Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

pomiar napięcia z bocznika względem masy

09 Nov 2014 07:53 5463 54
  • Level 14  
    Witam, chciałbym mieć w samochodzie pomiar prądu alternatora.
    Zamontowałem bocznik 100A/60mv. Problem w tym że komputerek pomiarowy który mam zamontowany w samochodzie mierzy względem masy, a bocznik wiadomo zamontowałem na przewodzie plusowym. Proszę o poradę jak to zrobić żeby mierzyć to napięcie względem masy??
  • Level 33  
    Witam
    Jakiego w końcu pomiaru chcesz dokonać? Napięcia, czy natężenia prądu? Sądząc po podłączeniu bocznika w obwód to chodzi Ci o pomiar prądu w (amperach). Żeby ten pomiar wykonać musisz podpiąć się równolegle do bocznika z amperomierzem. :|
  • Level 14  
    Do bocznika trzeba sie podpiąć z miliwoltomierzem jak już. Napisałem wyraźnie że chcę mieć pomiar prądu alternatora, w tym celu zamontowałem bocznik, ale układ który mam w komputerku pomiarowym mierzy względem masy, więc potrzeba jakiegoś dzielnika lub separatora bo bocznik zamontowany jest na przewodzie plusowym.
  • Level 28  
    manek33 wrote:
    potrzeba jakiegoś dzielnika lub separatora bo bocznik zamontowany jest na przewodzie plusowym

    Raczej wzmacniacza pomiarowego.
  • Electronics specialist
    A to może być spory problem - napięcie na boczniku trzeba wzmocnić, bo jest za małe, żeby podawać je wprost na wejście komputera, i przesunąć w inny zakres. Do czegoś takiego używa się wzmacniaczy operacyjnych, ale tu będą spore wymagania i ciężko będzie znaleźć sposób na to, by je spełnić.

    Większość wzmacniaczy operacyjnych ma niewystarczającą stabilność - z popularnych jedynym znanym mi wyjątkiem są ICL7650 i ICL7653. Wadą ich jest jednak to, że sygnał na wejściu musi mieć napięcie znacznie (ze 2V) poniżej +zasilania, a do tego napięcie zasilania nie może przekraczać 16V. Widzę dwie możliwości: (1) zrobić precyzyjny dzielnik - a raczej dwa identyczne (z dokładnością do pary setnych %) dzielniki, każdy z trzech oporników w układzie gwiazdy i przez nie podać napięcie z bocznika na tego ICL-a; (2) zrobić zasilanie +5V i -5V względem +akumulatora (może jakaś przetwornica, np. na ICL7660 - a może z alternatora można zrobić dodatkowy prostownik dający wyższe napięcie?) i na ICL7650 zrobić "pompę prądową" Howlanda i puścić jej prąd przez tranzystor PNP, wtedy dużo mniejsze będą wymagania co do precyzji doboru oporników.

    Chyba, że znajdzie się wzmacniacz operacyjny, który: (1) będzie miał wysoką stabilność; (2) będzie działał poprawnie przy napięciach wejściowych nawet nieco (np. 0.2V) powyżej +zasilania; i (3) wytrzyma napięcie zasilania do 30V. Jeszcze jedna możliwość: użyć poczwórnego wzmacniacza operacyjnego, żeby skompensować pływanie "zera" (takie połączenie nazywa się wzmacniaczem pomiarowym) - oczywiście musi on spełniać warunki (2) i (3), zmniejsza się tylko wymaganie co do stabilności. Wygląda na to, że to duża robota z przeglądaniem katalogów...
  • Level 28  
    Czemu nie użyłeś przetwornika LEM np. LA100-P zamiast bocznika? Koszt jest porównywalny. LEM potrzebuje symetrycznego zasilania +/-12V, więc trzeba też kupić (lub zrobić) odpowiednią przetworniczkę.
  • Electronics specialist
    Mam wrażenie, że wadą hallotronu może być podatność na obce pola magnetyczne - przewód z prądem 100A daje pole zaledwie 5mT na powierzchni przewodu o średnicy 8mm (a im dalej, tym mniej), a byle jaki magnes 10 razy więcej (porządny 100 razy), byle jaki kawałek stali bez magnesowania zwykle daje około 1mT (czyli tyle, co prąd 20A). Jakkolwiek na to są sposoby: ekranowanie od obcych pól magnetycznych, kilka odpowiednio rozmieszczonych hallotronów (układ pasa Rogowskiego)...
  • Level 35  
    INA138, a nie 38.
    Schemat masz na pierwszej stronie datasheeta...
  • Electronics specialist
    TI podaje więcej przykładów zastosowania (na Elenota.pl są opisy BB i TI). Niestety wadą jest dokładność - typowy błąd będzie 0.16A, a może być i ponad 1.5A. ICL7650 pozwala mierzyć kilkadziesiąt razy dokładniej (tylko są potrzebne precyzyjne oporniki).
  • Electronics specialist
    60mV / 5k = 12uA; 10V / 12uA = 833k - taki opornik trzeba podłączyć jako obciążenie, i oczywiście wtórnik na wzmacniaczu operacyjnym o niezbyt dużym (do 10nA) prądzie polaryzacji wejścia, działającym dla napięć od -zasilania. Nie wiem tylko, czy INA138 przy zasilaniu 12V (pewnie "z groszami") da do 10V na wyjściu.
  • Level 28  
    _jta_ wrote:
    czy INA138 przy zasilaniu 12V (pewnie "z groszami") da do 10V na wyjściu.

