Muszę zrobić automatyczny układzik, który będzie mi mierzył prąd jaki płynie przez obciążenie. Prądy te są różne tak jak w temacie od 1nA do 10mA. Wiem, że sprawa nie jest łatwa, dlatego proszę o pomoc. To co obecnie wykombinowałem jest przedstawione na rysunku.
Pomysł był taki, żeby za pomocą wzmacniacza pomiarowego mierzyć napięcie jakie będzie się odkładało na rezystorku Rpom połączonym szeregowo z obciążeniem. Zakres jest spory więc doszedłem do wniosku, że bez jego zmiany będzie to strasznie niedokładne. Postanowiłem dać kilka rezystorów, które będą mi przeskalowywały prąd co 1000. By móc się przełączać pomiędzy nimi jako switche chciałem użyć ADG712. Nic lepszego na razie wymyśliłem. Wszystko ma być sterowane z procka, który będzie wybierał dany przełącznik oraz konwertował odpowiednio napięcie i przesyłał je do kompa. Myślałem, żeby zamiast ADC mikrokontrolera użyć jakiś zewnętrzny przetwornik.
Co o tym sądzicie. Jestem otwarty na uwagi i sugestie, co zrobić by to jak najlepiej działało, albo co zmienić. Z góry dzięki za pomoc.
Kiedyś za czasów PRL był taki miernik o nazwie V623. Przeznaczony był do pomiaru tak małych prądów. Działał rzeczywiście dobrze. Zmiana zakresu odbywała się przełącznikami. Spróbuj znaleźć do niego dokumentację. Zobaczysz jak w praktyce zrealizowano tor pomiarowy i sposób zasilania całości.
Jeśli tym obciążeniem jest jakieś urządzenie elektroniczne pobierające różne prądy to problem się znacznie komplikuje.
Schemat do jakiego podałeś link dotyczy V640 czyli klasycznego multimetru. Miernik V623 to zupełnie inna konstrukcja. W nim napięcie wejściowe zamieniane było na zmienne i w takiej postaci było wzmacniane.
https://obrazki.elektroda.pl/5839700700_1415215589.jpg
Dzięki za zainteresowanie. Dzisiaj przejrzę schemat V623, martwi mnie jednak to, że nie znalazłem rozwiązania, które dało by się całkowicie zautomatyzować.
Dodatkowo po analizie tego co zaproponowałem dochodzę do wniosku, że przeoczyłem jeden ważny element. Tak połączone rezystory powodują, że nici z przełączania przy pomocy switcha, bo rezystory są teraz podłączone równolegle przy wzmacniaczu...
Rozważałem wersję szeregową by za pomocą switcha podawać odpowiednie napięcie, które będzie mi rozwierało dany rezystor (na obu nóżkach takie same napięcie). Jednak ma to swoje wady np. rezystancja switcha wpływa na zakres przy "dużych" prądach albo, że układ może nie zdążyć się dostroić przy skokowym impulsie.
układ może nie zdążyć się dostroić przy skokowym impulsie.
Miałem podobny problem pomiarowy. Udało mi się go rozwiązać tylko pośrednio. Mierzę średni prąd pobierany przez urządzenie. W moim przypadku chwilowy prąd zmienia się "tylko" około 1000 razy. Ty chcesz osiągnąć 10 000 razy większą dynamikę. Obawiam się, że to będzie bardzo trudne.
Przy prądach rzędu 1nA znaczenie ma już wilgotność i skład powietrza oraz właściwości zastosowanych materiałów izolacyjnych.
Przełączaj rezystory przekaźnikami dobrej jakości. Warto skalibrować zakresy używając precyzyjnego źródła napięciowego i dobrego miernika, by uodpornić się na rezystancję styków. Czemu nie użyjesz projektu uCurrent jako wyjściowego i zamienisz przełącznik na dwa przekaźniki?
Doczytałem, że chcesz mierzyć z dużą prędkością. Zamiast bawić się w szybkie przełączanie zakresów lepiej pobawić się w dokładny i w miarę szybki ADC, wtedy możesz mieć tylko dwa rezystory pomiarowe dla dużych i małych prądów oraz jeden lub dwa stopnie wzmacniające.
Czemu nie użyjesz projektu uCurrent jako wyjściowego i zamienisz przełącznik na dwa przekaźniki?
