Autor Tema: Medida diferencial alterna  (Leído 899 veces)

0 Usuarios y 1 Visitante están viendo este tema.

Desconectado juaperser1

  • Colaborador
  • DsPIC30
  • *****
  • Mensajes: 2901
Medida diferencial alterna
« en: 21 de Septiembre de 2020, 07:34:00 »
Buenas,

Necesito realizar un circuito que sea capaz de medir, de forma aislada, intensidades de alterna con una resolución de unos 0,5mA, las intensidades son bastante bajas. la verdad es que el error me da un poco igual, solo quiero detectar por que toroidal pasa mas intensidad.

El problema es que los toroidales de medida de precisión suelen ser de 1:1000, y la tensión resultante es muy pequeña, del orden de 15-30uV. Por lo tanto hay que amplificarla bastante.
Los operacionales de entrada también deben tener un input bias muy pequeño. para que la poca intensidad que dan los toroidales no se lo coman los AO.

Estoy teniendo dificultades para elegir el circuito adecuado para esta tarea.

Alguna recomendación?

un saludo.
Visita mi canal para aprender sobre electrónica y programación:

https://www.youtube.com/channel/UCxOYHcAMLCVEtZEvGgPQ6Vw

Desconectado Snaut

  • PIC12
  • **
  • Mensajes: 57
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #1 en: 21 de Septiembre de 2020, 14:02:39 »
Buenas, si tienes espacio en la placa puedes poner un transductor LEM tipo el CT 0.4P o otro según la corriente máxima a medir. Sino también podrías usar algún sensor de allegro de la serie ACS723 (mira que sea bipolar), son pequeños y lo mejor es que tienen una impedancia muy pequeña (del orden de miliohmios) además de ser aislados. Según el montaje de la aplicación te ira mejor uno o otro.
Un saludo.

Desconectado Robert76

  • PIC18
  • ****
  • Mensajes: 420
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #2 en: 21 de Septiembre de 2020, 21:27:34 »
Hola, cuándo dices medir valores bajos de corriente, a que rango te refieres?

Desconectado juaperser1

  • Colaborador
  • DsPIC30
  • *****
  • Mensajes: 2901
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #3 en: 22 de Septiembre de 2020, 08:25:25 »
Hola, cuándo dices medir valores bajos de corriente, a que rango te refieres?

pues suponiendo que quiero un valor de respuesta de 0,5mA pues quiero medir entre 0,5mA y 2,5mA. Si se sale de eso pues daré una alarma y el máximo del toroidales es 1A, después de eso supongo que se satura el núcleo.

Buenas, si tienes espacio en la placa puedes poner un transductor LEM tipo el CT 0.4P o otro según la corriente máxima a medir. Sino también podrías usar algún sensor de allegro de la serie ACS723 (mira que sea bipolar), son pequeños y lo mejor es que tienen una impedancia muy pequeña (del orden de miliohmios) además de ser aislados. Según el montaje de la aplicación te ira mejor uno o otro.
Un saludo.

he estado mirado los transductores LED que me indicas, no los conocía pero básicamente eso es lo que quiero hacer, ¿como esta hecho un transductor de estos por dentro? ¿debería comprar uno y hacerle ingeniería inversa para ver como lo hacen? El precio es bastante elevado, si tengo que colocar 6 por cada uno sistema que tenga que montar me van a decir que me den por el cul*

Puedes explicarme un poco mas sobre estos transductores, por lo que veo por ejemplo el que me has pasado da una tensión de +-5V a la salida dependiendo de la entrada de intensidad que circula por el primario, pero cual es su valor de respuesta? o su precisión? y ¿Qué pasa si se superan a la entrada los 400mA RMS, se estropea o marca el máximo de 5V?

