После этого приступает к разработке, а заказчик уходит переписывать ТЗ с новым пониманием задачи. Довольно часто это совсем другая задача.
Иначе и быть не может. если бы заказчик изначально понимал все сам, то зачем ему тогда разработчик?

[Plain]

Да не волнуйтесь так, автор как раз уже сбежал — не иначе к заказчику, и не иначе за тем самым, а именно, дескать, данный ему измеритель напряжения требуется не в единственном экземпляре, а в трёх, потому как, "синфазное напряжение" бо, ну и, самая сногшибающая новость, что вспомнилась средняя школа, потому для измерения тока голого измерителя напряжения оказалось категорически маловато и требуются две "опоры", и вторая таки оказалась не "токоизмерительный резистор", а малость покруче, где-то под сотню долларов, это если под текущие пальцезагибательства, и таких куртки замшевых надо тоже три, ну и, вишенка, источникам сигналов всё это добро требуется предоставить тоже в тех же количествах.

[shreck]

Хочется узнать , как обеспечивается необходимая погрешность измерения физической величины по каналу 4-20 мА, учитывая следующие особенности. Для начального значения физической величины Вы устанавливаете ток 4 мА
с погрешностью 0,01%. Это уже вызывает сомнение, но допустим. Предположим, что Вы измеряете значение физической величины , которой соответствует ток ток 4,4 мА. Этот ток тоже измеряете с погрешностью 0,01 %. На выходе имеете разность двух больших чисел 4,4 - 4,0 . По правилам относительная погрешность такой разницы в 20 раз больше погрешности измерения самой величины. Как Вы это обходите?

Я не понял вопроса.

Да не волнуйтесь так, автор как раз уже сбежал — не иначе к заказчику, и не иначе за тем самым, а именно, дескать, данный ему измеритель напряжения требуется не в единственном экземпляре, а в трёх, потому как, "синфазное напряжение" бо, ну и, самая сногшибающая новость, что вспомнилась средняя школа, потому для измерения тока голого измерителя напряжения оказалось категорически маловато и требуются две "опоры", и вторая таки оказалась не "токоизмерительный резистор", а малость покруче, где-то под сотню долларов, это если под текущие пальцезагибательства, и таких куртки замшевых надо тоже три, ну и, вишенка, источникам сигналов всё это добро требуется предоставить тоже в тех же количествах.

Бред сивой кобылы.

[Егоров]

Я не понял вопроса.

Бред сивой кобылы.

Так о чем же вам Plain и пытается рассказать. Правда, несколько резковато, но по сути верно.
Решение вы ищете довольно необычное и сложное, причем, не описываете саму задачу.

[shreck]

Так о чем же вам Plain и пытается рассказать. Правда, несколько резковато, но по сути верно.
Решение вы ищете довольно необычное и сложное, причем, не описываете саму задачу.

Хорошо.
Что еще надо добавить к этому:
Как измерить сигнал датчика с унифицированным выходом 4-20мА с точностью 0.01%? При условии, что токоизмерительный резистор может быть включен одним концом как на землю, так и на питание и что требуется трехканальное решение.

Update [blackfin] 1.
Нужен свой велосипед.
Если принять что такое устройство должно состоять из входного преобразователя ток->напряжение и АЦП, то вопрос именно по входному преобразователю (АЦП пока не трогаем).

[blackfin]

Как измерить сигнал датчика с унифицированным выходом 4-20мА с точностью 0.01%? При условии, что токоизмерительный резистор может быть включен одним концом как на землю, так и на питание и что требуется трехканальное решение.

Что за странные вопросы? Ответ же очевиден..

Нужно просто измерить напряжение на токоизмерительном резисторе точность которого равна 0% вольтметром точность которого равна 0.01%.. И так - три раза..

Что тут не понятно то?..

[Vasily_]

Хорошо.
Что еще надо добавить к этому:

Марку датчика, который формирует эти 4-20ма хотя бы с 0,01%.

[shreck]

Марку датчика, который формирует эти 4-20ма хотя бы с 0,01%.

Зачем??? Измеритель должен быть в 3, а лучше в 4 раза точнее датчика. Поэтому ни о каких 0.01% для датчика речи не идет.

[Baser]

Требуется измерить ток на выходе датчика с унифицированным сигналом 4-20мА. Измерить весьма точно - 0.01% от измеряемой величины. Токоизмерительный резистор может включаться как возле земли, так и возле питания (до 24В). Соответственно имеется и синфазное напряжение.
Плюс ко всему нужны три канала.

