Измеритель для аналоговой токовой петли 4-20 мА Опции

[koluna]

Здравствуйте!

Задача следующая.
Спроектировать измеритель давления. Датчик OT-1 0-10 Бар, двухпроводное исполнение.
Фактически измеритель представляет из себя небольшую плату, на которой SPI АЦП и аналоговые цепи для подключения датчика.
Плата подключается к уже готовому контроллеру по SPI.

Прочитал несколько статей по петле, прошелся поиском (google) по форуму, но не нашел ответов на свои вопросы.
Прошу помочь разобраться.

1. Гальваническая развязка.
В каких случаях нужна, а в каких не нужна?
На что влияет?
Хотелось бы увидеть структурную схему петли с прорисовкой входных/выходных цепей устройств.
Или что-то в этом роде.

2. Защита аналогового входа.
Как я понимаю, шунт защищать смысла нет. А вот аналоговый вход защитить нужно. В форуме советуют стабилитрон (напряжение стабилизации немного больше, чем напряжение на шунте при токе 20 мА) и предохранитель на 1 А. Это на случай КЗ в линии. Не понимаю, как высокое напряжение в этом случае может повредить аналоговый вход?

3. Питание датчика.
Любой датчик, питающийся непосредственно от петли должен потреблять не более 4 мА?
Кстати, сколько потребляет OT-1 - в даташите не указано. Или предполагается, что он автоматически удовлетворяет выше приведенному требованию?

Благодарю заранее.

[rezident]

Не могу понять в чем неправильность.
Данный вариант схемы взят из статьи "Изолированный цифровой интерфейс для приемников и передатчиков токовой петли 4...20 мА". Электронные компоненты, №9, 2009 г. (приложил).
Рисунок 2.

Дык в статье измеритель как раз "подвешен" к "плюсу" и питается от напряжения, снимаемого со стабилитрона, включенного последовательно в цепь токовой петли. Стабилитрона, а не диода как у вас нарисовано! В вашей схеме ток в петле зависит от тока потребляемого буфером, а не от тока датчика. Чтобы ваша схема работала корректно, ток потребления буфера должен быть всегда выше, чем максимальный ток в петле. Причем желательно в разы выше, чтобы на приемнике/измерителе не создавалось слишком высокое падение напряжения. Но поскольку ток в петле ограничен током датчика, то ваша схеме неработоспособна.

[koluna]

Дык в статье измеритель как раз "подвешен" к "плюсу" и питается от напряжения, снимаемого со стабилитрона, включенного последовательно в цепь токовой петли.

Это я понимаю.

Стабилитрона, а не диода как у вас нарисовано!

У меня нарисован стабилитрон, а не диод! Посмотрите внимательно!

В вашей схеме ток в петле зависит от тока потребляемого буфером, а не от тока датчика. Чтобы ваша схема работала корректно, ток потребления буфера должен быть всегда выше, чем максимальный ток в петле. Причем желательно в разы выше, чтобы на приемнике/измерителе не создавалось слишком высокое падение напряжения. Но поскольку ток в петле ограничен током датчика, то ваша схеме неработоспособна.

Что-то я совсем запутался...
Мы сейчас про какую схему говорим? Про схему из 24 поста?

[rezident]

У меня нарисован стабилитрон, а не диод! Посмотрите внимательно!

Может мне еще и микроскоп для этого процесса использовать? Если хотите, чтобы вас понимали адекватно, то и публикуйте схемы так, чтобы они не вызывали двусмылсенных толкований. Для схем более подходит формат GIF или PNG или в PDF. Ну либо обозначили бы стабилитрон как ZD1, а не VD1.

Мы сейчас про какую схему говорим? Про схему из 24 поста?

Про нее. Только, если у вас там стабилитрон, то моя реплика становится неактуальной. Подумайте лучше, как вы будете подавать на вход буфера отрицательное напряжение. Придется какое-то смещение уровня входного сигнала делать.

[koluna]

Может мне еще и микроскоп для этого процесса использовать? Если хотите, чтобы вас понимали адекватно, то и публикуйте схемы так, чтобы они не вызывали двусмылсенных толкований. Для схем более подходит формат GIF или PNG или в PDF. Ну либо обозначили бы стабилитрон как ZD1, а не VD1.

Принял к сведению. Извините.

Про нее. Только, если у вас там стабилитрон, то моя реплика становится неактуальной.

Ок.

Подумайте лучше, как вы будете подавать на вход буфера отрицательное напряжение. Придется какое-то смещение уровня входного сигнала делать.

Это да...
В статье рассказывают про волшебный MAX4236, которому смещения не требуется

Кстати, в продолжении темы о диоде...
Если VD1 вдруг все-таки диод (несмотря на то, что это неправильно), то как буфер (усилитель) будет влиять не петлю в этом случае? Ведь в петле источник тока, который и задает ток через последовательно включенные буфер и измерительный резистор.

Возвращаясь к первому варианту.

Используем для питания петли отдельный источник питания.
Теперь все правильно, только, видимо, получается недешевое решение
Кстати, вместо AC/DC для питания петли можно использовать DC/DC изолированный.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rezident]

В статье рассказывают про волшебный MAX4236, которому смещения не требуется

Смещение у него внутри скорее всего. Даташит не смотрел.

Кстати, в продолжении темы о диоде...
Если VD1 вдруг все-таки диод (несмотря на то, что это неправильно), то как буфер (усилитель) будет влиять не петлю в этом случае? Ведь в петле источник тока, который и задает ток через последовательно включенные буфер и измерительный резистор.

Я это собственно уже описал ранее в сообщении 31.