En cuanto a los sensores ACS723 tampoco los conocía, pero la idea es colocar toroidales para que puedan pasar los cables y que no sea invasivo, si existira algo parecido para colocar en el secundario del toroidal estaría perfecto pero claro, estos estan preparados para entradas desde los 5A por lo que veo.

un saludo y de nuevo gracias por ayudar
Visita mi canal para aprender sobre electrónica y programación:

https://www.youtube.com/channel/UCxOYHcAMLCVEtZEvGgPQ6Vw

Desconectado Snaut

  • PIC12
  • **
  • Mensajes: 57
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #4 en: 22 de Septiembre de 2020, 16:04:49 »
Buenas, estos sensores los he utilizado en multitud de ocasiones pero en cuanto a su funcionamiento interno no soy ningún experto pero intentaré echarte una mano en lo que pueda. 
La salida del transductor LEM es de corriente y para poder leerla en tensión debes ponerle una resistencia y ésta la puedes escoger según tus necesidades aunque  en el datasheet suelen recomendarte algunos valores.
La salida es un sistema proporcional y lineal al primario, por lo tanto cuando llegues a la corriente máxima en el primario el transductor te entregará la corriente máxima que te indiquen. Una vez superada la corriente máxima del primario la salida dará el máximo de corriente y aunque superes de largo la corriente máxima no te pasará nada (en el datasheet pone unos limites pero en ocasiones los he superado y ningún problema).
El sensor de Allegro funciona de la misma forma midiendo la corriente con el efecto Hall, aunque en este caso la salida es directamente en tensión y no es necesario poner ninguna resistencia.
La velocidad de respuesta varia según el modelo pero puedes consultar-lo también en el datasheet y es una medida que se verá afectada por la frecuencia del primario, aunque si mides una señal AC de 50Hz no tendrás problemas. En cuanto a la precisión variará según el modelo, cuanto más grande sea la corriente nominal soportada por el primario menos precisión  tendrás.
Si dices que necesitas 6 por equipo los LEM no son una buena opción como dices por el precio... Así que igual te iría mejor usar uno de los Allegro aunque no sea tan cómoda la instalación.
La idea que tienes de crearte tu propio transductor en plan low cost también es muy interesante la verdad... Si tienes que medir AC igual podrías probar con un toroidal como dices y generar una tensión  con una R a partir de la corriente inducida, usando algún amplificador de precisión igual podrías conseguir-lo.

Desconectado gustavopic

  • PIC16
  • ***
  • Mensajes: 114
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #5 en: 22 de Septiembre de 2020, 22:29:54 »
pues quiero medir entre 0,5mA y 2,5mA. Si se sale de eso pues daré una alarma y


y que tensiones CA estas manejando ??

Desconectado juaperser1

  • Colaborador
  • DsPIC30
  • *****
  • Mensajes: 2901
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #6 en: 23 de Septiembre de 2020, 16:22:43 »
Citar
y que tensiones CA estas manejando ??

230VAC (España)

Buenas, estos sensores los he utilizado en multitud de ocasiones pero en cuanto a su funcionamiento interno no soy ningún experto pero intentaré echarte una mano en lo que pueda. 
La salida del transductor LEM es de corriente y para poder leerla en tensión debes ponerle una resistencia y ésta la puedes escoger según tus necesidades aunque  en el datasheet suelen recomendarte algunos valores.
La salida es un sistema proporcional y lineal al primario, por lo tanto cuando llegues a la corriente máxima en el primario el transductor te entregará la corriente máxima que te indiquen. Una vez superada la corriente máxima del primario la salida dará el máximo de corriente y aunque superes de largo la corriente máxima no te pasará nada (en el datasheet pone unos limites pero en ocasiones los he superado y ningún problema).
El sensor de Allegro funciona de la misma forma midiendo la corriente con el efecto Hall, aunque en este caso la salida es directamente en tensión y no es necesario poner ninguna resistencia.
La velocidad de respuesta varia según el modelo pero puedes consultar-lo también en el datasheet y es una medida que se verá afectada por la frecuencia del primario, aunque si mides una señal AC de 50Hz no tendrás problemas. En cuanto a la precisión variará según el modelo, cuanto más grande sea la corriente nominal soportada por el primario menos precisión  tendrás.
Si dices que necesitas 6 por equipo los LEM no son una buena opción como dices por el precio... Así que igual te iría mejor usar uno de los Allegro aunque no sea tan cómoda la instalación.
La idea que tienes de crearte tu propio transductor en plan low cost también es muy interesante la verdad... Si tienes que medir AC igual podrías probar con un toroidal como dices y generar una tensión  con una R a partir de la corriente inducida, usando algún amplificador de precisión igual podrías conseguir-lo.