    Wystarczy połowa, a dalej zamiast wtórnika wzmacniacz x2.
  • Level 27  
    Po co tak kombinować, wystarczy jeden wzmacniacz operacyjny i jeden tranzystor połączone mniej więcej tak jak na poniższym rysunku. Jest to po prostu źródło prądowe sterowane napięciem bocznika R1.
    pomiar napięcia z bocznika względem masy
    Wzmacniacz operacyjny musi pozwalać na pracę z napięciami wejściowymi sięgającymi dodatniego napięcia zasilania i oczywiście posiadać wejścia do kompensacji napięcia niezrównoważenia, bo sygnał z bocznika jest mały. Z popularniejszych nadają się TL071 oraz stare µA741 i LM301, sposób podłączenia potencjometru do zerowania napięcia niezrównoważenia można znaleźć w kartach katalogowych.
    Zamiast MOSFET proponowałbym PNP w rodzaju BC558B (lub C) zwrócony emiterem w stronę R2. Od bazy opornik 1kΩ do INPUT VOLTAGE i drugi opornik 2.2kΩ szeregowo z diodą Zenera 3.3V podłączoną anodą do wyjścia wzmacniacza. Dioda Zenera jest potrzebna, bo wyjście wzmacniacza nie jest w stanie dostatecznie zbliżyć się do plusa zasilania.
    To już wszystko, wzór na czułość monitora pozostaje bez zmian. Wartość R2 wybrałbym tak, aby dla pełnego prądu płynącego przez bocznik prąd tranzystora wynosił około 1mA, czyli gdzieś w okolicach 50Ω. Myślę, że po wyzerowaniu potencjometrem napięcia niezrównoważenia można w tym układzie bez trudu osiągnąć dokładność 1% lub lepszą zależnie od jakości zastosowanych oporników R1, R2 i R3.
    Oczywiście ten monitor mierzy prąd płynący tylko w jedną stronę, co w przypadku alternatora akurat wystarcza. Gdyby trzeba było mierzyć na przykład prądy ładowania i rozładowywania akumulatora to należałoby powtórzyć ten układ dwa razy i mieć po jednym wyjściu dla każdego kierunku prądu.
  • Moderator of Designing
    TL07x ani 741 nie nadają się tu z powodu właśnie tego, że nie będą pracować poprawnie z Uwe=Uzas. Ich odstęp Uwe od Uzas to ok. 2-3V.
    Poza tym tu nie można stosować byle jakiego WO - potrzebny jest typ stabilny od temperatury - w samochodzie temperatura może zmieniać się od -30stC do +60stC - ważny parametr to tempcoVio.
    Wszystko to załatwia INA138 (itp. high side current monitor) http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/BurrBrown/mXuqwvu.pdf - mały offset i wsp. temperaturowy, konstrukcja umożliwiająca pomiar w dodatniej szynie która jest jednocześnie zasilaniem INA, Uwy mniejsze od Uzas tylko o 1V (a więc da Uwy=11V przy Uzas=12V), itd.
    I dlatego kombinowaniem jest klecenie tego z WO, itp. "sposoby" - to jest proszenie się o kłopoty i błędy pomiaru.
  • Level 27  
    trymer01 wrote:
    TL07x ani 741 nie nadają się tu z powodu właśnie tego, że nie będą pracować poprawnie z Uwe=Uzas. Ich odstęp Uwe od Uzas to ok. 2-3V.
    Poza tym tu nie można stosować byle jakiego WO - potrzebny jest typ stabilny od temperatury - w samochodzie temperatura może zmieniać się od -30stC do +60stC - ważny parametr to tempcoVio.
    Wszystko to załatwia INA138 (itp. high side current monitor) http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/BurrBrown/mXuqwvu.pdf - mały offset i wsp. temperaturowy, konstrukcja umożliwiająca pomiar w dodatniej szynie która jest jednocześnie zasilaniem INA, Uwy mniejsze od Uzas tylko o 1V (a więc da Uwy=11V przy Uzas=12V), itd.
    I dlatego kombinowaniem jest klecenie tego z WO, itp. "sposoby" - to jest proszenie się o kłopoty i błędy pomiaru.
    Jak to nie będą pracować? Właśnie, że będą. Już na samym początku datasheet TL071 stoi jak byk: "Common mode input voltage range includes Vcc+". Dryft napięcia niezrównoważenia to typ. 10µV/°C, rzeczywiście nie najlepiej ale dopiero zmiana o 100°C zrobi 1mV różnicy, a przy rozgrzanym silniku nigdy nie będzie aż takiej zmiany. Podobnie LM301, który jest nawet lepszy, bo ma tylko 3µV/°C. Myliłem się tylko co do µA741, bo wydawało mi się, że nie różni się budową stopnia wejściowego od LM301, ale pamięć mnie zawiodła.
    Poza tym napisałem o najpopularniejszych, łatwych do zdobycia układach, a wzmacniaczy, które by się tu nadawały, jest znacznie więcej, jak choćby rail-to-rail, wśród których z pewnością znalazłoby się coś tańszego od INA138. A jeżeli chodzi o kombinowanie to miałem na myśli przede wszystkim te pomysły ze wzmacniaczami pomiarowymi, chopperami i przetworniczkami.
    I jeszcze jedno: Jakbyś tak wyjechał z tym proszeniem się o błędy swego czasu w NS, to by Cię Widlar chyba zabił.
    No a skoro mowa o błędach to ściągnąłem sobie datasheet INA138 ze strony TI, bo nie znałem scalaka, no i rzeczywiście na wejściu całkiem fajny, Vos typ. 0.2mV, dryft typ. 1µV/°C, chociaż zmiana Vos aż o max. 10µV na każdy 1V zmiany Vcc to trochę sporo. Alternator w końcu trochę rypie, no ale powiedzmy, że akumulator to wyłagodzi, więc źle nie będzie. Za to na wyjściu transkonduktancja z dokładnością +/-1% przy 25°C, +/-2% w całym zakresie temperatur, więc i tak opornik trzeba będzie dobrać albo się pogodzić z błędem zupełnie tak jak w moim wzmacniaczu. Ale dalej jest wykres TOTAL OUTPUT ERROR vs VIN i co widzę? Że dla VIN<10mV (tak na oko) jest 5% błędu, a dla VIN<5mV aż 10% błędu i więcej! Jak to możliwe? Skąd się to wzięło? Wracam do tabelki i co się okazuje? Że błąd transkonduktancji podany jest tylko dla VIN = 10mV - 150mV, Nonlinearity Error też, a cała reszta jest milczeniem. Czyli dla małych prądów INA138 przestaje być dokładny, robi się mocno nieliniowy, i to wszystko już od 10mV w dół, czyli poniżej 1/6 z max. 60mV na boczniku. No nie wiem, może ta dolna 1/6 zakresu (czyli od 0 do 17A) nie ma dla autora tematu większego znaczenia, ale mój "toporny" wzmacniacz by czegoś takiego nie zrobił.
    To chyba już wszystko jeśli chodzi o kombinowanie i proszenie się o błędy. No, ale jak już zaznaczyłem, nie znałem wcześniej INA138, więc jeśli gdzieś się pomyliłem w interpretacji danych to mnie popraw, tylko delikatnie proszę.