Больше всего меня смущает, что надо мерить как без синфазной составляющей, так и с ней.
Берем усилитель с КОСС 120 дБ, что дает 24мкВ ошибки при синфазном 24В. Что уже неприемлемо.

Как можно решить данную задачу?

Если смущает только синфазный сигнал при подключении измерит. резистора возле питания,
а все остальные озвученные подводные камни вам не страшны, то как вариант можно сделать
гальванически отвязанные измерительные головки, куда включить токоизмерительный резистор,
одноканальный АЦП, контроллер и источник питания. И таких три канала. А данные передавать уже в цифре.

[Егоров]

одноканальный АЦП, контроллер и источник питания. И таких три канала. А данные передавать уже в цифре.

Да, вроде бы со всякими синфазностями и проблем нет... Развязать питание АЦП и эта проблема снимается.
Другое дело, что АЦП с погрешностью 0.01% - очень непросто. На 90% уверен, что там и 0,1%, а может и 1% вполне достаточно, если бы исходная задача была описана.

[Vasily_]

Зачем??? Измеритель должен быть в 3, а лучше в 4 раза точнее датчика. Поэтому ни о каких 0.01% для датчика речи не идет.

Понятно, датчик еще не придуман, или покажете с 0.04% ?

[shreck]

Если смущает только синфазный сигнал при подключении измерит. резистора возле питания,
а все остальные озвученные подводные камни вам не страшны, то как вариант можно сделать
гальванически отвязанные измерительные головки, куда включить токоизмерительный резистор,
одноканальный АЦП, контроллер и источник питания. И таких три канала. А данные передавать уже в цифре.

Да, была такая мысля. Но как верно было замечено, хороший АЦП дело тоже не простое и не дешевое. И утраивать количество всанет в копеечку. На текущий момент этот вариант отложен.
А что касается озвученных проблем, кроме синфазного, то они не пугают, т.к. есть опыт их решения.
Я надеялся на то, что есть какие-нибудь схемотехнические хитрости, про которые я не знаю.

Понятно, датчик еще не придуман, или покажете с 0.04% ?

В начале я приводил ссылку на прибор с ещё лучшей точностью. Как вы думаете, ребята заморочились и потратились на разработку и внесение в госреестр этого прибора только из любви к искусству? Я не назову конкретный тип датчика, но после разговора с одним из ЦСМ, выяснилось, что эти цифры не с потолка взяты. ЦСМ хочет поверять все датчики и среди них есть и весьма точные. Откуда и вылезает цифра 0.01 или даже 0.0075

[blackfin]

И утраивать количество встанет в копеечку.

В начале я приводил ссылку на прибор с ещё лучшей точностью.

Чисто любопытно, а конкурирующий "прибор с ещё лучшей точностью" стоит копейки?

[Baser]

Да, была такая мысля. Но как верно было замечено, хороший АЦП дело тоже не простое и не дешевое. И утраивать количество всанет в копеечку. На текущий момент этот вариант отложен.
А что касается озвученных проблем, кроме синфазного, то они не пугают, т.к. есть опыт их решения.
Я надеялся на то, что есть какие-нибудь схемотехнические хитрости, про которые я не знаю.

Если все три канала измерения одинакого будут подключаться или к заземленной стороне петли или к стороне питания,
то можно попытаться все каналы сделать на одном АЦП, но если возможен разнобой в подключении датчиков, то вряд ли.

Да и по вашим словам, это оборудование для поверки точных датчиков.
Такое оборудование обычно стоит не копеечку, а вагон и маленькую тележку копеечек

[nicom]

...давно не заглядывал на форум Радио-Кота...

http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=10&t=52829

а - тема разрослась...

...может будет полезна с точки зрения создания прецизионного измерителя, в котором рассматривают проблему(проблемы) достаточно разносторонне... плюс есть отсылки на дополнительную документацию... плюс обсуждение элементной базы...

Посмотрите, особенно, с 4 страницы обсуждения...

.........
И вопрос - Вы сказали, что у Вас 1 В диапазон... обычно в цепь 4-20мА резистор устанавливают, ориентируясь на 5В.

