Jump to content

    
Sign in to follow this  
ashr

Точное (0,01%) измерение тока 4-20 мА

Recommended Posts

Марку датчика, который формирует эти 4-20ма хотя бы с 0,01%.

Зачем??? Измеритель должен быть в 3, а лучше в 4 раза точнее датчика. Поэтому ни о каких 0.01% для датчика речи не идет.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Требуется измерить ток на выходе датчика с унифицированным сигналом 4-20мА. Измерить весьма точно - 0.01% от измеряемой величины. Токоизмерительный резистор может включаться как возле земли, так и возле питания (до 24В). Соответственно имеется и синфазное напряжение.

Плюс ко всему нужны три канала.

 

Больше всего меня смущает, что надо мерить как без синфазной составляющей, так и с ней.

Берем усилитель с КОСС 120 дБ, что дает 24мкВ ошибки при синфазном 24В. Что уже неприемлемо.

 

Как можно решить данную задачу?

Если смущает только синфазный сигнал при подключении измерит. резистора возле питания,

а все остальные озвученные подводные камни вам не страшны, то как вариант можно сделать

гальванически отвязанные измерительные головки, куда включить токоизмерительный резистор,

одноканальный АЦП, контроллер и источник питания. И таких три канала. А данные передавать уже в цифре.

Share this post


Link to post
Share on other sites
одноканальный АЦП, контроллер и источник питания. И таких три канала. А данные передавать уже в цифре.

Да, вроде бы со всякими синфазностями и проблем нет... Развязать питание АЦП и эта проблема снимается.

Другое дело, что АЦП с погрешностью 0.01% - очень непросто. На 90% уверен, что там и 0,1%, а может и 1% вполне достаточно, если бы исходная задача была описана.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Зачем??? Измеритель должен быть в 3, а лучше в 4 раза точнее датчика. Поэтому ни о каких 0.01% для датчика речи не идет.

Понятно, датчик еще не придуман, или покажете с 0.04% ?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если смущает только синфазный сигнал при подключении измерит. резистора возле питания,

а все остальные озвученные подводные камни вам не страшны, то как вариант можно сделать

гальванически отвязанные измерительные головки, куда включить токоизмерительный резистор,

одноканальный АЦП, контроллер и источник питания. И таких три канала. А данные передавать уже в цифре.

Да, была такая мысля. Но как верно было замечено, хороший АЦП дело тоже не простое и не дешевое. И утраивать количество всанет в копеечку. На текущий момент этот вариант отложен.

А что касается озвученных проблем, кроме синфазного, то они не пугают, т.к. есть опыт их решения.

Я надеялся на то, что есть какие-нибудь схемотехнические хитрости, про которые я не знаю.

 

Понятно, датчик еще не придуман, или покажете с 0.04% ?

В начале я приводил ссылку на прибор с ещё лучшей точностью. Как вы думаете, ребята заморочились и потратились на разработку и внесение в госреестр этого прибора только из любви к искусству? Я не назову конкретный тип датчика, но после разговора с одним из ЦСМ, выяснилось, что эти цифры не с потолка взяты. ЦСМ хочет поверять все датчики и среди них есть и весьма точные. Откуда и вылезает цифра 0.01 или даже 0.0075

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
И утраивать количество встанет в копеечку.

 

В начале я приводил ссылку на прибор с ещё лучшей точностью.

Чисто любопытно, а конкурирующий "прибор с ещё лучшей точностью" стоит копейки?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Да, была такая мысля. Но как верно было замечено, хороший АЦП дело тоже не простое и не дешевое. И утраивать количество всанет в копеечку. На текущий момент этот вариант отложен.

А что касается озвученных проблем, кроме синфазного, то они не пугают, т.к. есть опыт их решения.

Я надеялся на то, что есть какие-нибудь схемотехнические хитрости, про которые я не знаю.

Если все три канала измерения одинакого будут подключаться или к заземленной стороне петли или к стороне питания,

то можно попытаться все каналы сделать на одном АЦП, но если возможен разнобой в подключении датчиков, то вряд ли.

