Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

pomiar napięcia z separacją galwaniczną

09 Paź 2012 09:10 4425 27
  • Poziom 39  
    Mam układ w którym napięcie zmienia się od 0 do 50V. Chciałbym mierzyć to napięcie używając do tego wejścia 0-10V. Dysponuje zasilaniem 24VDC. Niestety układ pomiarowy musi być odseparowany galwanicznie od układu w którym chce mierzyć napięcie.

    Znalazłem dwa rozwiązania:
    - za pomocą przetwornika LEM

    Główny problem jaki widze to zasilanie przetwonika. Jeśli w układzie mierzonym nigdy nie pojawi się napięcie o odwrotnej polaryzacji czy można dostosować ten przetwornik do mojego wejścia 0-10V używając do zasilania 24VDC?

    - za pomocą optoizolatora IL300

    W kilku aplikacjach które widziałem występuje wzmacniacz operacyjny po stronie pomiarowej. Główny problem jaki się pojawia to zasilanie tego wzmacniacza (napięcie pomiarowe zmienia się w dość szerokim zakresie). Jeśli założe że interesuje mnie przedział 15-35V z błędem 10-20% (reszta zakresu może mieć bardzo duży błąd) czy można diodę po stronie mierzonej zasilić przez rezystor bezpośrednio z układu mierzonego?

    A może da się to prościej zrealizować?
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    Jeśli jest dopuszczalna niewielka upływność, to standardowe
    podłączenie wzmacniacza operacyjnego (takie na 4 oporniki).
  • Poziom 39  
    upływność jest dopuszczalna. Obwody są sprzężone ze sobą, plus mają nawet wspólny.

    Gdzie znajde przykład takiego rozwiązania z wzmacniaczem?
  • Specjalista elektronik
    Podawałem na forum, dość dawno temu, ze schematem w załączniku - dasz radę znaleźć?
  • Poziom 27  
    Wiem, że to teraz niemodne, ale jeśli dodatni biegun zasilania jest wspólny, to może wystarczy lustro prądowe na dwóch tranzystorach PNP? Do tego jeden rezystor "zadający" prąd po stronie mierzonej i 5-krotnie mniejszy "odbierający" , żeby max spadek napięcia wynosił 10V. Dla większego spokoju można równolegle z nim dać diodę Zenera na 10V.
    Code:
    0Vo-o-------+
    
        |       |
        v       v
         \|   |/
          |-o-| PNP x 2
         /| | |\
        |   |   |
        o---+   o---o0..10V
        |       |
        \       \
      R /       / R/5
        \       \
        |       |
        o       +---oGND
    -50..-1V
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Tomasz Gumny napisał:
    Wiem, że to teraz niemodne, ale jeśli dodatni biegun zasilania jest wspólny, to może wystarczy lustro prądowe na dwóch tranzystorach PNP?

    To samo można też zrobić dokładniej, oprócz kilu rezystorów i dowolnego tranzystora małej mocy PNP, trzeba mieć wzmacniacz operacyjny, pracujący z napięciami wejściowymi bliskimi dodatniego napięcia zasilania (wyjściowymi też, ale to można obejść) więc da się zrobić nawet na starym TL072.

    pomiar napięcia z separacją galwaniczną
  • Pomocny post
    Poziom 27  
    Idąc tym tropem można spróbować zaadaptować do pomiaru napięcia współczesne, wysokonapięciowe układy do pomiaru prądu, np. MAX4080.
    Lustro jest dokładne, zwłaszcza jeśli zastosuje się parowane tranzystory. Wprawdzie dla MAT-ów 50V to trochę za dużo, ale widziałem (chyba w TME) jakąś wysokonapięciową parę PNP.
  • Poziom 39  
    Panowie jeszcze od strony technicznej. Napięcie -50V zmienia się jak już pisałem i do tego jest za pomocą tranzystora mocy podpinane do -24V (bazuje na schemacie kolegi jarek_lnx
    ). Czy nie będzie to miało znaczenia dla układu wzmacniacza? W krytycznym przypadku napięcie -50V spada do -24V i jest na stałe załączone z -24V. Czy mimo tego wzmacniacz będzie pracował bez problemów?
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    :arrow: Tomasz Gumny - Na wejściu jest napięcie i sam tranzystor wprowadza
    błąd o wielkość napięcia EB. A 50V z wejścia nie dochodzi do tranzystorów...
    :arrow: jarek_lnx - Tranzystor jest zbędny, wystarczy W.O. i oporniki.
  • Pomocny post
    Poziom 27  
    _jta_ napisał:
    [...] sam tranzystor wprowadza błąd o wielkość napięcia EB
    Zgadza się, ale autor wątku napisał "[...] interesuje mnie przedział 15-35V z błędem 10-20% (reszta zakresu może mieć bardzo duży błąd)". Poza tym błąd jest przewidywalny i łatwy do skorygowania. Za to układ jest elementarnie prosty.
    _jta_ napisał:
    [...]Tranzystor jest zbędny, wystarczy W.O. i oporniki.
    24V raczej nie będzie precyzyjne i stałe a w takich warunkach nie bardzo to widzę bez tranzystora. Jak proponujesz to zrobić?
  • Poziom 39  
    Czy takie coś ma szanse zadziałać?