Вам 5 В никак?
........
И еще...
Многоканальный прибор - В7-78/1 в режиме измерения постоянного напряжения (0,0035 %изм. + 0,0005%диапазона) с ВСТРОЕННОЙ ОПЦИЕЙ- "СКАНЕР" (не скажу - сколько он может добавить%%%)

...- и этот расширенный в плане многоканальности вольтметр смог бы измерять на ПОВЕРЕННЫХ с большой точностью резисторах ток. а обработку через GPIB или USB проводить в компьютере.... такой подход может Вас устроит? тем более, что частоты у Вас совсем низкие...

В результате: косвенным способом (при соответствующем утверждении такой установки) результат мог бы получиться """ попроще""" ...
Кстати - установку можно откалибровать, используя или приличный калибратор - или, например 3458A...

[gregory]

Я не понял вопроса.

Я о том , что при 0 вашей измеряемой величины надо установить начальное значение тока в цепи 4 мА с очень высокой точностью. Так как при измерении токов, например, в диапазоне 4,0...4,4 мА из -за разности 4,400 - 4,000 относительно погрешность разности увеличится более , чем в 20 раз по сравнению с погрешностью самих 4,000 и 4,400.

[VNS]

Я о том , что при 0 вашей измеряемой величины надо установить начальное значение тока в цепи 4 мА с очень высокой точностью...

Следует помнить о времени переходных процессов, электрических и теплофизических. Допустим, что измерительное средство существует, но измеряемый параметр, например температура, изменяется и необходимое время установления с заданной точностью первичного датчика растёт... Аналитический рассчёт времени установления показаний с необходимой точностью является необходимым и должен быть проведён до начала разработки, а не после...
Динамические характеристики измерительного средства описаны в ГОСТ 8009-84.
Подробные обоснования и рассчёты приведены в "Новицкий, Электрические измерения неэлектрических величин. 1975 г." стр.172.

[Егоров]

Я о том , что при 0 вашей измеряемой величины надо установить начальное значение тока в цепи 4 мА с очень высокой точностью.

Автор темы считает, что на другом конце токовой петли сидит автор другой, похожей, темы. Потому, абсолютная точность 4 мА автоматически обеспечена.
Остается только измерить напряжение на токовом резисторе. Что оно практически будет означать - неважно, главное точно измерить.

[Herz]

Нет, не так.

ТС собирается с помощью своего прибора измерять ток в цепи с точностью 0.01% и не собирается поверять своим прибором другие амперметры имеющие точность 0.01%..

Так?

Так, только наоборот. Он-то своим прибором другие (столь же точные) амперметры поверять не собирается. Собирается свой поверять прибором той же точности? Это не одно и то же?

[Егоров]

Возможно, мы тут о принципиально разных точностях разговариваем.
Инженеры долго и нудно считают уход семи компонентов с номинальной точностью 0.1% в наиболее неблагоприятную сторону, бесконечно сверяются с данными изготовителя по климатике, вычисляют температурные дрейфы, старение, параметры подстроечных компонентов и т.п. Наконец, выдыхают: "0.25% при ежегодной поверке".
А у программистов это легко и просто: 10-разрядный АЦП - 0.1%, 12-разрядный - 0.025%, сторазрядный - соответственно. И никаких сомнений.
Нужная разрядность выбирается исходя из того, сколько денег дадут на микросхему АЦП. Что измерять, зачем, с какой необходимой точностью - безразлично.
То же самое с гальванической развязкой. Это вообще какая-то надуманная заморочка от старорежимных железячников. Просто нужно найти очень точный ОУ с синфазным в три киловольта. Не может быть чтобы его не было в природе в виде одного корпуса SOIC8 !
Такое сложилось впечатление от темы.

[blackfin]

Это не одно и то же?

Утомили..

Измерение любой физической величины предполагает сравнение этой величины с эталоном.

Именно поэтому в недрах любого измерительного прибора хранится эталон измеряемой величины.

От точности этого эталона зависит точность, с которой мы можем измерить ту и или иную физическую величину.

В случае косвенных измерений таких эталонов может быть несколько.

В этом случае помимо эталонов физических величин нам необходим некий фундаментальный "Закон Природы" позволяющий установить взаимно-однозначное соответствие между реально измеряемыми величинами и той физической величиной, значение которой мы хотим косвенно измерить.

