Как померять напряжение ?!

[Alex441]

Итак, я собираюсь собрать схему на микроконтроллере, которая измеряет напряжение на батарейке/аккумуляторе/БП(в данном случае B3), которая подключена к цепи по вот такой схеме (R100 и R101 это шунты) : Все симуляции проходят в Proteus.

Основная проблема в том, что если лапку АЦП я могу подключить к батарейке, то землю (как от МК так и от ОУ) я НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ не могу подключить к батарейке, иначе зашунтирую перемычкой шунт R101 как видно по схеме.  Поэтому стандартным методом померить не получится. Я погуглил инфу и понял, что нужен ОУ с дифференциальным включением. Что и было собрано :

Но Proteus симулирует не так как надо. ОУ усиливает не достаточно линейно. Я в курсе особенностей включения ОУ с подачей сигнала на прямой вход, поэтому, чтобы добится как можно большей прямолинейности входной сигнал(напряжение с батарейки) значительно делится через делитель и умножается через значительный коэффициент усиления. При разном напряжении батарейки чистый коэффициент усиления ОУ померенный в ходе симуляции (с вычетом входного сигнала) значительно плавает, чего в принципе то не должно быть ! Из за чего АЦП на микроконтроллере и меряет с изменяющейся погрешностью. Поэтому вопрос(ы) в следующем :

1. М.б. я что-то делаю не так ? В чем моя ошибка ?

2. Или есть какая-то другая схема для решения этой задачи ?

ЗЫ : По многим причинам хочется замерить именно в дифференциальном режиме(т.е. именно падение напряжения) не цепляясь землей к минусу батарейки/БП

 

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[mvkarp]

@Alex441 , что-то очень непонятное творится в Вашей башке.
Вы уж там, в башке, пошевелите чем и выдайте хоть как-то более вразумительный вопрос.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Alex441]

Окей, переформулирую короче и точнее : Нужна схема которая измерит напряжение на 1-ом рисунке на плюсовом контакте B3 относительно ее минусового контакта а не земли. Причем земля этой схемы должна быть подключена к той же земле что и на 1-ом рисунке.

Изменено 19 января, 2017 пользователем Alex441

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[mvkarp]

R101 и D2 - неотъемлемые части схемы, в которой нужно провести измерения?

 

[Alex441]

Да. Причем наличие именно R101 и R100 принципиально.

[mvkarp]

А R100 на кой для измерения напряжения?

[Alex441]

R100 замеряет потребление тока одной из подключенных схем к B3. А R101 измеряет общее потребление тока всех схем, подключенных к B3.

***

Измерять буду Микроконтроллером (его АЦП) который землей сидит на той же земле. Вот если бы можно было использовать отдельную (развязанную схему с отдельной землей) то тогда совсем другое дело, но у всех схем, в т.ч. и той что будет измерять земля общая.

Изменено 19 января, 2017 пользователем Alex441

[Yurkin2015]

Тут дело в следующем. Для измерения 12В нужно преобразовать это напряжение к более низкой величине, например 3В, чтобы не выйти за пределы входного напряжения АЦП. То есть нужен усилитель с коэффициентом 0.25. Для этого просто нужно соблюсти соотношения R16/R10 = 0.25 и (R15+R22)/R13 = 0.25. Вот и всё.

[Alex441]

Yurkin2015 насколько я знаю, то выходное напряжение на выходе ОУ при подаче на прямой вход будет равно ="сигнал" * "К.У." + "входной сигнал". Поэтому с низким К.У. входной сигнал даст крайне не линейную зависимость на выходе от входа и мерить будет невозможно.

Изменено 19 января, 2017 пользователем Alex441

[Alex441]

Хотя вот сейчас проверил версию с коэффициентом 0.25 как подсказал Yurkin2015. Сработало так как надо, О.У. стал умножать линейно.

Большое спасибо, буду дальше изучать операционник. Постоянно что-то новое о нем узнаю.

[Yurkin2015]

19 минут назад, Alex441 сказал:

как подсказал Yurkin2015

Я предлагал по-другому. Вы, эта, повнимательнее посмотрите на соотношения резисторов: резистор в обратной связи должен быть меньше входного для К<1.

То есть R22 = 5ком. Для дифф. усилителя правило R10/R16 = R13/R22. Иначе не будет измеряться точная разность на концах батарейки, и на выход ОУ будет влиять падение напряжения на шунте.

Изменено 19 января, 2017 пользователем Yurkin2015

[Alex441]

Так как вы описали коэффициент меньше 1 получить нельзя :

Т.к. коэффициент усиления = (R22/R13) + 1

 ***

И, кстати, да,

Цитата

Иначе не будет измеряться точная разность на концах батарейки, и на выход ОУ будет влиять падение напряжения на шунте.

