Измерение сигнала с датчика 4-20 мА с помощью МК. Правильная огранизация входа

[Analog]

Здравствуйте.

Ситуация следующая. Есть необходимость измерять уровень сигнала с токового датчика 4-20 мА с помощью микроконтроллера (4 канала). МК типа АтМега 64, 2561 (тут не принципиально), важно что полная шкала АЦП составляет 5 Вольт. Поэтому токовый сигнал преобразовываю в напряжение на резисторе 100 Ом (стандарт для пром. контроллеров).
Вопрос такой: как правильно огранизовать вход устройства на ОУ? Тут просится ОУ с усилением 2-2,5 раза, плюс защита по входу. Как аналогичные решения выглядят в промышленности в открытом доступе не показано. Нужно дешево и относительно точно, без влияния каналов друг на друга оцифровать сигнал.

Верно ли понимаю, что нужен ОУ с малым током смещения и большим допустимым уровнем синфазного напряжения, как его включить?

[uriy]

Пока важно железную часть сообразить грамотно

Как по мне то ОУ там нафиг не нужен. АЦП МК можно запитать от внутренних стабилизированных 2,5В и тем самым получить полное согласование напряжений на измеряемом сопротивлении 100 Ом и полной шкалы АЦП. Далее, защиту от внешних помех уже тут предложили, добавлю что можно поставить последовательно входу АЦП 10 Ом резистор или 100 Ом, а после него уже диоды на шины питания. В самом же МК делать ФНЧ программно куда рациональней чем на ОУ, так же, если окажется что каким то боком будет пролазить помеха на вход АЦП то можно тупо после резистора 10 Ом поставить конденсатор на 1-10мкФ. Но вообще, сам по себе токовая шина изначально сделана для борьбы с помехами по эфиру, т.е. вероятность левой ощутимой помехи на входе АЦП стремится к нулю. И ещё добавлю - сам АЦП в атмегах очень сильно шумит если на референсном выводе стабилизатора питания АЦП ёмкость не велика, обычно при 1000мкФ шум АЦП становится приемлемым. После реализации затеи в железе, можно подстроить показания АЦП сделав программную коррекцию показаний эталонного прибора и АЦП. Короче ОУ там нужен как козе баян.

[frezer]

Входные диоды держат обычно не более 10-50мА, думаю, надёжнее будет защиту сделать снаружи.

Всё зависит от того на какое прямое напряжение стоят внутренние диоды. Мы так нарвались у внешних диодов падение напряжение было но 0,2 В больше чем у внутренних, а резистор поставили на ток внешних, ну отсюда все вытекающие события. Поэтому ограничивающий резистор на ток внутренних диодов и не надо лишних деталей.

[shura1959]

Analog, Хорошо, картина более-менее ясная. Я бы предложил такой вариант:
на картинке входной цепи разрешён номинал резистора 100к, посему
отсоединяем около датчика токовую петлю от земли.

Токовый датчик с усилителем соединить двухпроводным экранированным кабелем.

Корпус датчика соединяем с экраном.
Землю организуем около входа МК.
Входная цепь будет такая (защита от 220В)): 100 ом нагрузка токовой петли, фильтр НЧ 10Гц( 50к 300нФ), здесь же диоды на землю-питание, далее через 50К на вход АЦП.

Ежели вариант годится)), а без схемы не очень наглядно, вечером из дом нарисую.

[frezer]

Не совсем понял тут. Я на данный момент решил выделить напряжение на токовом шунте (100 Ом), усилить примерно в два раза на ОУ, последовательно резистор со входом МК (~1000 Ом).
Вы про это разговор ведете?

Тоже задумался, чем ограничить ток. Наверное на уровне 30 мА норм будет. Пока кажется удобным решение на драйвере светодиода. Места на ПП мало занимает. Можно LM317, но громоздко

Вот приблизительно так:

---------- Сообщение добавлено 13:27 ---------- Предыдущее сообщение было 13:21 ----------

Как по мне то ОУ там нафиг не нужен. АЦП МК можно запитать от внутренних стабилизированных 2,5В и тем самым получить полное согласование напряжений на измеряемом сопротивлении 100 Ом и полной шкалы АЦП. Далее, защиту от внешних помех уже тут предложили, добавлю что можно поставить последовательно входу АЦП 10 Ом резистор или 100 Ом, а после него уже диоды на шины питания. В самом же МК делать ФНЧ программно куда рациональней чем на ОУ, так же, если окажется что каким то боком будет пролазить помеха на вход АЦП то можно тупо после резистора 10 Ом поставить конденсатор на 1-10мкФ. Но вообще, сам по себе токовая шина изначально сделана для борьбы с помехами по эфиру, т.е. вероятность левой ощутимой помехи на входе АЦП стремится к нулю. И ещё добавлю - сам АЦП в атмегах очень сильно шумит если на референсном выводе стабилизатора питания АЦП ёмкость не велика, обычно при 1000мкФ шум АЦП становится приемлемым. После реализации затеи в железе, можно подстроить показания АЦП сделав программную коррекцию показаний эталонного прибора и АЦП. Короче ОУ там нужен как козе баян.

Согласен! Только добавлю, что если сдавать на Э.М.С. придётся синфазный фильтр добавлять, без него не прокатит.

[shura1959]

Мы так нарвались у внешних диодов падение напряжение было но 0,2 В больше чем у внутренних, а резистор поставили на ток внешних, ну отсюда все вытекающие события. Поэтому ограничивающий резистор на ток внутренних диодов и не надо лишних деталей.

Я постом выше предлагаю, получается, двойную защиту, и внешними диодами, и внутренними.