В случае измерения тока мы можем использовать для этих целей "Закон Ома", поскольку в диапазоне измеряемых токов этот закон устанавливает взаимно-однозначное соответствие между напряжением "U" на участке цепи, сопротивлением "R" этого участка цепи и током "I" через эту цепь.

С учетом этой функциональной зависимости измерение тока "I" теперь сводится к измерению напряжения "U" и последующему вычислению значения тока с использованием "Закона Ома".

Но теперь наш измерительный прибор должен хранить два эталона - эталон напряжения "Uэт" и эталон сопротивления "Rэт". От точности этих эталонов естественным образом зависит точность измерения тока "I".

Чтобы найти эту зависимость нам нужно просто воспользоваться формулой Ома для участка цепи: I = U/R.

С учетом погрешностей измерения эта формула будет выглядеть так:

I+δI = (U+δU)/(R+δR), где:

I,U и R это точные(!) значения величин, а δI, δU и δR это погрешности их измерения и погрешности эталонов.

Для вычисления относительной погрешности измерения тока "I" перепишем эту формулу в виде:

I*(1+δI/I) = U*(1+δU/U)/[R*(1+δR/R)] = [U/R]*(1+δU/U)/(1+δR/R).

Откуда находим:

1+δI/I = [U/(I*R)]*(1+δU/U)/(1+δR/R) = (1+δU/U)/(1+δR/R) ≈ 1+δU/U+δR/R.

Или:

δI/I ≈ δU/U+δR/R.

ТС хочет измерять своим прибором ток "I" с относительной точностью: δI/I = 0.01%

Для этого ему нужны эталоны напряжения и сопротивления имеющие суммарную(!) точность меньше: 0.01%..

То есть:

δU/U+δR/R < 0.01%

Иными словами, если у ТС есть эталон напряжения "U" имеющий точность: δU/U = 0.005% и эталон сопротивления "R" имеющий точность: δR/R = 0.005%, то в результате измерения, он найдет ток с точностью: 0.01%.

Всё.

Никаких десятикратных запасов по точности от эталонов напряжения и сопротивления не требуется.

PS. Понятно, что измерение напряжения помимо учета точности собс-но эталона напряжения требует учета и точности АЦП, но в целях упрощения изложения можно считать, что погрешности АЦП уже учтены в величине: δU/U = 0.005%.

[gregory]

Утомили..

Речь идет не столько о том , как точно измерить ток в токовой петле, сколько о том, как точно померить физическую величину , которую регистрирует датчик.

Утомили..

А где Вы учли , что надо вычесть начальный ток 4 мА, а он устанавливается тоже с погрешностью.

[VNS]

...Иными словами, если у ТС есть эталон напряжения "U" имеющий точность: δU/U = 0.005% и эталон сопротивления "R" имеющий точность: δR/R = 0.005%, то в результате измерения, он найдет ток с точностью: 0.01%.
Всё...

Допустим, что измерительный блок с названными параметрами по точности разработан и работает продолжительное время, что гарантирует установившийся режим переходного процесса. Но постоянная времени переходного процесса (Т) при изменении любой составляющей в цепочке измерительного преобразования не исчезает и, следовательно, необходимо время (t) для установления нового значения показаний прибора. Значение Т рассчитывается теоретически или определяется экспериментально. Сказанное описано во множестве статей по метрологии, а конкретно предлагается скан страницы из учебника "Электрические измерения неэлектрических величин, Новицкий"...
Из таблицы, для установления показаний с точностью 0.1% требуется время t=7Т.
Для значения 0.01% и 0.001% время переходного процесса t будет составлять 9.2Т и 11.5Т, соответственно.

Сообщение отредактировал VNS - Feb 28 2018, 06:22

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Утомили..

Уж потерпите... Или отдохните от спора, если так утомительно.

Измерение любой физической величины предполагает сравнение этой величины с эталоном.

Именно поэтому в недрах любого измерительного прибора хранится эталон измеряемой величины.

Первая часть здесь - аксиома, а вторая - заблуждение.
Нет в измерительных приборах эталонов, есть, если угодно, "образцы" - компоненты с параметрами, известными с некоторой точностью. Например, сопротивление шунта или напряжение опорного источника напряжения. Закон Природы позволяет нам с помощю этих компонентов определить измеряемую величину с погрешностью не ниже суммарной погрешности компонентов измерительного тракта. В данном случае - шунта, усилителя, вольтметра.
А эталоны, годящиеся для поверки такого прибора, хранятся в метрологических учереждениях, куда и принято регулярно обращаться с целью удостовериться, что точность не ушла за пределы допустимого.

