Здравствуйте форумчане
Сигнал с токового шунта 0..75 мВ необходимо преобразовать в 0..5 В, который пойдёт на вход АЦП мк.
Планирую для этого использовать неинвертирующий усилитель с подстройкой нуля и питанием RTR 5 В.
Хотелось бы один подстроечник на Ку, другой на смещение нуля
Какой операционник можете порекомендовать ? Или возможно более простое решение ?

Любой, который подойдет по параметрам.

Интересуют конкретные модели ОУ.
Питание 5В, регулировка Offset, невысокая стоимость, желательно малые токи по входу ОУ.

измерять 0-5 вольт системой, у которой питание 5 вольт, даже с rail-to-rail - это стратегическая ошибка. Вы не найдете усилителя, дающего тот же размах выхода как и питание, размах выхода всегда будет меньше на десятки-сотни милливольт (зависит от типа ОУ, нагрузки и коэффициента усиления).
Вам придется пожертвовать отсчетами в области этих граничных милливольт. Ну и про Input Offset Voltage не забудьте.
Гораздо правильнее приподнять над нулем и привести выход к диапазону, например, 100 мВ-4900 мВ. Сигнал на выходе должен лежать в гарантированном для ОУ диапазоне, регламентированном для этого ОУ, с учетом допусков на питание, Ку, величину шунта. При этом АЦП может продолжать измерять в диапазоне 0-5 вольт.

Тип ОУ - тут очень много кто подойдет, зависит от доставабельности в Ваших местах.

AD8226

Например, смещённый неинвертирующий усилитель на MCP6001 (MCP6541 и т.п.) и его калибратор на 74HC4053.

Посредством меандра с выхода одного из таймеров микроконтроллера, резистора последовательно с конденсатором и первого ключа 74HC4053 делается инвертирующая помпа, которая создаёт отрицательное питание для самой же 74HC4053. На втором ключе, RC-цепочке и ШИМ-выходе ещё одного таймера делается ШИМ-делитель опорного напряжения АЦП, а третий ключ переключает положительный вход ОУ между конденсатором этой RC-цепи и сигналом датчика тока.

Калибровка по двум точкам заключается в переключении неинвертирующего входа ОУ на ШИМ-делитель, измерении верхней точки, затем его остановки, т.е. занулении конденсатора, и измерении нижней точки.

Коэффициент усиления в данном случае выбирается в первую очередь исходя из смещения ОУ, а оно по паспорту ±4,5 мВ. Навскидку, 110 кОм и 2 кОм дадут Ку=56 и, соответственно, усиленное смещение на уровне 4,5 мВ · 56 = –0,252 В. Размах на выходе ОУ ограничен уровнями по 25 мВ от шин питания, поэтому с запасом можно задаться его номинальным смещением на уровне +0,35 В, для чего потребуется отбирать от точки инвертирующего входа ОУ ток 0,35 В / 110 кОм = 3,2 мкА.

Допустив, что полученное помпой отрицательное напряжение практически равно опорному напряжению АЦП, т.е. –5 В, потребитель такого тока можно получить посредством NPN транзистора, например BC847, коллектором к инвертирующему входу ОУ, базой на общий, и эмиттером к –5 В через резистор (5 В – 0,7 В) / 3,2 мкА = 1,3 МОм. Напряжение Uбэ=0,7 В взято исходя из худшего случая работы при –60°C, и при худшем же случае смещения +4,5 мВ напряжение на выходе ОУ будет +0,111 В, а в случае противоположных крайностей, т.е. при +100°C (Uбэ=0,32 В), смещении –4,5 мВ и сигнале на неивертирующем входе 75 мВ, соответственно +4,847 В.

Интересное решение.
Как предлагаете приподнимать сигнал над нулём ? Источник опорного напряжения на 1.5 мВ ко входу ? Не очень понятно.


Думал изначально об инструментальном усилителе AD620 которые есть в наличии, но там будут сложности с питанием.


Это очень сложное решение. Хотелось бы что-н простое на одной микросхеме, наподобие Current shunt monitors
В общем надо ещё подумать над усилителем для токового шунта.

Ну да, в сравнении с аж двумя подстроечными резисторами из 19-го века. Насмешили.

AD8628 2.7-6 V Zero-Drift, Single-Supply
Схема для шунта там - 19 стр.

70 руб., и к нему ещё 0,1-процентные, или ещё круче резисторы, тогда как автор хотел подешевле.

В моём варианте деталей на 25 руб., включая все резисторы вплоть до 5-процентных, и гарантированная погрешность 1 МЗР.