    pomiar napięcia z separacją galwaniczną

    Jakie wzmocnienie wzmacniacza byłoby optymalne w tym przypadku? Za notą katalogową:
    5V/V (MAX4080F/MAX4081F)
    20V/V (MAX4080T/MAX4081T)
    60V/V (MAX4080S/MAX4081S)

    Widze że musze sobie troche odświeżyć wiedzę o dobieraniu rezystorów do WO
  • Specjalista elektronik
    Trochę inaczej. Być może będzie trzeba użyć 6 oporników - 3 wartości po 2 sztuki.
    Dla poprawnego działania układu oporniki "jednakowe" muszą być takie naprawdę.

    Do każdego wejścia W.O. podłącza się po 3 różne oporniki: R1n,R2n,R3n i R1r,R2r,R3r
    - te z 'r' do wejścia odwracającego, z 'n' do nieodwracającego. Oba R1 podłączyć do
    napięcia, które ma być mierzone (po jednym do każdego bieguna); R2n do masy
    wyjściowej, R2r do wyjścia W.O.; oba R3 do zasilania (zależnie od sytuacji do '+',
    do '-', albo mogą być zbędne - one są po to, żeby napięcie na wejściach W.O. było
    w zakresie, w jakim on działa - jeśli w twoim układzie masa wyjściowa będzie '-24V',
    a wejście R1n będzie połączony z ujemnym biegunem mierzonego napięcia, to wejście
    nieodwracającym będzie miało napięcie ujemne względem '-' zasilania W.O. i to
    nie będzie działać, jeśli nie użyjesz R3n i R3r; przy odwrotnym podłączeniu nie będzie
    tego problemu... połączenie R1n z ujemnym biegunem powinno dać na wyjściu napięcie
    ujemne względem '-', nie da się, czyli R1n musi być do dodatniego bieguna mierzonego
    napięcia, R1r do ujemnego i nie ma problemu, R3 są zbędne).

    Jak z zakresu 0÷-50V ma zrobić 0÷+10V, to R1/R2=5, np. R1=1M, R2=200k.
    W takiej wersji (R1n do 0÷-50V, R1r do 0, R2n do -24V, R2r do wyjścia) na wejściach
    W.O. będzie cały czas -20V, czyli o 4V powyżej '-' zasilania; na wyjściu -24÷-14V,
    czyli 0÷10V względem -24V. Jak ma być względem '+', to R2n do '+', R1n/r zamienić.
    Uwaga, W.O. nie potrafi uzyskać '-', czy '+' zasilania na wyjściu - niektóre to prawie
    potrafią, ale tylko przy obciążeniu między wyjściem, a odpowiednim zasilaniem; poza
    tym w wersji 0÷-10V względem '+' napięcie na wejściach W.O. zależy od mierzonego,
    przy 0 na wejściach W.O. jest '+' zasilania - nie każdy W.O. będzie z tym działać.
  • Poziom 43  
    _jta_ napisał:
    Arrow jarek_lnx - Tranzystor jest zbędny, wystarczy W.O. i oporniki.

    Nie dekodowałem twojej "netlisty" w całości, domyślam się że chodzi o wzmacniacz różnicowy, zmodyfikowany tak żeby zmieścić się w zakresie napięć wejściowych W.O. ?

    Chciałem zaproponować wzmacniacz różnicowy, ale układ który przedstawiłem ma jedną zaletę, nie trzeba stosować precyzyjnych rezystorów, choć możliwe że przy wymaganej niewielkiej dokładności mały CMRR wzmacniacza różnicowego nie będzie miał znaczenia.