Никаких десятикратных запасов по точности от эталонов напряжения и сопротивления не требуется.

От тех "эталонов", что Вы подразумеваете, не требуется, разумеется. Я этого и не говорил.
А вот от эталонов, используемых при поверке приборов на соответствие метрологическим параметрам - таки да.
Иначе, следуя Вашей логике, достаточно было бы подключить к одному источнику измеряемой величины два прибора, имеющих одинаковую (заявленную) точность, убедиться, что показывают они одно и то же, и считать, что оба - в порядке.

[shreck]

...давно не заглядывал на форум Радио-Кота...

http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=10&t=52829

а - тема разрослась...

...может будет полезна с точки зрения создания прецизионного измерителя, в котором рассматривают проблему(проблемы) достаточно разносторонне... плюс есть отсылки на дополнительную документацию... плюс обсуждение элементной базы...

Посмотрите, особенно, с 4 страницы обсуждения...

.........
И вопрос - Вы сказали, что у Вас 1 В диапазон... обычно в цепь 4-20мА резистор устанавливают, ориентируясь на 5В.

Вам 5 В никак?
...

Читаю по ссылке. Пользительно. Кое о чем даже не слышал.
У нас есть прибор - измеритель напряжения в диапазоне +-1В и сопротивления до 2КОм с погрешностью по напряжению 0.005%. Прибор очень нишевый, старый и морально устарел. Было решено его модифицировать, сохранив или улучшив его метрологию и добавив определенных плюшек. Не так давно рабочий образец нового прибора был завершён. У него погрешность по напряжению чуть лучше старого - 0.003%. долговременную стабильность все ещё наблюдаем. Как это обычно бывает, в конце появилось новое требование о трёх канальном измерении тока в токовой петле с озвученной погрешностью (прибор трёхканальный). Раз измеритель напряжения есть остаётся вопрос о входном преобразователе. О чем и спрашиваю.

Речь идет не столько о том , как точно измерить ток в токовой петле, сколько о том, как точно померить физическую величину , которую регистрирует датчик.

Речь именно о том как померить ток в токовой петле. Измерение физической величины я вообще не обсуждаю.

[Baser]

Утомили..

Всецело вас поддерживаю и у меня складывается впечатление, что отдельные коллеги, хорошо разбирающиеся в вопросе, целенаправленно троллят в этой теме, уводя разговор на темы важные, но к вопросу ТС никакого отношения не имеющие

Речь идет не столько о том , как точно измерить ток в токовой петле, сколько о том, как точно померить физическую величину , которую регистрирует датчик.

Колоссально! Об этом упорно говорите только вы. Тема же о том, как точно измерить ток в токовой петле, вопросы точности датчиков тут вообще никаким боком.

А где Вы учли , что надо вычесть начальный ток 4 мА, а он устанавливается тоже с погрешностью.

То же самое, см. выше. Нужно измерять ток, калибровка нуля датчика это уже следствие.

... необходимо время (t) для установления нового значения показаний прибора. ...

Это тоже к вопросу ТС отношения не имеет. Это вопрос методики измерений. Естественно все замеры проводятся в установившемся режиме.

Первая часть здесь - аксиома, а вторая - заблуждение.
Нет в измерительных приборах эталонов, есть, если угодно, "образцы" - компоненты с параметрами, известными с некоторой точностью.
...
А эталоны, годящиеся для поверки такого прибора, хранятся в метрологических учереждениях, куда и принято регулярно обращаться с целью удостовериться, что точность не ушла за пределы допустимого.

От тех "эталонов", что Вы подразумеваете, не требуется, разумеется. Я этого и не говорил.
А вот от эталонов, используемых при поверке приборов на соответствие метрологическим параметрам - таки да.

Никакое это не заблуждение. Это ваши слова просто тавтология. Нет в нашем мире ничего абсолютного. Все относительно.
Ваши "эталоны" хранящиеся в Палате мер и весов тоже не идеальны. Просто имеют большую точность. И периодически уточняются.
Эталон времени уже несколько раз уточняли.

Иначе, следуя Вашей логике, достаточно было бы подключить к одному источнику измеряемой величины два прибора, имеющих одинаковую (заявленную) точность, убедиться, что показывают они одно и то же, и считать, что оба - в порядке.