если шунт в минусовой или плюсовой цепи, то можно отвязать входной сигнал от общего провода к опорному уровню или к плюсового провода к общему проводу двумя делителями, и между ними усиливать дифференциальную разницу

Раз такое дело и вы оставляете весьма толковые советы, попробую описать суть задачи и, возможно, уважаемые форумчане, тут получу от вас дельные наставления
Описание моей задачи во вложении
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Интересует:
1) Какие есть готовые решения температурного регулятора
2) Какие есть готовые решения преобразователя терморезистора R в U

Какие будут ваши замечания и предложения по схемотехнике ?
3) Регулятора
4) ИПТР

Я не пытаюсь искать сложностей, но готов на весьма простые решения этой задачи

Я бы переформулировал вопрос иначе.
В теме я ничего не смыслю и не умею даже построить самый простой усилитель на ОУ.
Ваши советы по той же причине воспринять не смог, поэтому не подкинете ли готовое решение, желательно, всей моей задачи?

А гениальное всегда просто. Но сейчас модно искать готовое, совсем не думая своей головой? Вам разжевали достаточно простое решение.
Но не надо же ждать той простоты, что хуже воровства.

Ну что тут сказать. Сколько людей - столько и мнений.

Усилитель токового шунта в схеме построен на инструментальном RTR. Самый простой. С высокой нелинейностью по краям диапазона.


Я спрашивал не решение всей моей задачи (вся задача весьма обширна). А советы и наставления по схемотехнике терморегулятора, чтобы идти более верной дорогой и снизить кол-во итераций до приемлемого результата. Мои соображения, что терморегулятор не такая уж экзотическая вещь.


Не уверен на счёт что это модно, тут правильней ставить вопрос эффективности работы. Ведь разрабатывать штучно изделия (пусть даже и несовершенные макеты) выходит накладнее, чем купить готовое с указанными характеристиками и параметрами. А с другой стороны, мой жизненный опыт показывает, что "изобретать велосипеды" интересно и познавательно, но времязатратно, трудоёмко и малоэффективно.
Так что с подобными мнениями я не согласен.

Пропустить ток через R (U = I*R)

Простите, но у Вас, видимо, столь богатый жизненный опыт, что "изобретать велосипеды" Вам некогда? Тогда покупайте готовое.
В ином случае, ценность полученных знаний и опыта в процессе самостоятельного обучения и изобретательства с лихвой окупает все затраты.
А уж об эффективности приобретения навыков и их применения - Ну, Вам решать: уметь ли забивать гвозди или эффективнее звать каждый раз плотника.

Если всё так хорошо, то откуда вообще возник вопрос в истоке темы?
Именно. Посему и подробно разжёвана в литературе. Что называется, с "готовыми решениями". Но кое-что и самому бы надо сделать. Хотя бы отыскать источники знаний. И пусть Вас не пугает количество итераций до достижения нужного результата. Они не пропадут впустую.

Т.к. есть ограничение на значение величины тока через термосопротивление, то правильнее будет U=k_У*I*R
И чтобы уменьшить влияние систематической погрешности, хорошо ещё и подстройку нуля
Получается так U=k_У*I*R + U₀

Рассмотрите вариант использования внешнего ADC подвида
AD779(x) - там усиление, фильтрация, несколько дифф. каналов, калибровка.
Измерение температуры с Pt100 - кроме терморезистора требуется
1 калиброванный резистор для получения Ref.
Из недостатков - стоимость и не не очень высокое быстродействие.
Тактирование встроенное. SPI.
Этим девайсом можно сэкономить на внешних аналоговых цепях.

Да не вопрос. Ставим на плате (одну) кнопочку и делаем специальный приборчик -калибратор, который в нужный момент подключается на вход измерителя тока, по нажатию на кнопочку производим калибровку по двум значениям тока, скажем 0А и 1А. По этим значениям легко определяем 'k' и 'U0', которые записываются во флешь-память контроллера и в дальнейшем используются при расчете текущего значения тока. И никаких подстроечников. Забудьте про это зло!
ЗЫ. Вместо кнопки можно вывести на входной разъем специальный вход, который будет например коммутироваться на землю при калибровке.
ЗЫЫ. Если датчик отдельный, то можно в него встроить мелкий проц, который будет хранить калибровочные коэффициенты, которые плата АЦП будет считывать (например по 1-wire) при подключении к ней датчика.

При прототипировании регулятора на первых итерациях собираюсь использовать встроенный 10-битный АЦП микроконтроллера.
При необходимости повышения разрешающей способности устройства непременно воспользуюсь сигма-дельта АЦП. В AD779x заманчивым выглядит наличие опорных источников тока, как раз для преобразования значений сопротивления RTD-датчиков. А быстродействие для моей задачи особого значения не имеет.
Наиболее важным при выборе решения на внешнем сигма-дельта АЦП будет доступность библиотек для работы с подобными SPI-микросхемами. Какие библиотеки для работы с такими АЦП можете посоветовать ? Написание функций по документации для подобных решений вызовет некоторые сложности, которых хотелось бы избежать. Программирование не мой конёк и некоторый опыт использования подобных SPI-решений отпугивает именно сложностью сопряжения с мк в программной части.