El problema es que me han pedido expresamente la medida con toroidales, o algo igual a estos ya que no saben lo que es un toroidal, pero saben que quieren meter el cable por un circulito y que funcione, esto me descarta los sensores de allegro, a no ser que se puedan colocar en el secundario del toroidal, pero no creo que sea una buena solución.

Si, la tensión será siempre de 50 o 60Hz, típica de la red.

Creo que voy a comprar un LEM, el que me comentaste por ejemplo son 60 euros y abrirlo a ver como están hechos, por que sinceramente no lo se. Pero me da miedo que al abrirlo este todo metido en resina epoxi o algo parecido y tire los 60 euros a la basura sin poder ver nada.

En cuanto a hacer el LEM con el toroidal, es lo que tenia pensado desde un principio, pero no estoy seguro del camino a seguir. Los toroidales de precisión son de 1:1000, por lo tanto habia pensado colocar a la resistencia de burn un AO de instrumentación. y amplificarlo x1000, meter una segunda etapa de una ganancia x50 y offset para adecuarlo a la típica entrada single-ended de un microcontrolador, algo asi seria la primera aproximación que he hecho para la ganancia de 1000.

 

* Sin título.png
(31.54 kB, 1166x283 - visto 141 veces)


Pero creo que lo mejor seria ver como se construye un transductor LEM y de hay crear el circuito.
Visita mi canal para aprender sobre electrónica y programación:

https://www.youtube.com/channel/UCxOYHcAMLCVEtZEvGgPQ6Vw

Desconectado gustavopic

  • PIC16
  • ***
  • Mensajes: 114
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #7 en: 23 de Septiembre de 2020, 23:12:48 »
hola, mira, respondo con miedo de decir una macana.
pero vos estas queriendo medir una carga de 220vca y poca corriente, entre 0,5 y supongamos 10 mA

en lo que te voy a decir solo tendras que sacrificar el tema de usar bornera, o sea cortar el cable y no el toroide, pero el precio se te cae en picada , no usas toroide y no usas  nada raro:

un opto en serie.
el led emisor en serie , obvio con el puente de diodos y si queres ponele las protecciones extras que desees , por si la corriente sube mucho.
pero justo estaba mirando yo pruebas que habia hecho en el pasado, y el led emisor soporta 50 mA y ya con 0,2 mA  en las pruebas que hice me exitaba a el T. de salida.

yo lo usaba solo para detectar y listo.
imagino que si le haces algun circuito  un poco mas complejo podes sacar una salida un poco lineal , dentro de ciertos margenes.

se te abarata un monton, y es aislado .

 

Desconectado juaperser1

  • Colaborador
  • DsPIC30
  • *****
  • Mensajes: 2901
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #8 en: 24 de Septiembre de 2020, 07:19:01 »
hola, mira, respondo con miedo de decir una macana.
pero vos estas queriendo medir una carga de 220vca y poca corriente, entre 0,5 y supongamos 10 mA

en lo que te voy a decir solo tendras que sacrificar el tema de usar bornera, o sea cortar el cable y no el toroide, pero el precio se te cae en picada , no usas toroide y no usas  nada raro:

un opto en serie.
el led emisor en serie , obvio con el puente de diodos y si queres ponele las protecciones extras que desees , por si la corriente sube mucho.
pero justo estaba mirando yo pruebas que habia hecho en el pasado, y el led emisor soporta 50 mA y ya con 0,2 mA  en las pruebas que hice me exitaba a el T. de salida.

yo lo usaba solo para detectar y listo.
imagino que si le haces algun circuito  un poco mas complejo podes sacar una salida un poco lineal , dentro de ciertos margenes.

se te abarata un monton, y es aislado .