    DODANE w odpowiedzi na posty poniżej

    _jta_ - sprawdziłem, widziałem, czyżbyś przegapił, że w mojej propozycji napisałem, że wzmacniacz musi "oczywiście posiadać wejścia do kompensacji napięcia niezrównoważenia, bo sygnał z bocznika jest mały"? Tak więc stosując pojedynczy wzmacniacz z potencjometrem udałoby się zjechać z niezrównoważeniem w okolice zera. Inna sprawa, że akurat dla tych wzmacniaczy zerowanie Vos może spowodować zwiększenie dryftu cieplnego, no ale nie ma róży bez kolców.
    A o tej dokładności 2mA z ICL7650 to możesz chyba zapomnieć, bo obojętnie czy zrobisz wzmacniacz pomiarowy na jednym, dwóch czy trzech operacyjniakach, to i tak będzie duży problem z precyzyjnym doborem oporników, poza tym będziesz przecież potrzebował dzielników na wejściu całego wzmacniacza. W sumie mnóstwo miejsc, gdzie może powstać błąd. Za to w moim układzie to nie jest aż tak krytyczne, bo zaledwie dwa oporniki decydują o wzmocnieniu, a układ nie jest czuły na składową wspólną. W zasadzie tylko wzmacniacz i jego niezrównoważenie będą źródłem błędu.