 

Да и по вашим словам, это оборудование для поверки точных датчиков.

Такое оборудование обычно стоит не копеечку, а вагон и маленькую тележку копеечек :)

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

...давно не заглядывал на форум Радио-Кота...

 

http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=10&t=52829

 

а - тема разрослась...

 

...может будет полезна с точки зрения создания прецизионного измерителя, в котором рассматривают проблему(проблемы) достаточно разносторонне... плюс есть отсылки на дополнительную документацию... плюс обсуждение элементной базы...

 

Посмотрите, особенно, с 4 страницы обсуждения...

 

.........

И вопрос - Вы сказали, что у Вас 1 В диапазон... обычно в цепь 4-20мА резистор устанавливают, ориентируясь на 5В.

 

Вам 5 В никак?

........

И еще...

Многоканальный прибор - В7-78/1 в режиме измерения постоянного напряжения (0,0035 %изм. + 0,0005%диапазона) с ВСТРОЕННОЙ ОПЦИЕЙ- "СКАНЕР" (не скажу - сколько он может добавить%%%)

 

...- и этот расширенный в плане многоканальности вольтметр смог бы измерять на ПОВЕРЕННЫХ с большой точностью резисторах ток. а обработку через GPIB или USB проводить в компьютере.... такой подход может Вас устроит? тем более, что частоты у Вас совсем низкие...

 

В результате: косвенным способом (при соответствующем утверждении такой установки) результат мог бы получиться """ попроще""" ...

Кстати - установку можно откалибровать, используя или приличный калибратор - или, например 3458A...

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я не понял вопроса.

Я о том , что при 0 вашей измеряемой величины надо установить начальное значение тока в цепи 4 мА с очень высокой точностью. Так как при измерении токов, например, в диапазоне 4,0...4,4 мА из -за разности 4,400 - 4,000 относительно погрешность разности увеличится более , чем в 20 раз по сравнению с погрешностью самих 4,000 и 4,400.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я о том , что при 0 вашей измеряемой величины надо установить начальное значение тока в цепи 4 мА с очень высокой точностью...

Следует помнить о времени переходных процессов, электрических и теплофизических. Допустим, что измерительное средство существует, но измеряемый параметр, например температура, изменяется и необходимое время установления с заданной точностью первичного датчика растёт... Аналитический рассчёт времени установления показаний с необходимой точностью является необходимым и должен быть проведён до начала разработки, а не после...

Динамические характеристики измерительного средства описаны в ГОСТ 8009-84.

Подробные обоснования и рассчёты приведены в "Новицкий, Электрические измерения неэлектрических величин. 1975 г." стр.172.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я о том , что при 0 вашей измеряемой величины надо установить начальное значение тока в цепи 4 мА с очень высокой точностью.

Автор темы считает, что на другом конце токовой петли сидит автор другой, похожей, темы. Потому, абсолютная точность 4 мА автоматически обеспечена.

Остается только измерить напряжение на токовом резисторе. Что оно практически будет означать - неважно, главное точно измерить.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Нет, не так.

 

ТС собирается с помощью своего прибора измерять ток в цепи с точностью 0.01% и не собирается поверять своим прибором другие амперметры имеющие точность 0.01%..

 

Так? :biggrin:

Так, только наоборот. :biggrin: Он-то своим прибором другие (столь же точные) амперметры поверять не собирается. Собирается свой поверять прибором той же точности? Это не одно и то же?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Возможно, мы тут о принципиально разных точностях разговариваем.

Инженеры долго и нудно считают уход семи компонентов с номинальной точностью 0.1% в наиболее неблагоприятную сторону, бесконечно сверяются с данными изготовителя по климатике, вычисляют температурные дрейфы, старение, параметры подстроечных компонентов и т.п. Наконец, выдыхают: "0.25% при ежегодной поверке".

