Hur fungerar en mer avancerad 4-20mA till 0-10V konverterare?

[mrfrenzy]

Man bör kunna mäta 0-25 mA
Många givare använder exempelvis 3mA för att signalera "värde under mätområde" och 25mA för "värde över mätområde"
Blir strömmen under 2mA så bör överordnat system få larm om kabelbrott.

[DanielM]

Jo, jag vet. Men jag gör detta mest bara för kunskapens skull. Dessutom finns det produkter som konverterar om 4-20 till 0-10.

Jag har lyckats göra nu så att jag har en op-amp som ger ut 0.028V till 3.7V om den får 4-20mA ingång.
Nu ska jag bara hitta ett sätt så jag kan skicka iväg 0-10V igenom denna op-ampen. Antingen en op-amp till + NPN trissa.

Jag postar min lösning här sedan.

[DanielM]

Skärmklipp.PNG

Jag skulle kanske ha en 7815 istället. För då kan jag använda 15V på transistorn, istället för 12V. Om jag har 12V på transistorn och 12V på den högra op-ampen så kommer utsignalen bli ca 9.3V som max.

Men detta exempel fungerar utmärkt! I praktiken så blir det 0.063V till 10.01V för 4-20mA.
Jag kan vrida ned på potentiometern så den ger 0.021V till 3.34V som utsignal. Passar då väldigt bra med STM32.

Men kommentera och klaga gärna!

[MiaM]

Två andra förslag:

Konstantströmslast på 4mA ansluten parallellt över motståndet.

Precisionszenerdiodersättarmojäng på 2V.

[ghu]

DanielM
Din koppling fungerar inte som som du säger att den gör.
Förmodligen sitter R5 på fel ställe.
Den högra OP kopplingen kan inte ha lägre spänningsförstärkning en 1 gång. Alltså kan den inte ge 3,3 V ut med 4,4 V inspänning.

[DanielM]

Två andra förslag:

Konstantströmslast på 4mA ansluten parallellt över motståndet.

Precisionszenerdiodersättarmojäng på 2V.

Jag känner till att en diod har ett konstant spänningsfall på 0.7V. Men hur menar du här?
Menar du att om jag har en konstantströmkälla (7812 + 3K resistor = 4mA)...sedan då?

DanielM
Din koppling fungerar inte som som du säger att den gör.
Förmodligen sitter R5 på fel ställe.
Den högra OP kopplingen kan inte ha lägre spänningsförstärkning en 1 gång. Alltså kan den inte ge 3,3 V ut med 4,4 V inspänning.

Ja! Jag har kopplat fel. Vänta jag ska fixa det!
Nu är det fixat. Undra om man skulle förbättra detta med att ha dioder som spänningsfall?
Kan jag lösa samma problem med färre komponenter?

Skärmklipp.PNG

[Pucco]

Varför röra till det mer än nödvändigt. Man måste utgå från vad man vill ha för signal på slutet, inte gå via olika omvandlingar med offseter och förstärkningar. OPn i schemat har upp till 15 mV offset och driver inte ner till noll.
Det kryper fram till slut att du ska ha en STM32 MCU som ska mäta en 4-20 mA sensor. Vad jag kan se är AD-omvandlaren på 12bit med matningsspänningen som referens plus en intern 1,2 V bandgapsreferens att kalibrera mot.
Det enklaste och mest stabila sättet är att använda ett 150 ohms motstånd som då ger 0,6-3,0 V aktivt område med marginaler uppåt och neråt för felsignalering.

[DanielM]

Varför röra till det mer än nödvändigt.

Jag uppfattar det mer som att jag kopierar andras lösningar, än att hitta på en egen lösning.

Man måste utgå från vad man vill ha för signal på slutet, inte gå via olika omvandlingar med offseter och förstärkningar. OPn i schemat har upp till 15 mV offset och driver inte ner till noll.

Snarare 300 mV i offset. Nej, den driver inte ned till noll. Men jag får 0.06 till 10V för 4-20mA. Jag tycker detta är bra.