    trymer01 - to że dla LM301 podano zakres napięć wejściowych +15V/-13V typ. a tylko +/-12V min. nie oznacza jeszcze, że on nie będzie działać. Jak się popatrzy na schemat wewnętrzny LM301 to od razu widać, że wejściowe tranzystory NPN mogą pracować z takim napięciem, a nawet odrobinę wyższym, bo ich kolektory podłączone są wprost do Vcc+ i nic nie stoi na przeszkodzie (co innego µA741, tam pomiędzy kolektory a Vcc+ dodano PNP od zwierciadła prądowego, o czym zapomniałem). Nie wiem dlaczego NS podał zakres napięć wejściowych w tak sposób konserwatywny, może jakiś inny parametr może się pogorszyć w takim przypadku, ale zaraz dalej jest przecież wykres INPUT VOLTAGE RANGE vs SUPPLY VOLTAGE, na którym znów wyraźnie to widać. Podobnie konserwatywnie deklarowane zakresy napięć wejściowych można znaleźć dla TL071/081, LF351, LF355, ale też i wykresy oraz schematy monitorów prądu. Akurat znalazłem w opisach LF351 i TL081, że będą pracować z napięciami aż do dodatniego napięcia zasilania ale GBW i Slew Rate mogą być wówczas obniżone (nie podano na ile). I to chyba jest przyczyna takiego sposobu deklarowania zakresu napięć wejściowych.
    Przecież te wzmacniacze mają już po 40-50 lat i jeśli przez cały ten czas podaje się w datasheetach oraz notach aplikacyjnych przykłady monitorów prądu, to chyba mieli w razie czego aż za wiele okazji do sprostowania. Jeżeli pomimo to uważasz, że nie ma gwarancji, że wszystkie egzemplarze wzmacniaczy będą działać w tych układach, to napisz do nich, może przejdziesz do historii.
    Przy PNP β się zmienia, to prawda, ale za to na pewno nie ma problemów ze stabilnością, dlatego wyrzuciłem MOSFET.
    A czemu nic nie napisałeś odnośnie moich zastrzeżeń co do INA138, który miał być taki super? Czyżbym jednak się nie mylił, co? Czy może "zapomniałeś"? Bo chyba nie myślisz, że jakiś tam link potraktuję za odpowiedź, tam są następne linki a ja nie będę tracił czasu na ganianie w te i wewte skoro chodziło mi tylko o to, żebyś napisał, czy prawidłowo zinterpretowałem dane z datasheet i czy Twoje gadanie o proszenie się o błędy było coś warte. Bo Ty mi znowu z jakimś spadkiem β wyjeżdżasz, a tu z wykresu wygląda na to, że błąd INA138 dla bardzo małych VIN tak jakby dążył do -100%, więc będzie najnormalniej w świecie wielokrotnie większy.
  • Electronics specialist
    Jak widać, żaden z kolegów nie sprawdził dokładnie danych wzmacniaczy operacyjnych, o których pisał.

    uA741: nie działa prawidłowo przy napięciach wejściowych w okolicy +zasilania - producent deklaruje zakres +-13V jako typowy przy zasilaniu +-15V.
    LM301: nadaje się do sygnałów w okolicy +zasilania, ale typowe napięcie niezrównoważenia to 2mV, a może być do 7.5mV, co się przekłada na błąd pomiaru prądu ponad 3A i około 12A (można użyć LM101/LM201 o maksymalnym napięciu niezrównoważenia 2mV). LM107 (i LM207, LM307) - to (przynajmniej w tym zastosowaniu) samo, co LM101, LM201, LM301.
    TL071: nadaje się do sygnałów w okolicy +zasilania (i to rzeczywiście jest w nagłówku noty katalogowej), występuje w wersjach o różnym napięciu niezrównoważenia, nawet do 10mV (czyli błąd ponad 15A).
    Wszystkie te układy mają ograniczony zakres napięć wyjściowych (gwarantowany +-12V przy zasilaniu +-15V) i z tego względu nie nadają się do bezpośredniego sterowania tranzystora PNP - 3V aż nadto wystarczą, by go włączyć - kspro słusznie pisze o potrzebie użycia zenerki.

