Jak zbudować układ do pomiaru prądu i napięcia 50-450V z ADC Atmegi?

Question

Witam! Muszę zbudować układ do pomiaru napięcia i prądu przy wysokim napięciu. Pomiar potem ma być mierzony poprzez ADC atmegi i wyświetlany na LCD i przesyłany do komputera. Założenia: Napięcie wejściowe od 50V do 450V, prąd do 100mA. Zależy mi na dużej dokładności pomiaru prądu. Wszystko by...

telemax · Answer

Baaardzo niebezpieczne rozwiązanie. Szczególnie jeśli masz to do komputera podłączyć. Mały problem techniczny i po kontrolerze i komputerze.

Koniecznie trzeba odizolować część mierzoną od układów pomiarowych.
Rozwiązań jest wiele i zależy jaka dokładność ma być.

ZSK · Answer

Witam
W części schematu do pomiaru prądu R6 jest zbędny R2 i R3 zamieniłbym na 10 k natomiast R5 dobrałbym aby przy prądzie 100mA uzyskać 5V na wyjściu (lub nieco mniej tak aby ADC w procesorze nie został przesterowany) czyli wychodzi R5 ok 40k.
W części do pomiaru napięcia wyjściowego zastosowałbym konfigurację wzmacniacza odwracającego R wejściowy złożyłbym z 3 lub 4 rezystorów tak aby uzyskać ok. 1 Mega i dołączyłbym do ujemnego zacisku zasilacza 450V natomiast rezystor sprzężenia wzmacniacza dobrałbym tak by uzyskać 4,5 V na wyjściu operacyjnego gdy Uwy=450 V. Wychodzi ok. 10 k.
Na zakończenie proszę ciągle pamiętać , że oba wzmacniacze operacyjne jak i procesor będą "wisiały" na wysokim napięciu 450 V ! Konieczna separacja galwaniczna procesora transoptorami i ostrożność.

Matizz · Answer

Witam

Chciałbym uzyskać dokładność pomiaru na poziomie 0.5%, z rozdzielczością 0.1mA i 1V
Rezystory zastosuję 0.1%, nie wiem jak będzie z dokładnością samego wzmacniacza.

Narysowałem "nowy"schemat pomiaru prądu.

Układ będzie izolowane od komputera transoptorami CNY17.

Pomiar napięcia przeniosę przed układ pomiaru prądu, tak by nie wpływał na pomiar.

Czy do przełączania rezystorów w dzielniku napięcia można zastosować małe mosfety?

Pozdrawiam
Matizz

ZSK · Answer

Rozdzielczość pomiaru prądu 0,1 mA na zakresie 100 mA wymaga użycia co najmniej 10 bitowego przetwornika A/D.
Proponuję pozostawić układ pomiaru napięcia bezpośrednio na zaciskach wyjściowych , natomiast aby zmniejszyć prąd pobierany przez układ pomiaru napięcia można zwiększyć wartości rezystorów do 10 MΩ ,wtedy prąd płynący przez ten rezystor wyniesie 450 V / 10 M = 45µA
Nie rozumiem potrzeby stosowania kluczy mosfet . Sądziłem , że układ pomiaru napięcia ma mieć jeden zakres pomiarowy równy 500 V.
Proszę zaproponować uzupełniony schemat i wtedy coś pokombinujemy.

Matizz · Answer

Nowy schemat :

Atmega ma właśnie 10-cio bitowy przetwornik ADC, ale dysponuję również przetwornikami 12 bitowymi.

Na 10 bitach rozdzielczość to 0.097mA, natomiast gdybym zastosował 12 bitowe to rozdzielczość wyniosła by 0.0244mA.
Niestety jeszcze ich nie używałem i nie za bardzo wiem jak to oprogramować.

Na wejściach atmegi będą zastosowane diody zenera na 5.1V tak by nie uszkodzić procesora.

A pytanie o mosfety do przełączania dzielników napięć było OT, tak na przyszłość

Ps. jak się nazywa układ, który zawiera 2 takie wzmacniacze (OP07) w jednej obudowie DIP8?