Для данной задачи предусматривал в измерительном преобразователе терморезистора калибровку на входе по двум значениям прецизионных резисторов, соответствующих определённым значениям температуры.
Думаете коэффициенты предпочтительней определять вычислениями на мк ? Возможно такой подход более разумный. Я по привычке склонялся в сторону подстроечников, а значения коэффициентов фиксировать.


Из отсутствия опыта применения RTR-инструментальных усилителей. Вначале планировалось использовать AD620, но не хотелось для них обеспечивать питание.


А готовые решения (устройства и модули) хороши тем что построены с учётом требований стандартов (например преобразователи измерительные) и к ним прилагаются номинальные данные и характеристики соответствующие этим стандартам. Что при дальнейшем развитии задачи упростит интеграцию в измерительный комплекс. И дальнейшая переделка(доделвыание) устройств скорее всего не потребуется.
А пропадут знания или нет - я даже об этом стараюсь не задумываться. У меня чаще возникает вопрос эффективности и дальнейшей применимости таких разработок.

Да не вопрос. Зачем тогда вообще заниматься разработкой? Надо покупать готовое, сертифицированное, стандартизованное. Сосредоточиться на менеджменте и эффективности вложений. Только это другая плоскость.

Вычисления на мк можно производить с двойной точностью и ничем не хуже, чем в пк, разве что медленнее, но здесь (при калибровке) скорость не нужна. Такой подход позволяет в значительной степени автоматизировать процесс калибровки (со встроенными прецизионными резисторами даже сделать автокалибровку при включении, тогда отпадет такой неприятный вопрос как поверка - прибор будет поверять (калибровать) себя каждый раз при включении). Если датчиков сотни и тысячи, то эти вопросы станут очень и очень существенными.

Вы не с того конца начинаете... Собираетесь что-то там в двигателе измерять, нагревая его...
Тут проблема не в измерении температуры датчика. Сто раз уже писала, что можно измерить только температуру датчика, а не того, что хотите. А хотите Вы температуру обмоток узнать и держать.
Тут сложность при Вашем подходе в том, что трудно предположить, что температура обмоток будет равна температуре датчика. Где Вы его планируете закрепить? Снаружи плохо, внутри - тоже, так как Вы не сможете построить хороший регулятор при таком большом пространственном разделении датчика и нагревателя.
Я бы предложила измерять сопротивление обмоток и ими же их и нагревать.

А можно как-то эту тему развить? Можно с куском схемы. На тему наткнулся случайно. В аналоге мало понимаю, но выглядит все это очень круто и чувствую что может пригодится на практике.

Тут оно как. Чтоб достигнуть целей поставленной задачи можно пойти двумя путями. Либо купить готовое изделие, либо собрать его самому. И вот при выборе пути решения, на мой взгляд, как разработчика с некоторым пусть и недостаточным для серьёзных разработок опытом, целесообразней первый путь. Его преимущества для меня и других сотрудников организации очевидны. В этой теме я их ранее обозначил. Но так как готовых решений часто попросту не существует или же существуют но не совсем то что надо, то приходится идти вторым путём. Такой подход позволяет в дальнейшем наиболее точно сформировать требования к "готовому решению" и при удачном случае появления такого решения - выносить на рассмотрение данный вопрос о приобретении и интеграции в комплекс.


Согласен с вами. Для измерительных средств, которые в дальнейшем планируется использовать - автокалибровка весьма полезная функция, но не необходимая. Особенно на этапе прототипирования.


Не очень хочется тратить время на описание предметной области данной задачи. В двух словах - это измерение и обеспечение требуемых параметров некоторых технологических процессов изготовления статоров синхронных электрических машин с кольцевым сердечником магнитопровода.
Данный вопрос о соответствии измеряемых температур когда-то рассматривался. Способ измерения температуры обмоток статора по их сопротивлению наиболее точен, особенно при динамических измерениях быстропротекающих процессов, но не всегда возможен. Такое измерение возможно только при постоянном токе через обмотки, т.к. необходимо учитывать только активную составляющую. При переменном и импульсном питании такое уже не получится. Придётся разделять сопротивление обмоток на активное и реактивное. Опять же с некоторой точностью. А вот построение корреляционной зависимости между этими температурами позволит при необходимости более точно определить температуру обмоток по заложенному в статор термодатчику. При том в некоторых конструкциях статоров различие температур заложенного термодатчика и обмоток электрической машины в практически установившемся тепловом состоянии будет не более 0.1 градуса.



Тоже присоединяюсь к этому из соображений "может пригодиться". А по содержанию сообщения о таком способе преобразования сигнала с шунта - построить работоспособную схему, считаю весьма сомнительным занятием и предполагаю что просто не удастся.

А кто мешает на время измерения температуры не дергаться...