Návrh převodníku A/PC

Blog: 

Návrh převodníku A/PC vychází z Vašich požadavků viz článek Měření průběhu napětí v dlouhém čase.

Možnost měření napětí a proudu současně (dva měřící vstupy). Snadné přizpůsobení pro různé měřící rozsahy: měření na akumulátorech (do ±100 V a ±20 A) vs. měření na linkách průmyslových snímačů (0-10 V a 0-20 mA). Propojení s grafickým programem pro záznam a analýzu dat LogView Studio.

Dělič napětí nebo bočník

Protože jsou požadovány různé měřící rozsahy, je převodník koncipován jako základní měřící modul, ke kterému se připojí požadované děliče napětí nebo bočníky pro měření proudu. Všechny části měřícího přístroje se umístí do společné kompaktní krabičky.

Dělič napětí, bočník pro měření proudu, termistor

Měřící modul má navíc vlastní programovatelný zdroj konstantního proudu 50 uA, 100 uA, 250 uA, 500 uA, 1000 uA, 1500 uA s jehož pomocí lze přímo na měřící vstupy modulu připojit termistory a měřit teplotu.

Měřící modul převodník A/PC

Vlastnosti měřící části přístroje jsou dány použitým A/D převodníkem ADS1120 od firmy Texas Instruments.

Obvod ADS1120 má programovatelný vstupní zesilovač 1x, 2x, 4x, 8x, 16x, 32x, 128x, díky kterému lze měřit i malá napětí na vstupech při rozlišení 16 bitů (využije se pro měření napětí na snímacím rezistoru RSENS při měření proudu). Rozsah vstupního napětí: ±2.048 V, ±1.024 V, ±0.512 V, ±0.256 V, ±0.128 V, ±0.064 V, ±0.032 V, ±0.016 V (koresponduje s nastaveným zesílením).

Blokové schéma zapojení APC14-V0

Lze nakonfigurovat dva diferenciální nebo čtyři single-ended měřící vstupy. Digitální filtr 50/60 Hz (20 SPS). Obvod obsahuje referenční zdroj napětí 2,048 V (drift typ. 5 ppm/°C). Interní senzor teploty.

Další vlastnosti přístroje jsou patrné z blokového schématu zapojení. Galvanické oddělení měřící části od napájecího zdroje a PC vyhovuje požadavkům EN 60950-1 (jak použitým typem DC/DC zdroje tak použitými optočleny). Vstupy a výstupy jsou odolné vůči ESD a EMI rušení. Časová základna s přesným krystalem 32.768kHz, ± 20ppm. Digitální I/O k budoucímu využití.

Signalizace provozního stavu přístroje pomocí LED: SYS, ERR, MEAS.

Měření napětí a proudu na akumulátorech

Požadovaný rozsah napětí do ±100 V DC, rozsah proudu do ±20 A DC.

POZN: Vzhledem k uvažovaným rozsahům napětí a proudu musí mít přístroj odpovídající konstrukci z hlediska bezpečnosti, podle norem. Použil bych běžnou elektroinstalační krabici bez vývodek s průhledným krytem (aby byly vidět signalizační LED). Měřící svorky HIRSCHMANN SEB 2610 F4,8 dimenzované na 1000 V AC/DC a 25 A AC/DC nebo podobné. Pravidla podobná jako při výrobě rozváděče kde se kombinuje NN a SELV.

Měření napětí ±100 V DC

Použije se diferenciální měřící vstup s rozsahem ±2.048 V a odporový dělič napětí RA/RB v poměru 1:50. Rozlišení A/D převodníku bude 200 V/16bit ≐ 3 mV. Zobrazené hodnoty napětí pro uživatele budou 0-99.99 V v rozlišení 10 mV.

Měřící rozsah lze snížit (při zachování děliče napětí) změnou zesílení PGA.

Měření proudu ±20 A DC

Měření proudu se provede nepřímo měřením úbytku napětí na snímacím rezistoru RSENS. Vzhledem k velikosti proudu bude použitý rezistor s odporem 0,001 Ω/2 W. Při trvalém proudu 20 A bude na rezistoru úbytek napětí 20 mV a ztrátový výkon 20 mV * 20 A = 0,4 W. K měření úbytku napětí se použije druhý diferenciální měřící vstup modulu, rozsah vstupního napětí ±0.032 V a zesílení 32x. Rozlišení proudu bude 64 A/16 bit. ≐ 1 mA. Zobrazené hodnoty proudu bych volil v rozsahu 0-19.99 A s rozlišením 10 mA.

Pokud by bylo potřeba měřit menší proudy, zvětšil bych hodnotu snímacího rezistoru.

Měření napětí 0-10 V a proudu 0-20 mA

Měření napětí nebo proudu na lince průmyslových snímačů. Výpočty budou podobné předchozímu příkladu.

Pro měření napětí 0-10 V se použije dělič napětí RA/RB v poměru 1:5 a měřící rozsah ±2.048 V. Rozlišení pro uživatele 1 mV.

Pro měření proudu 0-20 mA se použije snímací rezistor např. 1 Ω a vstupní rozsah napětí ±0.032 V. Rozlišení pro uživatele 10 μA.