Pozdrawiam
Matizz

ZSK · Answer

Ten schemat wygląda sensownie.Można jeszcze dodać rezystor z nieodwracającego wejścia U2 do +450V o wartości 99kΩ (praktycznie 100kΩ) w miejscu gdzie jest teraz zwora a także R1 powinien teoretycznie mieć wartość równoległego połączenia R2 i R4 czyli 8kΩ. Spowoduje to zmniejszenie błędu wywołanego prądami polaryzacji wejść wzmacniaczy operacyjnych .
Ogranicznik z rezystorem i diodą Zenera 5,1V może powodować nieliniowość szczególnie przy zbliżaniu się do końca zakresu czyli wartości 5V.Proponowałbym zastosowanie ogranicznika z dwiema diodami o małym prądzie wstecznym.Taki ogranicznik obetnie sygnał na poziomie +5,6V i -0,6V gdy wykorzystamy zwykłe diody krzemowe lub +5,4V i -0,4V gdy zastosujemy diody Schottky'ego. Czy to wystarczy aby nie uszkodzić wejścia ADC w Atmedze?
Wzmacniacz OP07 występuje w obudowie DIP8 pojedynczo lecz jest masa wzmacniaczy precyzyjnych podwójnych choćby LT1013CP czy OP 270GPZ . Niestety musisz Kolego sam zajrzeć do katalogu , sprawdzić dostępność ,cenę i parametry układu oraz dokonać wyboru.
Pozdrawiam

Matizz · Answer

Witam

Diody zenera na 5.1V rzeczywiście nie były zbyt precyzyjnym pomysłem, załączały się już przy 4.8-4.9V. Wstawiłem więc 6V2.
Raz w ramach eksperymentu chciałem sprawdzić co się stanie gdy na wejście atmegi podamy wyższe napięcie niż dopuszczalne. Po podaniu 12V wskazania były dziwne

, ale atmega wytrzymała.

Układ złożyłem, błąd jest na poziomie 1%, ale mierzyłem zwykłym "multimetrem". Myślę że po uruchomieniu miernika na amtedze precyzja wzrośnie.

Jednak popełniłem błąd w założeniach :/
Układ jest dobry dla pomiarów jednego zasilacza.

Ja mam do nadzorowania kilka zasilaczy, każdy regulowany osobno od 50 do 450V.
Pomysł z "+" jako masą układu pomiarowego odpada :/

Wymyśliłem więc by mierzyć napięce przed i po oporniku pomiarowy(dzielnik 100:1 i wtórnik napięciowy) i obliczać to wszystko w uC, jednak po przeliczeniu dokładność okazała się prawie zerowa.

Następnie do tego układu dodałem wzmacniacz różnicowy i wzmacniacz x10. To rozwiązanie również jest niedokładne ponieważ przy 1mA różnica napięcia na wzmacniaczach to 100uV.

Znalazłem na internecie jeszcze kilka rozwiązań:

http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/1867
ale cena tego optoizolatora jest dość wysoka :/

oraz:
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/3331

W ciekawy sposób rozwiązano zasilanie układu. Dokładność poniżej 1% przy prądzie 30mA, zmieniająć rezystor pomiarowy można by przesunąć ten zakres.

Przychodzą Ci do głowy jakieś inne rozwiązania?

Pozdrawiam
Matizz

ZSK · Answer

Witam
Są dwa rozwiązania.
1. Można powtórzyć tor pomiarowy (wzmacniacz operacyjny ,ogranicznik,przetwornik analogowo-cyfrowy i optoizolator oraz zasilacz separowany +/-10 V) dla każdego zasilacza ,który ma być mierzony.
2. Zastosować wspólny tor pomiarowy i przetwornik analogowo-cyfrowy ale poprzedzony sterowanym cyfrowo zespołem przełączającym sygnały analogowe.
Każde z tych rozwiązań ma swoje wady i zalety.
Wykorzystanie układów Maxima niestety nie rozwiąże tego dylematu. Ten drugi schemat Maxima jest ciekawy ,ale skutki przebicia któregokolwiek z tranzystorów PNP będą katastrofalne:cry:
Osobiście wybrałbym pierwsze rozwiązanie starając się uprościć do maksimum część analogową może zastosować jako przetworniki analogowo-cyfrowe przetworniki U/f tym bardziej ,że napięcie przetwarzane mamy tu jednej polaryzacji.Dalej sygnały cyfrowe przesyłam optoizolatorami do centralnego procesora i tam obrabiam.