    INA138 - wygląda na to, że total output error jest około 10% przy napięciu wejściowym około 7mV, co oznacza, że przy zakresie do 60mV błąd odpowiada 1.2% całego zakresu. Niestety producent nie podaje, czy to jest błąd typowy, czy maksymalny.

    Niestety, jak pisałem wcześniej, niełatwo wybrać coś, co da mały błąd - jednym z nielicznych, o jakich wiem, jest ICL7650, który wymaga zrobienia dodatkowych napięć zasilania. Za to pozwala uzyskać dokładność 2mA typową, a 10mA (0.01% skali) gwarantowaną. ;)
  • Moderator of Designing
    Sprawdziłem, owszem.
    TL07x i LM301 nie nadają się do pracy z Uwe=Uzas, gdyż ich Uwe=Uzas to wartość typowa, nie gwarantowana.
    To, że coś tam pisze ("stoi jak byk") na samym początku datasheet? - toż to są informacje marketingowe bez znaczenia technicznego. Sedno sprawy (informacje techniczne) są dalej:
    pomiar napięcia z bocznika względem masy pomiar napięcia z bocznika względem masy
    Inaczej - większość egz. TL07x i LM301 będzie pracować z Uwe=Uzas - ale nie wszystkie, co oznacza, że ich dobór do tego układu był błędny.
    Co do 741 - sprawa ewidentna - żaden egz. nie będzie pracował.
    Co do układu - nie wiem po co tu pnp, który wniesie dodatkowy błąd wynikający z Ie≠Ic (a przy małym Ic ta różnica zwiększa się bo beta maleje), skoro na schemacie jest MOSFET-p. Tym bardziej że dla pnp trzeba dodatkowo diodę Zenera i oporniki.

    INA138 to tylko przykład - pisałem o "itp. high side current monitor", m.in. w podanym linku https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=13098775#13098775.

    Dodano po 19 [minuty]:

    manek33 wrote:
    Proszę o chemat z INA138, jaki zastosować opornik żebym miał na wyjściu 0- 10V przy wejściu 0- 60mV

    Podawano już, że schemat jest w datasheet http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/BurrBrown/mXuqwvu.pdf - na pierwszej stronie, oraz że dla Uwy=10V opornik RL ma mieć wartość: RL=(Uwy x 5k)/Uwe=(10V x 5k)/0,06V= 833k - najbliższa wartość handlowa to 825k/1% albo 835k/0,5%.
  • Level 14  
    i oczywiście wtórnik na wzmacniaczu operacyjnym o niezbyt dużym (do 10nA) prądzie polaryzacji wejścia, działającym dla napięć od -zasilania. Nie wiem tylko, czy INA138 przy zasilaniu 12V (pewnie "z groszami") da do 10V na wyjściu.

    O co chodzi z tym wtórnikiem, bo nie bardzo rozumiem??
  • Level 14  
    Może spróbować jednak z Hallotronem? istnieją układy do pomiarów prądów do 100A produkowane przez Allegro Microsystems np. http://www.tme.eu/pl/Document/1856ebd88d1e537486e51652ff909492/ACS756.PDF

    Może warto również zainteresować się tematem analogowej izolacji galwanicznej -np. układ IL300 lub układy f-my Burr-Brown. Ogólnie temat jest zbliżony do zagadnienia pomiaru prądu silników DC i konieczności stosowania izolacji galwanicznej.
  • Level 39  
    Czujnik prądu z sygnałem wyjściowym napięciowym 0-10V albo prądowym 4-20 mA na potrzebny dla alternatora zakres prądów mierzonych (200A) i temperatur pracy kosztuje ok. 100-150 zł.
  • Level 14  
    Witam ponownie, po przemyśleniu sprawy uznałem że napięcie wyjściowe z INA138 będzie w zakresie 0-2,5V, przy wejściowym 0-60mV z bocznika.
    Obliczyłem ze wartość rezystora RL będzie wynosić: 208,333k. Czy dobrze to obliczyłem?? Czy w tym przypadku mogę zastosować rezystor 180k + potencjometr 47k?? Jakiej mocy musi być rezystor??
    Czy potrzebne jest coś jeszcze?? napięcie będzie podawane na Atmega 8 w komputerku samochodowym.
  • Moderator of Designing
    208K - OK.
    Potencjometr? - nie. To ma być opornik(i) stabilny, najlepiej o tolerancji ≦1% - np. 205k/1%.
    Rezystancja wyjściowa takiego układu to 203k - wejście pomiarowe uC musi mieć bardzo dużą rezystancję wejściową aby nie powodować błędów (najlepiej przez wtórnik o którym pisał kol. _jta_). Znając Rwe pomiarowego można go uwzględnić w liczeniu opornika RL.