Problemem nie jest sam pomiar ale uzyskanie dużej dynamiki.
Nieco upraszczając zagadnienie ..
Jeśli rezystor szeregowy będzie miał dużą wartość to pozwoli on mierzyć mały prąd. Gdy uP zacznie nagle pobierać te 10mA to spadek napięcia na rezystorze będzie tak duży, że układ się zresetuje.
Zapewne autor pytania chce dynamicznie przełączać rezystory cały czas śledząc pobór prądu.
Jeśli jest dopuszczalny spadek napięcia ze 3V na układzie pomiarowym (oczywiście stabilizacja napięcia musiałaby "trzymać" napięcie za tym układem), to np. kilka oporników połączonych szeregowo i równolegle do wszystkich diody - przy dużym prądzie diody mają przewodzić, przy małym opornik służy do jego pomiaru, a uC ma wybrać, na którym oporniku warto mierzyć. Być może da się wykombinować lepiej z tranzystorami - żeby odpowiednio duży prąd miał krótszą drogę, niż przez wszystkie diody (np. oporniki 10M, 100k, 1k, 10R - "przesterowanie" opornika 100k ma włączać tranzystor podłączony tak, że prąd omija opornik 10M i jego diodę; przy "przesterowaniu" 1k prąd ma omijać 10M, 100k...) - to by zmniejszyło spadek napięcia na całości.
Czemu nie użyjesz projektu uCurrent jako wyjściowego i zamienisz przełącznik na dwa przekaźniki?
Problemem nie jest sam pomiar ale uzyskanie dużej dynamiki.
Nieco upraszczając zagadnienie ..
Jeśli rezystor szeregowy będzie miał dużą wartość to pozwoli on mierzyć mały prąd. Gdy uP zacznie nagle pobierać te 10mA to spadek napięcia na rezystorze będzie tak duży, że układ się zresetuje.
Zapewne autor pytania chce dynamicznie przełączać rezystory cały czas śledząc pobór prądu.
Kolega ma rację. Problemem jest pomiar prądu na urządzeniu które pracuję pod napięciem 1.8V. Musze na bieżąco monitorować co się z nim dzieje i fakt problemem tu jest duża dynamika. Błąd na danym zakresie może być -+5%
Kiedyś robiłem podobny układ.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1503784.html Tylko prądy były trochę większe.
Nie narysowałem tam finalnego schematu, więc mały opis.
Te wzmacniacze z pierwszego schematu połączyłem w szereg, a pierwszy zbierał sygnał z jednego wspólnego bocznika 0,5Ω.
Były też klucze (4066) przełączające wejście wzmacniacza z bocznika do potencjału masy.
Każdy pomiar polegał na zwarciu wejścia do masy i odczycie napięć z 3 wyjść wzmacniaczy. A to w celu zmierzenia napięć offsetu. A potem przełączenia wejścia na bocznik i znowu zrobieniu 3 pomiarów.
Szybkość odczytów wynosiła około 100Hz.
Jakiś rok temu zrobiłem kolejny podobny układ do pomiaru prądów rzędu 1uA. A to w celu pomiaru poboru prądu urządzenia energooszczędnego zasilanego z małego ogniwa słonecznego. Rozdzielczość uzyskałem jakieś 10nA. Szybkość pomiarów zdaje się 1kHz.
W Twoim przypadku ze względu na bardzo dużą dynamikę nie wystarczy przełączać wzmacniaczy (gdybyś to chciał zrobić tak jak ja). Trzeba by też przełączać boczniki. Czyli tak jak to narysowałeś na rysunku w pierwszym poście. Ale aż tylu boczników nie potrzeba.
Wystarczą powiedzmy dwa, i do każdego dwa wzmacniacze.
Czyli przełączane były by i boczniki i wzmacniacze.
_jta_ Można prościej, jako bocznika uzyć diody, nie bedzie potrzeba przełaczać zakresów, bo dioda daje logarytmiczną zależność napiecia od prądu, tylko że trzeba skompensować wpływ temperatury.
Prądy stałe o dużej dynamice i niedużej wartości wygodnie mierzyc kondensatorem - bocznik całkujący też przełączać nie trzeba.