А у программистов это легко и просто: 10-разрядный АЦП - 0.1%, 12-разрядный - 0.025%, сторазрядный - соответственно. И никаких сомнений.

Нужная разрядность выбирается исходя из того, сколько денег дадут на микросхему АЦП. Что измерять, зачем, с какой необходимой точностью - безразлично.

То же самое с гальванической развязкой. Это вообще какая-то надуманная заморочка от старорежимных железячников. Просто нужно найти очень точный ОУ с синфазным в три киловольта. Не может быть чтобы его не было в природе в виде одного корпуса SOIC8 !

Такое сложилось впечатление от темы.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Это не одно и то же?

Утомили.. :biggrin:

 

Измерение любой физической величины предполагает сравнение этой величины с эталоном.

 

Именно поэтому в недрах любого измерительного прибора хранится эталон измеряемой величины.

 

От точности этого эталона зависит точность, с которой мы можем измерить ту и или иную физическую величину.

 

В случае косвенных измерений таких эталонов может быть несколько.

 

В этом случае помимо эталонов физических величин нам необходим некий фундаментальный "Закон Природы" позволяющий установить взаимно-однозначное соответствие между реально измеряемыми величинами и той физической величиной, значение которой мы хотим косвенно измерить.

 

В случае измерения тока мы можем использовать для этих целей "Закон Ома", поскольку в диапазоне измеряемых токов этот закон устанавливает взаимно-однозначное соответствие между напряжением "U" на участке цепи, сопротивлением "R" этого участка цепи и током "I" через эту цепь.

 

С учетом этой функциональной зависимости измерение тока "I" теперь сводится к измерению напряжения "U" и последующему вычислению значения тока с использованием "Закона Ома".

 

Но теперь наш измерительный прибор должен хранить два эталона - эталон напряжения "Uэт" и эталон сопротивления "Rэт". От точности этих эталонов естественным образом зависит точность измерения тока "I".

 

Чтобы найти эту зависимость нам нужно просто воспользоваться формулой Ома для участка цепи: I = U/R.

 

С учетом погрешностей измерения эта формула будет выглядеть так:

 

I+δI = (U+δU)/(R+δR), где:

 

I,U и R это точные(!) значения величин, а δI, δU и δR это погрешности их измерения и погрешности эталонов.

 

Для вычисления относительной погрешности измерения тока "I" перепишем эту формулу в виде:

 

I*(1+δI/I) = U*(1+δU/U)/[R*(1+δR/R)] = [u/R]*(1+δU/U)/(1+δR/R).

 

Откуда находим:

 

1+δI/I = [u/(I*R)]*(1+δU/U)/(1+δR/R) = (1+δU/U)/(1+δR/R) ≈ 1+δU/U+δR/R.

 

Или:

 

δI/I ≈ δU/U+δR/R.

 

ТС хочет измерять своим прибором ток "I" с относительной точностью: δI/I = 0.01%

 

Для этого ему нужны эталоны напряжения и сопротивления имеющие суммарную(!) точность меньше: 0.01%..

 

То есть:

 

δU/U+δR/R < 0.01%

 

Иными словами, если у ТС есть эталон напряжения "U" имеющий точность: δU/U = 0.005% и эталон сопротивления "R" имеющий точность: δR/R = 0.005%, то в результате измерения, он найдет ток с точностью: 0.01%.

 

Всё.

 

Никаких десятикратных запасов по точности от эталонов напряжения и сопротивления не требуется.

 

PS. Понятно, что измерение напряжения помимо учета точности собс-но эталона напряжения требует учета и точности АЦП, но в целях упрощения изложения можно считать, что погрешности АЦП уже учтены в величине: δU/U = 0.005%.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Утомили.. :biggrin:

Речь идет не столько о том , как точно измерить ток в токовой петле, сколько о том, как точно померить физическую величину , которую регистрирует датчик.

 

Утомили.. :biggrin:

А где Вы учли , что надо вычесть начальный ток 4 мА, а он устанавливается тоже с погрешностью.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this