[Analog]

Стало примерно понятно, спасибо откликнувшимся!

[Гоша]

https://pdf1.alldatasheet.com/datash.../ATMEGA32.html
Внутренние защитные диоды есть, см. стр. 47.
Входное сопротивление ADC известно, 100 МОм, см. стр. 191.

[Analog]

Гоша, насколько я понимаю, это значения для цифровых входов. У нас вход ADC

[uriy]

насколько я понимаю, это значения для цифровых входов. У нас вход ADC

10кОм последовательно входу АЦП считается приемлемым и выше подымать не рекомендуется, опять же, если ставить 10кОм то обязательно нужно ставить ёмкость параллельно входу АЦП, ёмкость "уменьшит" сопротивление 10кОм в момент считывания входа АЦП, я обычно применяю 1кОм с 1мкФ, этого достаточно для моих целей, что бы не ловить левые помехи и иметь стабильные показания АЦП. Но в вашем случае можно применить и 10Ом и 100Ом и 1кОм и 10кОм, тут уж можете в железе проверить что вам более подойдёт.
И ещё, в место защитных диодов можно просто поставить стабилитрон на 5В параллельно входу АЦП....

[Гоша]

2 и 3 кОм ОУ потянет?

Дались вам эти 2 и 3 кОм.
Тип ОУ уже известен?
AD8544 имеет максимальный выходной ток 30 мА. Что ему эти 3 кОм?

[Analog]

Гоша, так эти кОм изначально были озвучены, вот и запомнил

Сейчас два варианта нарисовалось
1. с ОУ AD8544
2. Без ОУ, только ФНЧ

Хочу проверить оба в работе

Для 1 го схема приложена к посту 11

[Гоша]

это значения для цифровых входов.

Это для всех входов.
Без защитных диодов КМОП вход живет ровно до того момента, как микросхему достанут из упаковки.
И я согласен с предыдущими ораторами, что усилитель здесь вовсе не нужен.
При использовании встроенного источника опорного напряжения 2В вся шкала АЦП будет тоже 2В.

[Analog]

И я согласен с предыдущими ораторами, что усилитель здесь вовсе не нужен.

Умеете вы уговаривать

[Гоша]

так эти кОм изначально были озвучены

Там было написано "например 2 и 3 кОм".
Ключевое слово - например.
Хочется гонять дополнительный ток в цепи ОС - пожалуйста, иногда это полезно.
А в этом случае - необязательно.
Поэтому я поставил 10 и 15 кОм.
А мог поставить 20 и 30 кОм.

[Analog]

Гоша, я вас понял, спасибо!

[shura1959]

Так, к слову, у нас на работе к пульту подключены тензодатчики (не токовая петля), кабели до 50м, сигналы - микровольты Точность ВСЕЙ конструкции (механика+ электрика+кип+софт) +-2%. Измериловка - 8 канальный контроллер тайваньской ICP DAS, 10 выборок в сек, Rвх=10 МОм. В софте реализованы отбрасывание недостоверных значений и усреднение.
На токовой петле точность ещё лучше можно сделать, я думаю.

[Гоша]

shura1959,

Offтопик:
Работать с токовой петлей - одно удовольствие.
Это тебе не микровольты, а диапазон 0,4...2В.
И помех набрать на токовую петлю - нужно очень постараться.
Давным-давно доставали значение температуры из скважины 1000 м в процессе бурения.
Самое сложное было обеспечить работоспособность преобразователя U/I при температуре окружающей среды до 120С.
Вот он, в основном, и ограничивал метрологические характеристики всей системы.

[shura1959]

Offтопик:

Работать с токовой петлей - одно удовольствие.

Совершенно согласен!))) Не знаю, как сейчас, но когда делали РБУ, преобразовывать сигналы тензодатчиков в токовую петлю было "не модно"))), типа, - потеря точности, ну, и тензодатчик это мост, балансный сигнал.
Насколько я знаю, сейчас также..., хотя 2% точности, думаю, токовая петля не испортит))).

[Гоша]

преобразовывать сигналы тензодатчиков в токовую петлю было "не модно"))), типа, - потеря точности, ну, и тензодатчик это мост, балансный сигнал.

Offтопик:
Так в том и цимес токовой петли - у тебя есть 4 мА запитать адаптер датчика - хоть тензо, хоть какого.
Приходится ужиматься, но при соответствующих комплектующих - вполне можно расположить адаптер непосредственно у датчика и питать его от самой петли. Что положительно сказывается на метрологии.
Платинородиевые термопары, которые мы совали в скважину - это 5 мкВ/К, так мы прямо у термопары ставили МДМ усилитель с Кус 1000 и преобразователь U/I.

[Alto]

Цитата Сообщение от Гоша Посмотреть сообщение
И я согласен с предыдущими ораторами, что усилитель здесь вовсе не нужен.
Умеете вы уговаривать

Только защита обязательно. На внутренние диоды МК рассчитывать не стоит. По двум причинам, потребление микроконтроллера мизерное
и поданные 20 вольт с током 20 ма свободно поднимут питание на шине мк до критических значений, вторая причина весомее, можно дать 100% гарантию, что датчик будет рано или поздно случайно замкнут и сами понимаете, что будет если защищать устройство только внутренними диодами мк. Насчет без ОУ, на резисторах, у нас тоже именно так делали и все работало. Есть и готовые приемники токовой петли на али.
https://aliexpress.ru/wholesale?catI...20%D0%BC%D0%B0
На ОУ тоже попадалось пара схем
https://answer-id.com/ru/72174063
http://ns2.arduino.ru/forum/apparatn...id-zond-4-20ma