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?

[sherif]

ОУ не нужен сигнал с токового резистора подаётся прямо на вход АЦП контроллера. Питание контроллера всего 3.3 вольта. Аесли полная шкала АЦП 5 вольт, то резистор 200 Ом ставится и всё.

[Analog]

Спасибо. Получается вход МК ничем не буферизируется, это не может быть проблемой?

[Гоша]

А в чем может быть проблема?
Ну включи последовательно с входом ограничивающий резистор.
А сам вход защити обратносмещенными диодами на плюс и минус.
Если же речь об ОУ, то, во первых, нужен ОУ, работающий от +5В, во вторых - Rail to Rail, в третьих - работающий от однополярного питания.
На ток смещения можно забить.
Гораздо важнее температурный дрейф тока смещения, он будет определять метрологию схемы.
Я рекомендовал бы AD8554, как раз с нулевыми дрейфами и на 4 канала.
Да, и соотношение резисторов в ОС для Кус 2,5 должно быть 1,5. Например 2к и 3к.

[Analog]

Гоша, спасибо, на АДшку эту посмотрел, интересная (кроме цены )

[Гоша]

интересная (кроме цены )

Можно что-нибудь попроще подобрать. AD8544, например.
Все от метрологических требований зависит.
И, кстати, не такой уж он и дорогой. В безбожном ЧиД стоит 440 рублей.
А 8544 100 рублей.

[shura1959]

Analog, Уточнить бы хотелось:
Вход ацп однополярный?
Длина линии.
токовая петля от земли отвязана?
Необходимая точность.
Помехоустойчивость.
Качество земли, нужна ли гальваническа развязка?

Может и получится без доп каскада, но, как писали выше, с хорошей защитой.

[Analog]

shura1959,:

1. Вход ацп однополярный?
-да. Обычный МК.

2. Длина линии.
-до десятков метров

3. токовая петля от земли отвязана?
-на данный момент нет. Отпугивает сложность реализации гальванической развязки аналогового входа. В идеале, конечно, развязку хотелось бы

4. Необходимая точность.
-точность будет определяться возможностью применяемого АЦП МК. Не хочется ее испортить не верным схемотехническим решением, плохой трассировкой. Важно отсутствие влияния одного канала на другой при одновременной работе нескольких датчиков.

5. Помехоустойчивость.
-желательна максимальная.

6.Качество земли, нужна ли гальваническа развязка?
-будет предусмотрено заземление экранов кабелей к датчикам. Заземление устройства с проводником PE планируется.

Может и получится без доп каскада, но, как писали выше, с хорошей зщитой.[/QUOTE]
В реальной работе не хочется повредить МК внезапно прилетевшим импульсом с линии. Поэтому кроме защиты от перенапряжения планирую применить ОУ, заодно нужное усиление, ФНЧ.

Можно что-нибудь попроще подобрать. AD8544, например.
Все от метрологических требований зависит.
И, кстати, не такой уж он и дорогой. В безбожном ЧиД стоит 440 рублей.
А 8544 100 рублей.

Вы рекомендуете неинвертирующее включение ОУ, при номиналах 2-3 кОм цепи ОС удачно ли будет заодно организовать ФНЧ на этом же ОУ?

[shura1959]

1. Вход ацп однополярный?
-да. Обычный МК.

Ещё бы входное сопротивление АЦП узнать, чтобы соорудить защиту.
Да, ещё частота опроса датчика,
и макс скорость изменения показаний датчика желательны для расчёта фильтра.
В софте, я так понимаю, будет анализ недостоверных значений?

[frezer]

Ну включи последовательно с входом ограничивающий резистор.
А сам вход защити обратносмещенными диодами на плюс и минус.

Надо посмотреть нет ли уже диодов в МК на аналоговом входе! Тогда только достаточно резистор рассчитать на максимально допустимый ток входа. Мы ещё ограничитель тока на питание от 24В ставим от К.З. по входу датчика.
На ЭМС сдавать "прибор" не планируете?

[Analog]

Ещё бы входное сопротивление АЦП узнать, чтобы соорудить защиту.
Да, ещё частота опроса датчика,
и макс скорость изменения показаний датчика желательны для расчёта фильтра.
В софте, я так понимаю, будет анализ недостоверных значений?