Ojala pudiera, pero lo del toroide es inamovible, es un requisito que me han pedido, si pudiera eliminarlo esto seria bastante sencillo, pero que va no me queda mas remedio que usarlo.

he seguido investigando y viendo los transductores LEM, viendo en la pagina de RS, en los datos del producto aparece esto:

Citar
Sensores de corriente de serie CT
Sensores Fluxgate diseñados para medir corrientes débiles de 0,1 → 0,4 A RMS nominal.
Para instalación en circuitos impresos.
Mismo tamaño reducido para todos los modelos (30 x 30 x 20 mm).
El orificio de 11 mm permite insertar cables fácilmente.

lo que quiere decir que dentro lleva una bobina toroidal y un sensor hall:

https://www.hioki.com/en/products/listUse/?category=17#:~:text=Current%20sensor%20measurement%20principles&text=A%20magnetic%20flux%20(%CE%A6)%20is,current%20(AC)%20being%20measured.&text=This%20voltage%20is%20proportional%20to%20the%20current%20flowing%20through%20the%20measured%20conductor.

Por lo tanto esto no voy a poder implementarlo yo, y no voy a comprarlo para desarmarlo, no puedo abrir mi toroidal e incluir un sensor hall, tengo que apañarme con los toroidales normales y corrientes.

he abierto un sistema que tengo por aquí que sirve para hacer lo mismo que yo quiero, pero esta lleno de resina epoxy, eliminadola mas o menos he podido ver lo que contiene.

parece ser toroidales normales y corrientes, que van hacia una switch analógico, de aquí a AO que supongo que actúan como amplificadores, después a un filtro LTC1067, supongo que será paso de baja o paso de banda de 50 60 Hz no puedo ver tanto y después va a un microcontrolador con ADCs diferenciales.

los switch supongo que es para abaratar y no colocar mas de un LTC1067, que será un elemento caro, pero con señales tan pequeñas los switch por medio no dañaran demasiado la señal?


Creo que voy a tomar estos de partida:

https://talema.com/wp-content/uploads/datasheets/AP.pdf

La respuesta empieza en 0,0 por lo tanto no tengo hay un vacio para las corrientes muy pequeñas, la linealidad, según la hoja es prácticamente perfecta. ¿Me indica que debo colocar una resistencia de burden de 10ohm, que ocurre si yo subo esta resistencia? es decir si coloco 100 ohm en vez de 10, multiplico la salida por 10 o me cargo la curva de salida?

Otra duda, es amplifico y luego coloco el filtro, o al contrario, ¿primero filtro y luego amplifico?

un saludo.


 
« Última modificación: 24 de Septiembre de 2020, 07:42:11 por juaperser1 »
Visita mi canal para aprender sobre electrónica y programación:

https://www.youtube.com/channel/UCxOYHcAMLCVEtZEvGgPQ6Vw

Desconectado Snaut

  • PIC12
  • **
  • Mensajes: 57
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #9 en: 24 de Septiembre de 2020, 17:08:19 »
Pintan geniales estos toroidales de Talema, si te sale bien el proyecto por el precio que tienen vale la pena. Yo probaría primero con la de 10 ohms y si ves que se queda corta la aumentas pero vamos con un buen amplificador de instrumentación con una alta ganancia puedes dejar una señal de microvoltios bien amplificada sin problema.
El filtro lo pondría antes para eliminar posibles perturbaciones y que la señal entre lo más limpia posible a tu sistema. A ver si alguien más te comenta sobre esto.