    Tomasz Gumny napisał:
    Lustro jest dokładne, zwłaszcza jeśli zastosuje się parowane tranzystory. Wprawdzie dla MAT-ów 50V to trochę za dużo, ale widziałem (chyba w TME) jakąś wysokonapięciową parę PNP.
    najwyższe napięcie jest na tranzystorze wyjściowym lustra i jest to 24V więc MAT-03 dał by radę, na takim tranzystorze to będzie dokładne ale tani to on nie jest.

    Można by spróbować (nawet przy nieparowanych tranzystorach) dodać rezystory od strony emiterów.
  • Poziom 27  
    Tak przypuszczałem, że chodzi o wzmacniacz różnicowy. W takim układzie dokładność rezystorów ma naprawdę duże znaczenie. Widziałem w AD gotowce z wbudowanymi rezystorami i napięciem wspólnym sięgającym +/-200V. Ich dokładność wystarcza do 16-bitowego a to chyba byłaby przesada w tej aplikacji.

    jarek_lnx napisał:
    [...] najwyższe napięcie jest na tranzystorze wyjściowym lustra i jest to 24V więc MAT-03 dał by radę, na takim tranzystorze to będzie dokładne ale tani to on nie jest.
    Oczywiście masz rację. Taki SSM2220 (Ucemax=36V) można kupić za 20,-.
    jarek_lnx napisał:
    Można by spróbować (nawet przy nieparowanych tranzystorach) dodać rezystory od strony emiterów.
    Niedawno aplikowałem dwa spięte BC558 na wejściu 8-bitowego przetwornika ADC. Wzięte z jednej taśmy i o zbliżonym wzmocnieniu nie miały znaczącego wpływu na błąd przetwarzania, ale też nie badałem w skrajnych warunkach.
  • Poziom 39  
    Panowie to może w moim rozwiązaniu lepiej użyc wspomnianego przez kolegę lustra prądowego?
    Rozumiem że trzeba przemierzyć z 10 kolejnych tranzystorów z taśmy (np. wspomnianych BC556) i wybrać takie które będą miały możliwie bliski współczynnik wzmocnienia.

    Z opisu kolegi _ita_ wyszło mi coś takiego:

    pomiar napięcia z separacją galwaniczną



    Napięcie -50V moglibyśmy spokojnie zawęzić do -40V
  • Poziom 27  
    Chyba ważniejsze, żeby tranzystory były z tej samej serii produkcyjnej i połączone termicznie obudowami:
    pomiar napięcia z separacją galwaniczną
    Jeśli masz możliwość, to wybierz dwa o zbliżonym wzmocnieniu prądowym.

    mrrudzin napisał:
    Z opisu kolegi _ita_ wyszło mi coś takiego:
    Niezupełnie. Zobacz schemat wewnętrzny AD629. Chociaż w Twoim wypadku chyba lepszy byłby AD628
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Z opisu kolegi _ita_ wyszło mi coś takiego:

    Tam było sześć rezystorów.
  • Specjalista elektronik
    6 gdyby groziło napięcie na wejściu W.O. poza zakresem pracy - ale w tej wersji nie grozi i wystarczą 4.
    Od W.O. trzeba wymagać, by dobrze działał przy niskich napięciach na wyjściu (nadają się np. NE532,
    LM358 - to są podwójne, nie znam pojedynczego o takich właściwościach).
  • Poziom 36  
    AVE...

    A może tak: przetwornik U/f zasilany przez dodatkowy transformatorek lub przetworniczkę z izolacją, jego sygnał trafia na transoptor/uzwojenie transformatora. Drugi układ, f/U przekształci ten sygnał na napięciowy. Można też użyć dwóch malutkich mikrokontrolerów, i jednokierunkowej transmisji szeregowej przez transoptor...
  • Poziom 39  
    Jeszcze jedno pytanie do lustra prądowego:
    Jak dobrać rezystory do tego układu? Tak żeby pracować blisko maksymalnych parametrów tranzystora? Czyli dla BC556 IC = 100mA

    R = 40V / 0,1A = 400 ohm
    R < 400ohm

    Czyli
    R/4 = 470 ohm
    R = 2,2k

    Co da stosunek ~4,6. Samą proporcjonalność zmierze sobie doświadczalnie i przemnoże wartość otrzymaną przez ten współczynnik. To nie problem.

    Rozumiem że jako same tranzystory musze wybrać BC556 (napięcia VCE0 i VCB0 są dużo wyższe od moich 40V).

