Determinación de los requisitos correctos del amplificador de instrumentación para medir la derivación de corriente grande

La dificultad de esto depende mucho de los detalles de lo que estás tratando de hacer.

Por ejemplo, ¿cuál es la corriente mínima que desea medir? 100mA? 1A? ¿10 A? Presumiblemente, usted desea poder medir la corriente de arranque, que puede ser más de lo que su derivación tiene una potencia nominal (por lo que el voltaje de salida puede exceder los 50 mV). Esa parte es fácil (mucha señal, y probablemente también un poco de ruido). Un voltaje de compensación de 100uV representa 500mA. 100mA requeriría un desplazamiento de menos de 20uV, lo cual es un desafío en el entorno de un compartimiento del motor, incluso con los llamados amplificadores de "deriva cero". Si está buscando una parte en 1000 de un rango de 300A o 500A, eso es de 300mA a 500mA.

Algo como un INA331IDGK tendrá un desplazamiento máximo de 500uV, por lo que el error podría ser +/- 2.5A. Eso podría ser calibrado. La deriva suele ser de 5 uV / ° C, por lo que para un cambio de 30 ° C podría ver cambios de 0.75A. Eso es más difícil de compensar.

En general la estrategia general es observar todas las fuentes de error que puede identificar y calcular el error de entrada referida (es decir, el error en amperios medidos en la derivación). Luego, compara esos con tu presupuesto de error.

Espero que coloque la derivación en el lado bajo (entre la batería y el chasis automático), de modo que el voltaje a través de la derivación estará cerca o debajo del suelo, por lo que probablemente necesitará un suministro negativo para su amplificador .

El amplificador de entrada, quizás con algunas partes externas de configuración de ganancia, le dará un voltaje relativo a una referencia (tal vez una conexión a tierra en algún circuito externo). No has mencionado lo que quieres hacer con esa señal. Si solo desea leer la corriente en una pantalla, es posible que no necesite un amplificador de instrumentación, simplemente aísle el circuito de medición y conéctelo a través de los terminales de detección de derivación.

Tenga cuidado con el rango de salida con el amplificador de entrada si va a ingresar a un ADC que tiene un rango que es una buena parte de la tensión de alimentación; según el tipo y la tensión de alimentación del amplificador, pueden saturarse internamente. Hay una buena información en las notas de aplicación y las hojas de datos si la busca.

También considere lo que sucede en varias situaciones de conexiones faltantes y así sucesivamente, probablemente los cables de detección de la derivación podrían ir a -12 y quizás a +12 en algunas condiciones y esas situaciones no deberían dañar el extremo delantero. Hasta cierto punto, ese requisito degrada la precisión disponible porque tendrá que poner algo de resistencia en serie con los terminales de detección, y eso aumentará los errores debido a la corriente de polarización.

CMRR podría ser un factor si está tratando de medir las corrientes realmente con precisión , y para el rechazo del ruido. Puede colocar la derivación en su lugar y usar un alcance para medir los voltajes de modo común. Dado que tienden a ser proporcionales a la corriente que está midiendo, probablemente no sea una gran preocupación.

Hay una buena descripción general here (Word Doc). Tenga en cuenta los ejemplos que utilizan un op-amp regular.

Voltaje de compensación de entrada: el amplificador actúa como si hubiera una batería con un valor aleatorio hasta este voltaje conectado en serie con uno de los pines de entrada. Dado que su corriente máxima producirá aproximadamente 50 mV, un desplazamiento de entrada de 1mV creará un 2% de sesgo de escala completa en su medición. Por lo tanto, sin corriente a través de la derivación, puede medir en cualquier lugar entre aproximadamente -5 y +5 amperios. El desplazamiento es bastante constante para una unidad dada a una temperatura determinada, por lo que podría medir sin corriente y compensar.

CMRR: Un voltaje de modo común (presente en ambos terminales de entrada) aparecerá atenuado en relación con la señal diferencial en la salida del amplificador. Por ejemplo, si su CMRR era de 80dB, y colocó la derivación en el terminal positivo de la batería de 12V, con la conexión a tierra de su circuito de medición en el terminal negativo, el voltaje en modo común estará cerca de 12V. Eso aparecerá en la salida como un error de entrada \ $ 12 * 10 ^ {- 80/20} = 1.2 \ $ mV, una vez más bastante significativo en su circuito. Reducir el voltaje de modo común reducirá el CMRR requerido, pero tenga en cuenta que muchas fuentes de ruido también aparecerán como un voltaje de modo común.

En última instancia, se trata de mantener el error total para la medición dentro de los límites. El CMRR, el voltaje de compensación de entrada, el ruido, las tolerancias de la resistencia, la resolución de cualquier ADC, etc. contribuyen al error total. Puede ser útil crear una hoja de cálculo para calcular la contribución de cada fuente de error al total. Si algún parámetro solo contribuye con una pequeña fracción de su error total, no tiene sentido gastar mucho dinero para mejorarlo.