Można użyć modułu CTMU w mikroklocku PIC. Każdy rezystor pomiarowy jest połączony równolegle ze znaną pojemnością Cx, układ mierzy, po jakim czasie na tej pojemności odłoży się ustalone napięcie, po czym pojemność jest rozładowywana. Mając znaną wartość R i znaną wartość Cx mamy znaną stałą czasową układu RC. Ponieważ układ CTMU działa asynchronicznie w stosunku do zegara mikrokontrolera, to przy odpowiednim doborze komponentów można uzyskać dynamikę w dość szerokim zakresie. Do kalibracji starczy znana wartość R i wewnętrzne, programowalne źródło prądowe, wszelkie pojemności pasożytnicze zostaną doliczone do Cx. Jedyną wadą takiego pomiaru jest to, że czasy między kolejnymi pomiarami zależą od prądu płynącego przez bocznik. A i można mieć kilka przełączanych boczników.
Wybaczcie, że tak długo się nie odzywałem. Chciałem pokazać wam co wykombinowałem, ale dzięki "aferze spamowej z fakturami" zdechł mi komp.
Urgon napisał:
AVE...
Można użyć modułu CTMU w mikroklocku PIC. Każdy rezystor pomiarowy jest połączony równolegle ze znaną pojemnością Cx, układ mierzy, po jakim czasie na tej pojemności odłoży się ustalone napięcie, po czym pojemność jest rozładowywana. Mając znaną wartość R i znaną wartość Cx mamy znaną stałą czasową układu RC. Ponieważ układ CTMU działa asynchronicznie w stosunku do zegara mikrokontrolera, to przy odpowiednim doborze komponentów można uzyskać dynamikę w dość szerokim zakresie. Do kalibracji starczy znana wartość R i wewnętrzne, programowalne źródło prądowe, wszelkie pojemności pasożytnicze zostaną doliczone do Cx. Jedyną wadą takiego pomiaru jest to, że czasy między kolejnymi pomiarami zależą od prądu płynącego przez bocznik. A i można mieć kilka przełączanych boczników.
jarek_lnx napisał:
_jta_ Można prościej, jako bocznika uzyć diody, nie bedzie potrzeba przełaczać zakresów, bo dioda daje logarytmiczną zależność napiecia od prądu, tylko że trzeba skompensować wpływ temperatury.
Prądy stałe o dużej dynamice i niedużej wartości wygodnie mierzyc kondensatorem - bocznik całkujący też przełączać nie trzeba.
Dzięki za sugestie sprawdzę to.
atom1477 napisał:
Kiedyś robiłem podobny układ.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1503784.html Tylko prądy były trochę większe.
Nie narysowałem tam finalnego schematu, więc mały opis.
Te wzmacniacze z pierwszego schematu połączyłem w szereg, a pierwszy zbierał sygnał z jednego wspólnego bocznika 0,5Ω.
Były też klucze (4066) przełączające wejście wzmacniacza z bocznika do potencjału masy.
Każdy pomiar polegał na zwarciu wejścia do masy i odczycie napięć z 3 wyjść wzmacniaczy. A to w celu zmierzenia napięć offsetu. A potem przełączenia wejścia na bocznik i znowu zrobieniu 3 pomiarów.
Szybkość odczytów wynosiła około 100Hz.
Jakiś rok temu zrobiłem kolejny podobny układ do pomiaru prądów rzędu 1uA. A to w celu pomiaru poboru prądu urządzenia energooszczędnego zasilanego z małego ogniwa słonecznego. Rozdzielczość uzyskałem jakieś 10nA. Szybkość pomiarów zdaje się 1kHz.
W Twoim przypadku ze względu na bardzo dużą dynamikę nie wystarczy przełączać wzmacniaczy (gdybyś to chciał zrobić tak jak ja). Trzeba by też przełączać boczniki. Czyli tak jak to narysowałeś na rysunku w pierwszym poście. Ale aż tylu boczników nie potrzeba.
Wystarczą powiedzmy dwa, i do każdego dwa wzmacniacze.
Czyli przełączane były by i boczniki i wzmacniacze.
Tu masz rację to co chciałem obecnie zrobić bardzo przypomina twój układ. Jednak pojawił się problem, który zbagatelizowałem. Ktoś wyżej wspomniał, że trzeba brać pod uwagę charakterystyk rezystorów. Zgodzę się i dzięki tej uwadze wybrałem rezystory o tolerancji przynajmniej 0.05% i patrzyłem by ich charakterystyki temperaturowe nie płynęły za bardzo.