Desconectado juaperser1

  • Colaborador
  • DsPIC30
  • *****
  • Mensajes: 2901
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #10 en: 25 de Septiembre de 2020, 07:16:51 »
Bueno a ver que tal asi:

 

* Sin título.png
(70.79 kB, 1221x270 - visto 124 veces)


aquí esta una fuente de intensidad imitando al toroidal que da 1uA que seria el equivalente a una intensidad de 1mA en el primario (1:1000), tiene sumado un ruido DC de 12V y uno de 100mV de 10KHz

R7,C4 R8 y U3 crean un filtro paso de alta que elimina la posible continua que este montada en la señal, U3 debe de ser un AO con un input bias muy pequeño para que utilice la intensidad de la señal para polarizarse, del orden de picoAmperios.

R9,R10,C5, C6, U4, R11 y R12 forman un filtro paso de baja de segundo orden con paso de banda a 100Hz y una atenuación de -40db para 2KHz. R11 y R12 sirven para amplificar la señal x100.

R13,C7, U5, R15 y R16 forman un paso de baja para eliminar las frecuencias altas que hayan sido amplificadas en la anterior etapa y de nuevo amplificar otros x100.

Los resultados son las la intensidad del secundario (vin-Vout)

1uA.........101,83mV
1,5uA......152,74mV
2uA.........203,66mV
2,1uA.......213,84mV

 

* Sin título2.png
(25.38 kB, 896x598 - visto 121 veces)


Donde escribo multiplexor tengo la intención de colocar un multiplexor/demultiplexor analógico tipo 74HC4051 o algo asi, de esta forma lo que esta a la izquierda de la palabra multiplexor ira montado para cada toroidal y la parte del circuito a la derecha será única para todos los toroidales abaratando asi el diseño, al tener el U3 por delante ya no importa el input bias.

¿Como lo veis?

un saludo

EDITO: Bueno en este circuito de arriba funciona por que los amplificadores son ideales, ahora me encuentro con el problema que debo tener en cuenta el offset del Amplificador operacional de la primera etapa, por muy bajo que sea el offset de un AO puede ser de 1 o 2mV lo que hace que si amplificamos esto en las etapas siguientes falsee la señal.

tengo que buscar la solución para eliminar el offset
« Última modificación: 25 de Septiembre de 2020, 07:58:57 por juaperser1 »
Visita mi canal para aprender sobre electrónica y programación:

https://www.youtube.com/channel/UCxOYHcAMLCVEtZEvGgPQ6Vw

Desconectado Snaut

  • PIC12
  • **
  • Mensajes: 57
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #11 en: 26 de Septiembre de 2020, 05:58:41 »
Como vas a medir AC para eliminar la continua provocada por el offset con un condensador en serie te debería valer.

Desconectado juaperser1

  • Colaborador
  • DsPIC30
  • *****
  • Mensajes: 2901
Re:Medida diferencial alterna
« Respuesta #12 en: 02 de Octubre de 2020, 16:52:07 »
Bueno después de mucho simular creo que asi esta bien:

tengo una primera etapa que amplifica 100 la salida del transformador toroidal, con un LTC6240 que tiene un input bias de 1pA por lo tanto no influirá en la medida, esta colocado en amplificador no inversor:

 

* Sin título.png
(14.8 kB, 1149x358 - visto 65 veces)


Despues de aqui va a un 74hc4051, para seleccionar los 6 toroidales y va hacia un amplificador de instrumentación con una ganancia de 100 y un offset de 1.5V para adecuar la señal al ADC:

 

* Sin título2.png
(14.86 kB, 1151x446 - visto 66 veces)


y ya de aquí al ADC, las resistencias en conjunto con los condensadores van formando filtros paso de baja con una frecuencia de corte de unos 1500Hz.

De esta manera obtengo unos 50mV por cada 0.5 mA que circulen por el toroidal.

un saludo.
Visita mi canal para aprender sobre electrónica y programación:

https://www.youtube.com/channel/UCxOYHcAMLCVEtZEvGgPQ6Vw


 

anything