Частота опроса, для ориентира, 10 Гц. Макс скорость изменения показаний зададим 1 секунду.
В софте, как верно заметили, будет задержка измерений между каналами, усреднение измерений, и т.д. Т.е недостоверные значения как бы усреднятся за 3-5 замеров. Но можно и иначе, наверное, считать.
Пока важно железную часть сообразить грамотно

---------- Сообщение добавлено 11:43 ---------- Предыдущее сообщение было 11:36 ----------

Надо посмотреть нет ли уже диодов в МК на аналоговом входе!

Сейчас гляну для Мега32

Тогда только достаточно резистор рассчитать на максимально допустимый ток входа.

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?

Мы ещё ограничитель тока на питание от 24В ставим от К.З. по входу датчика.

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

На ЭМС сдавать "прибор" не планируете?

Нет )

---------- Сообщение добавлено 11:58 ---------- Предыдущее сообщение было 11:43 ----------

Примерно вот так

[shura1959]

Надо посмотреть нет ли уже диодов в МК на аналоговом входе!

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

[Analog]

Надо посмотреть нет ли уже диодов в МК на аналоговом входе!

нету

[shura1959]

Сообщение от shura1959
Ещё бы входное сопротивление АЦП узнать

Это неизвестно?

[Гоша]

Надо посмотреть нет ли уже диодов в МК на аналоговом входе!

А даже если есть...
Они там дохлые.
Поставить на всякий пожарный внешние - хуже не будет.

Вы рекомендуете неинвертирующее включение ОУ, при номиналах 2-3 кОм цепи ОС удачно ли будет заодно организовать ФНЧ на этом же ОУ?

Почему нет?
Вот Бессель на 10Гц с Кус=2,5.
2 и 3 кОм было к примеру.
Главное - отношение 1,5.

[Analog]

shura1959, входное сопротивление неизвестно. Только ток утечки.
https://static.chipdip.ru/lib/059/DOC000059770.pdf страница 207-208

[shura1959]

Только ток утечки.

Желательно бы значение, мне на даче большие объёмы скачки недоступны))).

[Analog]

Гоша, 2 и 3 кОм ОУ потянет? У вас 10 и 15 кОм написовано, понятно, что важно их отношение, но 2 к может нагрузить ОУ

[UDVA]

Analog,
Классическая схема из книжки “Исскуство схемотехники” Хоровица и Хилла



LM358A можно питать от +5V, максимальное выходное напряжение бедет +3,3V. Стабилитрон 6.2V заменить на 2,5 - 3,3V. Или не ставить R1,R6,R8, если не нужна точная установка нуля.
У микроконтроллера программно включить внутренний ИОН на 2.5V. Диапазон АЦП изменится и станет от 0 до 2.5V. Токовый датчик с усилителем соединить двухпроводным экранированным кабелем.

[Analog]

Желательно бы значение, мне на даче большие объёмы скачки недоступны))).

Вот перевод ДШ:
Схема аналогового входа для недифференциальных каналов представлена на рисунке 105. Независимо от того, какой канал подключен к ADC, аналоговый сигнал, подключенный к выв. ADCn, нагружается емкостью вывода и входным сопротивлением утечки. После подключения канала к ADC входной аналоговый сигнал будет связан с конденсатором выборки-хранения через последовательный резистор, сопротивление которого эквивалентно всей входной цепи.

ADC оптимизирован под аналоговые сигналы с выходным сопротивлением 10 кОм или меньше. Если используется такой источник сигнала, то время выборки незначительно. Если же используется источник с более высоким входным сопротивлением, то время выборки будет определяться временем, которое требуется для зарядки конденсатора выборки-хранения от источника аналогового сигнала. Рекомендуется использовать источники только с малым выходным сопротивлением и медленно изменяющимися сигналами, т.к. в этом случае будет достаточно быстрым заряд конденсатора выборки-хранения.

С каналами с дифференциальным усилением рекомендуется использовать сигналы с внутренним сопротивлением до нескольких сотен кОм.

Следует предусмотреть, чтобы в предварительных каскадах формирования аналогового сигнала ко входу ADC не вносились частоты выше fADC/2, в противном случае результат преобразования может быть некорректным (связано с условием Найквиста/Котельникова). Если вероятность проникновения высоких частот существует, то рекомендуется перед ADC установить фильтр низких частот.

Рисунок 105 выложен выше