To jak chciałem zrealizować swój układ jest mniej więcej pokazane w dokumencie od Linear Technologies z figury 68 na stronie 40. Ogólnie to polecam ten artykuł, bo czasem są ciekawe rozwiązania, a dla leniwych załączam obrazek
Na razie robiłem tylko symulacje, a układ wyglądał tak:
- 4 stopnie odczytujące napięcie, z rezystorami 0.33, 33 , 3k3 ,330k
- układ wzmacniający AD8221 ustawiony na 80V/V, co na wyjściu dawało mi 3V
- po za 0.33 każdy stopień miał mossa, który otwierał się na 3V,
- zamiast bramki schmita była dodana logika cyfrowa dla każdego stopnia tak by się to mogło przełączać bez użycia procka
Symulacja przyniosła całkiem znośne wyniki, jak się dało mossa o bardzo małej rezystancji Ron. Jak pamiętam około 0.01R i mniejsze. Logika została dodana, bo gdy napięcie na jednej gałęzi osiągało 3V, załączał się moss. Jednak wtedy napięcie jakie było wzmacniane pochodziło od moss. Czyli na wyjściu z wzmacniacza operacyjnego pojawiało się coś koło 0, a wtedy moss się ponownie zamykał. Dlatego sterowałem za pomocą tej logiki każdego mossa ze stanów bazujących na wynikach z poprzednich stopni.
Problem tego jest jednak taki, że takie coś będzie sporo kosztowało. Dodatkowo zastanawia czy da się to załatwić jakoś bez tych bramek oraz czy szumy sieciowe nie będą się jakoś indukować na ścieżkach i odkładać większe napięcie na oporniku 330K.
Co sądzicie?
Znalazłem jeszcze inną koncepcję pomiaru w tak szerokim zakresie, też dzięki załączonej nocie.Wydaję mi się, mamy tu źródło prądowe, w którym prąd jest odbijany logarytmicznie przez wzmacniacz. Jednak nie do końca jestem pewny czy rozumiem jak on działa.
Ja też nie rozumiem - czy w tym układzie mają być oscylacje, i po to jest kondensator 33uF dający dodatnie sprzężenie zwrotne dla wzmacniacza B? Ale i dla DC jest dodatnie sprzężenie zwrotne poprzez Q2. A może ktoś pomylił + i - przy oznaczeniach wejść? Wtedy B (i C) działałyby jako stabilizator prądu płynącego przez opornik 133k - ale nadal nie widzę, jak to miałoby działać.
Pomiar prądów rzędu nA wymaga wyeliminowania niezrównoważenia wzmacniaczy i "pływania" tego niezrównoważenia związanego ze zmianą temperatury.
Aby to działało dla tak małych prądów musi być zamiana na prąd zmienny i po wzmocnieniu dopiero można to wyprostować i zmierzyć.
Nie musi być. Wystarczy zerowanie tak jak to było u mnie (zerowanie przed każdym pomiarem czyli co 10ms). Działało to na tyle dobrze że niektóre wzmacniacze dało się oprzeć na LM324 bez wpływania na wynik (porównywałem z OP07).
No chyba że to właśnie nazwać wzmacnianiem sygnału zmiennego.
Wcześniej nie dałem schematu więc daję teraz:
Najpierw wyłączałem klucz U3C a załączałem klucz U3D. I robiłem pomiar napięć offsetu.
A potem załączałem U3D a wyłączałem U3C. I robiłem właściwe pomiary.
Pierwszy wzmacniacz (U4C) wzmacnia największe napięcia (jest od zakresu 600mA), więc może być typu LM324.
Drugi (U6) już mniejsze (zakres 60mA), i pasowało żeby był typu OP07.
Trzeci (U4D) jest od najmniejszych napięć (6mA). W praktyce jednak pracuje razem z U6 i wzmacnia napięcia wzmocnione wstępnie w tym właśnie U6. Więc na swoje wejście dostaje już dość duże napięcia i ostatecznie też można było tutaj zastosować LM324.
I taki układ mimo zastosowania tak żałosnych wzmacniaczy jak LM324 dał rewelacyjne wyniki.