Det kryper fram till slut att du ska ha en STM32 MCU som ska mäta en 4-20 mA sensor. Vad jag kan se är AD-omvandlaren på 12bit med matningsspänningen som referens plus en intern 1,2 V bandgapsreferens att kalibrera mot.

Ja, och andra system som verkligen ska ha 0-10V.

Det enklaste och mest stabila sättet är att använda ett 150 ohms motstånd som då ger 0,6-3,0 V aktivt område med marginaler uppåt och neråt för felsignalering.

Men bästa vore om man kunde få 0V vid 4mA.

[TomasL]

Men bästa vore om man kunde få 0V vid 4mA.

Nej det är det inte, du vill kunna feldetektera också, så därför är det bra att bara köra över ett motstånd.

[DanielM]

Jag vet. Men OM...jag vill ha 0V vid 4mA, då måste jag göra som ovan. Men jag kanske kan modifiera lite så jag kanske kan använda färre komponenter?

[MiaM]

Två andra förslag:

Konstantströmslast på 4mA ansluten parallellt över motståndet.

Precisionszenerdiodersättarmojäng på 2V.

Jag känner till att en diod har ett konstant spänningsfall på 0.7V. Men hur menar du här?
Menar du att om jag har en konstantströmkälla (7812 + 3K resistor = 4mA)...sedan då?

Diodförslaget var att välja motståndet så att du får 2,5-12,5V och sen tappa 2,5V (vet inte vad jag fick 2V ifrån?). (googla constant voltage sink ifall du vill gräva djupare i detta hål ).

Men det enklaste är bara att ordna en väl stabiliserad spänning på -2,5V och ansluta motståndet till den. Med 625 ohm motstånd och 0 mA så får du -2,5V, vid 4mA får du 0V och vid 20mA får du 10V. Sätt en diod från signaljord till signalen som ska bli 0-10V så får du inte värre än -0,7V ifall 4-20mA-signalen bortfaller.

(Beräkningen: Med 4-20mA så har du 20-4=16mA skillnad mellan max och min ström, och du vill ha 10v mellan max och min, så därmed ska motståndet väljas så att spänningen ändras 10V vid en ändring av 16mA, 10 V / 0,016 A = 625 ohm. 4mA "blir över" och med 625 ohm så blir det 0,004 A * 625 ohm = 2,5 V).

Att ordna -2,5V är kanske inte superenkelt i varje applikation, men det räcker att ordna denna spänning en enda gång oavsett hur många signaler som ska omvandlas, vilket kan vara praktiskt om du har nån anläggning med många givare.

[TomasL]

Att tänka på alla anslutna pryttlar tål inte nödvändigtvis negativa spänningar.

[MiaM]

En schottkydiod från signaljord till signalen kan kanske vara lämplig, då kan den negativa spänningen bara bli såpass låg att den svårligen kan ställa till skada kan man tycka. Men ändå en bra varning.

[Mindmapper]

Men bästa vore om man kunde få 0V vid 4mA.

Nej det är det inte, du vill kunna feldetektera också, så därför är det bra att bara köra över ett motstånd.

Det är inte alltid behövligt att behöva feldetektera på det sättet. Om du väljer mätområde så att om du kommer ner 0 har du ett problem. Då sätter du ett larm vid en nivå som ger marginal innan du kommer ner till 0.
Att 4-20 mA har den egenskapen att detektera kabelbrott betyder inte att alla som har 4 - 20 mA använder den möjligheten.

Nu har ts tydligen gjort den bedömningen att han inte har det behovet. Annars skulle han naturligtvis inte gjort det valet att gå från 4-20mA till 0-10V.
Eller kan man dra den slutsatsen att alla som använder 0-10V gör fel?

[DanielM]

En schottkydiod från signaljord till signalen kan kanske vara lämplig, då kan den negativa spänningen bara bli såpass låg att den svårligen kan ställa till skada kan man tycka. Men ändå en bra varning.

Men vänta nu lite.
Så ni menar att jag behöver inte använda en OP-amp om jag vill få 4mA till 0V?