PS. Może zdradzisz Kolego zastosowanie twego układu to będzie łatwiej sensownie doradzać.

Pozdrawiam.

Matizz · Answer

Witam!

Układ chcę zastosować w moim mierniku lamp elektronowych.
Nie mogę mierzyć prądu po stronie masy ponieważ prąd płynący przez katodę jest sumą prądu anody i wszystkich siatek lampy.

Można zastosować dla każdego napięcia osobny przetwornik + optoizolację. Niestety pojawia się tu problem typowo "umysłowy" - nie umiem sterować ADC po I2C.

Przebicie tranzystora w drugim układzie maxima rzeczywiście będzie miało tragiczne następstwa. Poza tym przy napięciu 450V tranzystor musiałby mieć Vce co najmniej 600V.

Narazie przetestuję dwie opcje:
pierwsza:
->wzmacniacz różnicowy na OP07->przetwornik U/f na LM331->optoizolacja-> przetwornik f/U -> wtórnik lub wzmacniacz ->ADC atmegi.

Druga:
Tak się złożyło że w Katowicach mieli IL300 w miarę normalnej cenie (10zł).

Zbuduję więc również układ nr.6 z tej noty:
http://www.vishay.com/docs/83711/appn55.pdf

Pomysł tak jak wcześniej - zasilanie z osobnej przetwornicy +/-10V z masą na "gorącej" szynie.

Ale wolny czas na te zabawy będę miał dopiero w weekend.

Pozdrawiam
Matizz

ZSK · Answer

Witam!
Opcja z przetwornikiem U/f z LM331 nie wymaga powtórnego przetwarzania f/U za optoizolacją . Wystarczy przecież sygnał z optoizolatora podać na wejście timera w procesorze i mierzyć częstotliwość w procesorze.

Rozwiązanie z optoizolatorem IL300 ze schematu 6. jest interesujące, ale ciekawe jak będzie się zachowywał ten układ przy małych prądach LED rzędu 0,1 do 1 mA . Producent nie podał błędu konwersji dla tak małych prądów,tym niemniej może się okazać ,że błędy w tym początkowym zakresie będą akceptowalne.
Sterowany mikroprocesorem miernik lamp elektronowych to ciekawy i ambitny projekt. Domyślam się ,że będzie służył przy dobieraniu lamp do wzmacniaczy.Warto przewidzieć kontrolę (stabilizację) napięcia żarzenia badanej lampy ponieważ charakterystyki lamp znacząco zmieniają się w funkcji napięcia żarzenia.
Pozdrawiam.
ZSK

Matizz · Answer

Można zastosować tylko przetwornik U/f, ale trzeba by wtedy zastosować przełącznik do przełączania sygnałów z optoizolatorów na wejście timera Atmegi.
Poza tym procesor ma i tak już dużo do roboty

Jak tylko znajdę chwilę wolnego czasu to sprawdzę od jakiego minimalnego prądu działa IL300.

Napięcie żarzenia oczywiście będzie stabilizowane.
Tutaj również będzie mierzone napięcie i prąd, ale przy niskich napięciach nie ma z tym problemu, a z pomiarem na wysokich napięciach też sobie jakoś poradzimy

Pozdrawiam
Matizz

Jak zbudować układ do pomiaru prądu i napięcia 50-450V z ADC Atmegi?

Post #1

Post #2

Post #3

Post #4

Post #5

Post #6

Post #7

Post #8

Post #9

Post #10

Post #11

Post #12

Podsumowanie tematu