Dzisiaj nie ma sensu już tak kombinować. Mówię to jednak po to żeby pokazać że jak na LM324 się dało to i na nowszych lepszych wzmacniaczach też się da.
PS. 2.3V to była taka sztuczna masa z układzie (bo układ mierzył prądy dwukierunkowo). A noise to sygnał szumowy bo pomiary ADC robiłem z nadpróbkowywaniem.
A jak było z poziomem szumów?
Dało się to mierzyć? Przecież wiadomo że szum jest odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka częstotliwości. więc mierzenie dla w zasadzie napięcia stałego daje żadną pewność pomiaru.
Szumy około 1LSB na najniższym zakresie pomiarowym.
Natomiast to co napisałeś to trochę bez sensu.
Bo jeżeli użyjesz wysokiej częstotliwości to po prostu nie zauważysz szumu niskoczęstotliwościowego. Ale on tam będzie. Po prostu będzie na tyle niskoczęstotliwościowy że zostanie uznany jako napięcie stałe. A więc napięcie użyteczne. Przesunie więc wynik pomiaru i spowoduje błąd.
Lepiej więc wzmacniać napięcie niskoczęstotliwościowe i zauważyć ten szum (niskoczestotliwościowy). I go wyfiltrować.
Do takich pomiarów można też użyć wzmacniaczy auto-zero, jak właśnie w projekcie uCurrent. Pozwoli to na dość dokładny pomiar bez nadmiernego komplikowania układu.
Wzmacniaczy Auto-Zero chciałem użyć ale miałem mega problem z ich dostępnością i ceną.
ADC nadpróbkowywałem z 10 do 14 bitów. Z czego wykorzystywałem zdaje się tylko 12. To bardziej dla sztuki i zabawy było.
To żadna rozdzielczość. Ale 256 pomiarów do oversampla...
Ja używam 24 bitowych ADS1234 i mimo niskoszumnych opampów i przetwarzania do zmiennego muszę stosować filtr o długości 100 punktów żeby wynik był stabilny. a sam producent ADC gwarantuje przy 24 bitach tylko 22,5 a 1,5 to śmieci.
No nie za duża.
Ale chodziło mi jedynie o pomiar w szerokim zakresie.
Z małym błędem jedynie w stosunku to wartości mierzonej.
Czyli jeżeli wartość mierzona była duża to godziłem się na to że i kwant wartości będzie wtedy duży (tzn. na zakresie 6A nie potrzebowałem kwantu 60nA, 60uA potrzebowałem dopiero na zakresie 6mA).
Teraz nie. Kilka lat temu widocznie był. Albo cena mi się nie podobała Jak już pisałem, projekt pokazałem tylko po to żeby pokazać że się da.
Ale rozwiązań tam zastosowanych sam bym już nie użył.
Np. OP07 i zasilania symetrycznego. Dzisiaj bym wsadził pierwszy lepszy z wyjściami Rail-to-Rail. A pewnie nawet wyszło by taniej jak OP07.
A wracając do tego tematu to przy tak małych prądach bocznik będzie miał dużą wartość. Rzędu kiloomów. Pasuje więc wybrać wzmacniacz operacyjny o małych prądach polaryzujących. Ale dzisiaj to też już nie problem (są z prądami mniejszymi jak 1pA do kupienia za kilka zł).
✨ Użytkownik poszukuje pomocy w stworzeniu automatycznego układu do pomiaru prądów w zakresie od 1nA do 10mA, wykorzystując wzmacniacz pomiarowy i przełączniki ADG712. W dyskusji poruszono różne metody pomiaru, w tym zastosowanie rezystorów o różnych wartościach oraz wzmacniaczy operacyjnych, takich jak AD8293 i AD8221. Uczestnicy sugerują użycie przekaźników do przełączania rezystorów, a także rozważają zastosowanie wzmacniaczy auto-zero dla poprawy dokładności pomiarów. Wskazano na problemy związane z dużą dynamiką pomiarów oraz wpływem temperatury na wyniki. Użytkownik podkreśla, że istotne jest zminimalizowanie błędów pomiarowych oraz dostosowanie układu do pracy przy niskim napięciu zasilania. Wygenerowane przez model językowy.
i jutro się lepiej temu przyjrzę. Jednak tak na szybko wydaje się, że idea jest podobna. Dla leniwych 
też przełączać nie trzeba.