влияет, я даже пока не понял почему. Как его устранить ?

Изменено 19 января, 2017 пользователем Alex441

[Alex441]

Будем дальше думать.

Изменено 19 января, 2017 пользователем Alex441

[mvkarp]

3 часа назад, Alex441 сказал:

R100 замеряет потребление тока одной из подключенных схем к B3. А R101 измеряет общее потребление тока всех схем, подключенных к B3.

Тогда мне совсем непонятно, что мешает посадить общий измерителя на общий объекта измерений?

[Alex441]

При протекании тока, на шунте R101 будет падение что скажется на показаниях измерителя, сравнивающего потенциал батарейки с землей. А если шунт будет 1R  а ток 10A  ? Что он тогда там померяет ? На последнем рисунке при токе 10A на R101 упал 0,1 В, поэтому напряжение, которое протеус меряет от земли уже не 12В а 11.89.

Изменено 19 января, 2017 пользователем Alex441

[Yurkin2015]

 

1 час назад, Alex441 сказал:

влияет, я даже пока не понял почему. Как его устранить ?

1 час назад, Alex441 сказал:

Будем дальше думать

 

Ну, вот, корова, хвост, мочало - начинай с начала. Предлагаю использовать ОУ в дифференциальном включении. 

Изменено 19 января, 2017 пользователем Yurkin2015

[Falconist]

Я вот хоть стреляйте, не пойму: а ЗАЧЕМ нужен "усилитель", ослабляющий сигнал??? Неужели с этим банальнейший делитель из двух резисторов не справится?

[Alex441]

Суть не в этом. А в том, чтобы померять напряжение относительно чего-то а не земли. Ну самый простой пример : подключите 3 батарейки 1.5В последовательно. И попробуйте-ка просто так (без дифференциального включения ОУ) померять напряжение, например на верхней ? Если вы к ней приложитесь ЦАПом он вам выдаст 4.5В , т.к. меряет от земли а вам нужно относительно ее минуса.

[mvkarp]

В цепи измерения напряжения есть диод. Все "учитывания" падения напряжения на шунте - ловля блох.

[Alex441]

Цепь измерения будет цепляться непосредственно к самой батарейке. В этом то и вся суть, чтобы не ловить эти падения напряжения на участках. В первой картинке там просто некая определенная схема работающая от батарейки и приведена просто условно, это не она будет измерять. Измеряющая цепь будет непосредственно к батарейке цепляться.

Изменено 19 января, 2017 пользователем Alex441

[mvkarp]

Все равно не доходит.

Делаете общую землю. Если нужно измерить напряжение батарейки, измерительный вход переключаете на плюс батарейки.
Если нужно измерить ток потребителя, переключаете измерительный вход на шунт необходимого канала.
Если нужно измерить общий ток, суммируете всех потребителей. Контроллер, чай, в качестве измерителя.

[Alex441]

Вот более наглядно на картинке (при токе 10.006А через нагрузку RN) видна разница измерений относительно земли и относительно минуса :

Мне нужно померять именно вот эти 11В, а не 10.9В Ладно, на сегодня все, завтра буду дальше думать.

[mvkarp]

Одно из решений я Вам предложил. Но Вы все одно и то же талдычите.

Мало того, Вы еще над измерением тока поплачете! Маловато будет 0,1 вольта на вход АЦП Ардуинки. Пока будете спать, и над этим подумайте.

[Стальной]

Блин, это делается двумя каналами АЦП, потом вычисляется разница. Нафиг какие-то усилители, когда там пора делители ставить - какой контроллер работает на 12 В?

[Alex441]

Итак, сегодня со свежей головой еще раз прочитал статью Операционный усилитель? Это очень просто! и все-таки во всем разобрался. Итак :

1. Действительно, проще всего (возможно и правильней) просто задействовать 2 канала АЦП : один на плюс батарейки, другой на ее минус(на R101) и потом уже высчитывать их сумму(разность).

2. Но я не ищу легких путей и все-таки реализовал схему с дифференциальным включением. Моя ошибка была в неправильности выбора резисторов на схеме. Как писали выше необходимо обязательное соотношение R10/R16 = R13/R22. Для большей очевидности добавил еще один резистор-шунт R37=0.1R, на котором дополнительно осело напряжение 1В, ток в схеме 10А.

При измерении от земли напряжение получается 10.79 (как показывает Proteus) а при дифференциальном измерении на выходе получается 11.9В (1.19В) (реальное верное напряжение на батарейке). Цель достигнута )))

При соблюдении соотношения выходное напряжение с ОУ высчитывается по простой формуле :

Uвых=Ky*dU(battery)=0,1*11,9=1,19

 

Теперь все работает как надо, всем спасибо за помощь.

Изменено 20 января, 2017 пользователем Alex441