Возвращаясь к первому варианту.

Для одного измерительного канала гальваническая развязка не требуется. Соответственно схему измерения можно запитать от этого же источника.
Для лучшего понимания и осознания вы пальчиком или карандашом поводите по схеме, следуя пути протекания тока, так гораздо понятнее

[koluna]

Я это собственно уже описал ранее в сообщении 31.

Не совсем понял написанного. На свежую голову перечитать надо будет...

Для одного измерительного канала гальваническая развязка не требуется. Соответственно схему измерения можно запитать от этого же источника.
Для лучшего понимания и осознания вы пальчиком или карандашом поводите по схеме, следуя пути протекания тока, так гораздо понятнее

Еще один вариант.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Пушкарев Михаил]

Еще один вариант.

А если объединить V1 и V2.

[koluna]

А если объединить V1 и V2.

Это слишком просто
Вы имеете в виду вариант из поста 23 (первый рисунок)?
Может я опять чего-то не учел, но, если сделать согласно этому рисунку, то у нас образуется две земляные петли:
1. Измеритель - Плата 2 - Источник.
2. Измеритель - Плата 2 - Плата 1 - Источник.

[rezident]

Может я опять чего-то не учел, но, если сделать согласно этому рисунку, то у нас образуется две земляные петли

Да хоть десять петель! У нас, например, в приборе учета до 14 токовых каналов питаются от одного канала ИП. Это ведь потребители тока от источника питания, а не от токовой петли. А вас интересует только цепь протекания тока через датчик и измерительный шунт. Именно в этой цепи (ИП - датчик с выходом 4-20мА - измерительный шунт - ИП) не должно быть ответвлений. А что там включено впараллель этой цепи непосредственно к выходу ИП это уже дело... нет даже не второе ... это дело десятое. Главное чтобы источник тянул всех подключенных потребителей и не давал просадки напряжения при пиковых нагрузках.
Я вам еще раз предлагаю поводить пальчиком или карандашом по схеме, нарисовав пути протекания токов. Освежить память законами Кирхгофа. Применить закон Ома. Понять, что резистор это есть "преобразователь тока в напряжение" Вспомнив мультфильм "38 попугаев", осознать, что измерить это значит сравнить с чем-либо (с эталоном, образцом). Ну и т.р.

[koluna]

Да хоть десять петель! У нас, например, в приборе учета до 14 токовых каналов питаются от одного канала ИП.

Я знаю, что от одного источника можно питать несколько токовых петель и не только петель.
Вопрос в другом...

Это ведь потребители тока от источника питания, а не от токовой петли. А вас интересует только цепь протекания тока через датчик и измерительный шунт. Именно в этой цепи (ИП - датчик с выходом 4-20мА - измерительный шунт - ИП) не должно быть ответвлений. А что там включено впараллель этой цепи непосредственно к выходу ИП это уже дело... нет даже не второе ... это дело десятое.

В данном вопросе я руководствуюсь этим и этим документами.
Согласно этому документу, при нарисованном мною соединении плат в приборе у нас получается более одного пути прохождения тока (дорисовал светло-синим). Потенциалы земель в точках могут быть разными, да и петлевые антенны образуются...
Гхм... хотя, глядя на новый рисунок, может, я и переборщил немного... нам ведь главное, чтобы через измерительный резистор весь ток протекал, а как уж ток течет после измерительного резистора - неважно. Т. е., не должно быть ответвлений между датчиком и измерителем (цепь минус датчика и плюс измерителя).
Прав?

Главное чтобы источник тянул всех подключенных потребителей и не давал просадки напряжения при пиковых нагрузках.

Это само собой разумеется...

Я вам еще раз предлагаю поводить пальчиком или карандашом по схеме, нарисовав пути протекания токов.

Да чем я только уже не водил по этой схеме...

Сообщение отредактировал n_bogoyavlensky - Nov 29 2010, 13:49

Эскизы прикрепленных изображений

 

[rezident]

нам ведь главное, чтобы через измерительный резистор весь ток протекал

О! наконец-то наступило состояние просветления!
На последнем рисунке из сообщения 46 очень важно подключение общего провода к разным точкам схемы. Опять же должно выполняться условие: через цепь ИП-датчик 4-20мА-измерительный шунт-ИП не должны протекать другие токи. Посему провода питания, подключаемые к ИП должны представлять из себя "звезду" по типу той, что нарисована в предыдущем сообщении (где питания выделены красным и синим).

[koluna]

На последнем рисунке из сообщения 46 очень важно подключение общего провода к разным точкам схемы. Опять же должно выполняться условие: через цепь ИП-датчик 4-20мА-измерительный шунт-ИП не должны протекать другие токи.

Анализируем рисунок из поста 46. Не совсем понимаю.
Не должны протекать другие токи во всей замкнутой петле (красным цветом нарисована)?
Как я понял, других токов не должно быть только в ветви датчик-шунт, чтобы весь ток, задаваемый датчиком (источником тока) проходил через шунт.
Или Вы имеет в виду, что общие участки проводов (от плюса и минуса источника), по которым протекают два тока (ток петли и ток питания измерителя) оказывают весьма негативное влияние на измерения из-за возможного падения напряжения на них?
Т. е., это аналогично использованию двухпроводного или четырехпроводного подключения, допустим, платинового терморезистора?

Посему провода питания, подключаемые к ИП должны представлять из себя "звезду" по типу той, что нарисована в предыдущем сообщении (где питания выделены красным и синим).

Рисунок ниже удовлетворяет этому требованию?

Эскизы прикрепленных изображений