Такого в теме тоже никто не утверждал.

[Егоров]

Речь именно о том как померить ток в токовой петле. Измерение физической величины я вообще не обсуждаю.

Мы ходим по кругу.
У вас есть требуемой точности измеритель напряжения ( тока). Все, задача решена.
Токовая петля тут - совершенно постороннее и несущественное обстоятельство. Прибор не знает и не должен знать что порождает ток через его внутренний измерительный резистор. Это токовая петля и просто батарейка - ему все равно.
То же самое о трехканальности. Есть какие-то синфазные напряжения между каналами и не знаете как с этим справиться? А вы примените старый инженерный прием.
Если нужно спроектировать мост с пролетом в 100 м, а у вас долго не получается больше 90, то задачу надо облегчить, попытавшись спроектировать мост с пролетом 200м или даже 300. Это заставит искать принципиально новые подходы и после этого мост на 100 м получится легко.
У вас не получается измерить три величины, разнесенные на 10 метров? Представьте, что одна у вас на столе а две другие - в Тамбове и Пятихатках. Вы быстро поймете, что нужно три НЕЗАВИСИМЫХ, автономных измерителя а результаты их работы нужно передать в одно место. Уж как передать - скороходами, телеграммами, современным унифицированным интерфейсом - дело десятое.
Кажется, задача свелась к этому?
Прибор должен иметь автономное гальванически развязанное питание. Тогда его можно хоть на ЛЭП цеплять.

[Herz]

Всецело вас поддерживаю и у меня складывается впечатление, что отдельные коллеги, хорошо разбирающиеся в вопросе, целенаправленно троллят в этой теме, уводя разговор на темы важные, но к вопросу ТС никакого отношения не имеющие

Вот тут Вы правы. Именно такое складывается впечатление после прочтение Вашего поста, где Вы решили всем выдать на орехи...

[Plain]

Раз измеритель напряжения есть остаётся вопрос о входном преобразователе.

Преобразователь тока в напряжение это сопротивление, в чём вопрос-то?

Если же речь всё-таки об измерительном приборе, то для начала, никакой нормальный инженер никогда не выставит эталон на улицу. Следовательно, требуются грязные датчики тока и их фоновая калибровка. А ещё, защита и компенсация её вреда, и т.п. Итого, заклинание "измеритель напряжения у нас есть" превращается в топор, из которого надо сварить кашу.

[Егоров]

Преобразователь тока в напряжение это сопротивление, в чём вопрос-то?

Угу, и я дальше этого места не могу понять автора темы.
Измеритель напряжения требуемой точности есть, резистор , как преобразователь ток-напряжение давно известен. Так в чем тогда проблема?

[shreck]

Угу, и я дальше этого места не могу понять автора темы.
Измеритель напряжения требуемой точности есть, резистор , как преобразователь ток-напряжение давно известен. Так в чем тогда проблема?

Проблему я описал в первом посте. Но, похоже, ваше величество не снизошло, чтобы приложить усилие понимания.

[Егоров]

Проблему я описал в первом посте. Но, похоже, ваше величество не снизошло, чтобы приложить усилие понимания.

Тогда извините, разбирайтесь самостоятельно. Я хотел помочь, не получилось.

[Plain]

резистор может включаться как возле земли, так и возле питания (до 24В). Соответственно имеется и синфазное напряжение

Тогда речь о частном случае трёхпроводного подключения и некоем токовом интерфейсе неких замороченных местечковых датчиков, а никак не о стандартном интерфейсе "токовая петля", который однозначно двухпроводный и ведомый по отношению к измерителю и к которому однозначно неприменимо никакое синфазное напряжение, как воздействие, полностью исключающее работоспособность.

[gregory]

[quote name='shreck' date='Feb 28 2018, 14:05' post='1548727'
Речь именно о том как померить ток в токовой петле. Измерение физической величины я вообще не обсуждаю.
[/quote]
Тем не менее , Вы указывали в текстах, что нужен ток в токовой петле датчика. Вот меня и других заинтересовало , куда дальше эта академическая точность направлена. Или это не по теме, как многие считают?.

Мы ходим по кругу.
У вас есть требуемой точности измеритель напряжения ( тока). Все, задача решена.
Токовая петля тут - совершенно постороннее и несущественное обстоятельство.

Совершенно согласен. В постановке вопроса все так и есть.