    Code:

    Kod:
    0Vo-o-------+
        |       |
        v       v
         \|   |/
          |-o-| PNP x 2
         /| | |\
        |   |   |
        o---+   o---o0..10V
        |       |
        \       \
      R /       / R/4
        \       \
        |       |
        o       +---oGND
    -40..-1V


    Urgon napisał:
    AVE...
    A może tak: przetwornik U/f zasilany przez dodatkowy transformatorek lub przetworniczkę z izolacją, jego sygnał trafia na transoptor/uzwojenie transformatora. Drugi układ, f/U przekształci ten sygnał na napięciowy. Można też użyć dwóch malutkich mikrokontrolerów, i jednokierunkowej transmisji szeregowej przez transoptor...


    Tylko to ma być rozwiązanie proste i niezawodne. Dużej różnicy napieć nie ma (są do tego połączone jednym biegunem...)
  • Pomocny post
    Poziom 27  
    Zacznij od tyłu, czyli jakim prądem będzie obciążone wyjście lustra. Prąd powinien być na tyle mały (zwykle ułamek lub pojedyncze mA), żeby nie nagrzewać tranzystora wyjściowego, na którym spadek napięcia wynosi 24..14V. Proponuję 51k/10k.
    Na tranzystorze wejściowy spadek wynosi zawsze ~0.7V, więc możesz zastosować nawet BC558.
    Jeśli sterujesz jakimś kosztownym urządzeniem, to daj na wyjściu niewielki rezystor i diodę Zenera na 12V.
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    Jak nie chcesz W.O., to może go zastąpić układ 2 tranzystory NPN i 1 PNP
    (NPN tworzą wzmacniacz różnicowy, PNP jest wzmacniaczem wyjściowym).
  • Poziom 39  
    Cytat:

    Jak nie chcesz W.O., to może go zastąpić układ 2 tranzystory NPN i 1 PNP
    (NPN tworzą wzmacniacz różnicowy, PNP jest wzmacniaczem wyjściowym).


    WO też jest niezłym rozwiązaniem. Myśle że najlepiej będzie poskładać w pająku oba i przetestować.

    Czy mój "schemat" kilka postów wyżej to to o czym pisałeś?
  • Specjalista elektronik
    Tak, ten z #15. Problemu z zakresem napięć wyjściowych W.O. można się pozbyć
    wstawiając opornik między JP4 i JP5, i niebieskiego LED-a między wyjście W.O.,
    a resztę układu (R2R ma pozostać połączony z JP4) - większość W.O. nie daje
    na wyjściu napięcia niższego, niż około 3V powyżej ujemnego zasilania, ale na
    niebieskim LEDzie jest ponad 3V spadku napięcia, więc da się uzyskać 0...
  • Poziom 39  
    Cytat:

    Tak, ten z #15. Problemu z zakresem napięć wyjściowych W.O. można się pozbyć
    wstawiając opornik między JP4 i JP5, i niebieskiego LED-a między wyjście W.O.,
    a resztę układu (R2R ma pozostać połączony z JP4) - większość W.O. nie daje
    na wyjściu napięcia niższego, niż około 3V powyżej ujemnego zasilania, ale na
    niebieskim LEDzie jest ponad 3V spadku napięcia, więc da się uzyskać 0...


    Czyli powinno to wyglądać mniej więcej tak?
    pomiar napięcia z separacją galwaniczną

    Czy możnaby użyć w tym układzie wzmacniacza LM358 wpinając dwie diody zenera (5,1V) szeregowo w plus zasilania?
  • Specjalista elektronik
    Prawie, ale niezupełnie. Pin 4 (V-) do GND - chyba 24V to nie jest za dużo dla LM358?
    R15 do prawego końca R16 - żeby spadek napięcia na R16 nie fałszował wyniku; do
    sprawdzenia, jakie napięcie między wejściami jest dopuszczalne dla LM358, przy -50V
    (względem +24) na -UB na pinie 3 będzie wciąż 4.8V (względem GND), a na pinie 2
    2.8V (względem GND) - te 2V różnicy nie powinny zaszkodzić.
    Przydałby się jakiś opornik (kilka k) między katodę LED-a (lewy koniec R16), a GND.
    W wersji z LED-em większość popularnych wzmacniaczy operacyjnych nadaje się
    do tego układu, nie musi być LM358, który działa sensownie przy V- na wejściach.
  • Poziom 39  
    Jeśli dobrze wszystko zrozumiałem powinno to wyglądać tak jak na schemacie niżej.

    pomiar napięcia z separacją galwaniczną

    Szkoda że można tylko raz w danym temacie kliknąć pomógł...