Usando un microcontrolador ADC para medir un sensor de 4-20 mA

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La pregunta de un ingeniero SW nuevamente.

Tengo un dispositivo que funciona con alimentación de red y genera una corriente de 4-20 mA dependiendo del caudal en una tubería. Me gustaría medir esa tasa de flujo con un microcontrolador.

A primera vista es fácil. Mi microcontrolador es 3v3, por lo que la corriente máxima debe producir un voltaje máximo de 3v3. Entonces R = 3v3 / 20mA = 165 Ohm. Si paso la corriente a través de 165R y mido el voltaje a través de la resistencia, todo está bien.

Mi problema es que no estoy seguro de poder hacerlo. El uC medirá un voltaje en relación con su conexión a tierra, así que tengo que conectar el uC Gnd al lado negativo de la resistencia de 165 ohmios. ¿Eso es seguro?

En ese momento estaba mirando los circuitos de espejo actuales, pero todos comparten un plano Gnd entre los dos lados del espejo, así que no es mejor que el simple 165R.

¿Existe una forma "correcta" de aislar este sensor o se trata simplemente de conectar el suelo? Mi unidad de control de energía será alimentada por un convertidor de alimentación de CC de 12 vatios, ¿por lo que tal vez la conexión a tierra sea la misma en ambos lados?

    
pregunta jwhitmore

3 respuestas

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Sí, simplemente conecte el extremo negativo de la resistencia a la tierra analógica del microcontrolador. Esta es una de las ventajas de una señal de corriente. Dado que el suministro del microcontrolador y el suministro del medidor de flujo están aislados unos de otros, puede elegir un punto en cada uno donde se puedan conectar entre sí.

Si bien el cálculo de 165 es correcto, usaría un poco menos para poder detectar un exceso de rango. 150 Ω podría ser un buen valor.

    
respondido por el Olin Lathrop
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He olvidado dónde encontré esto, probablemente como parte de una fuente de alimentación de modo de conmutador aislada, pero con un poco de inteligencia, puede hacer un sensor de corriente lineal con optoaisladores. Aquí está la idea básica:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

R1 = R2. La corriente a través de R3 será la misma que la corriente original que se está midiendo. La ventaja de este circuito sobre un solo aislador y R1 es cancelar la no linealidad por la que los optoaisladores son famosos.

Los optoaisladores deben ser idénticos para que coincidan sus no linealidades. Si no está lidiando con voltajes particularmente altos, es mejor hacerlo con un paquete doble o más. De lo contrario, se deben usar dos sencillos del mismo lote para permitir que los circuitos aislados permanezcan separados por la distancia mínima requerida.

    
respondido por el AaronD
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Los bucles de 4-20 mA pueden ser molestos si no sabes exactamente cómo se alimentan. Lo mejor sería usar un aislador completo, y mientras lo hace, obtenga un aislador que también pueda convertir el 4-20mA en una señal de 0-3VDC. Los aisladores más comunes tienen salidas de 0-10VDC, o 0-5VDC, pero son ampliamente ajustables.

Dicho esto, si SABE que la resistencia de detección va entre la salida del dispositivo y la alimentación negativa del dispositivo, y que no hay voltajes muy altos (CA o CC) entre el común del transmisor y su uC, luego puede conectarlos directamente, del lado común y alto del resistor sensor a su entrada.

Advertencia en cualquiera de los enfoques ... Algunos instrumentos generarán una señal de 0 mA o de hasta 30 mA en caso de falla del instrumento; así que no intentaría hacer que 20 mA representen exactamente su voltaje máximo para su uC a menos que sujete la entrada para protegerla.

    
respondido por el R Drast

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