求助：4-20mA测量 前端电路的选取

wangdanzhoudan

大家好，小弟现在忙于做一个8通道的采集板，每个通道都具有能测量4-20mA,0-5V,0-10V，各种内型的热电偶，PT100这几种内型，看了很多著名仪器厂商的采集板，大部分的框架都是电路0所示的框架，开关的话都是用光耦继电器来切换，AD的话我初步选型 TI ADS1248，主要是我们是高精度测量，电流要精确到0.001mA,电压要到1mV,这个做PT100也方便，有自带的恒流源可以配置输出，电压处理的话，我是先觉得用一个跟随器隔离一下信号源，再用一个比例运放电路把信号缩小1倍，因为这样就可以直接把0-10V也直接可以测量了现在遇到的问题是：1：为何要用光耦来切换，信号继电器肯定是不好，有声音，体积又大，我的意思是他们为何不采用模拟开关呢？是否这个光耦还有其它的目的呢？或者有耐压的作用吗？也解释不清，2：我在设计电流检测电路的时候，不知道用电路1好还是电路2好，也不知道电路2有什么优势，3：大家能否提供几个电流电压处理的电路给小弟，谢谢了！

zhao_pc0305

建议楼主找一块大厂家的通用的二次仪表,把前端完整的抄下来,集中精力自己做软件部分.其实自己设计的话还是有很多问题需要考虑的.

wangdanzhoudan

公司老板不肯呀，没办法

нoнo..饅頭

不考虑隔离？？？

wangdanzhoudan

нoнo..饅頭 发表于 2014-11-19 08:31
不考虑隔离？？？

大哥，你是说用光耦来隔离？我觉得没必要吧，前端都有钳位保护，应该没啥问题的，隔离还有啥好处呢？

pic_flash

图一， 直接采样的话， 你要考虑A/D 的内部采样电阻，也是并联在你的采样电阻了 （可能是10KΩ）。。
还有， A/D的接地呢？和4-20mA 的其中一端共用吗？ 不隔离？

电路2：
优点是高输入阻抗， 但是也没隔离

zhugean

只有电路图0可以啊，其他都没有考虑共模电压的问题，不能用的

wangdanzhoudan

pic_flash 发表于 2014-11-19 09:09
图一， 直接采样的话， 你要考虑A/D 的内部采样电阻，也是并联在你的采样电阻了 （可能是10KΩ）。。
还有 ...

你好，这位大哥，我是这样想的，我都是采用差分输入来测量的，AD的接地我是直接接到AGND上面，用一个磁珠或者0欧电阻把它和单片机的GND隔开一下，你说的要和信号进行隔离的话，用光耦进行隔离吗？有什么好处呢？我觉得没必要吧，这样的话，AD的地应该和信号过来的地没啥联系了，打算在信号进来端加个0603的磁珠，再几个电容应该就可以了吧，不知道大哥有何建议，指点一下小弟，还有就是这个加了运放的话应该是提高了输入阻抗，有点不懂你说的AD内部有个10K电阻并联的情况，我上一个项目就是直接来测量，好像问题不大，用ADS1118来做的，精度达到了0.01mA,求指点！

wangdanzhoudan

zhugean 发表于 2014-11-19 10:02
只有电路图0可以啊，其他都没有考虑共模电压的问题，不能用的

这位大哥，求指点，共模电压的话，用差分输入就应该好很多了吧，还有什么好的办法，指点一下小弟！

zhugean

差分电路，也需要共模电压的，就算是轨对轨输入的运放，其输入共模电压也不能大于电源轨

wangdanzhoudan

zhugean 发表于 2014-11-19 12:05
差分电路，也需要共模电压的，就算是轨对轨输入的运放，其输入共模电压也不能大于电源轨 ...

多谢大哥指点，有没有什么好的办法来解决呢?我打算用OP7运放，确实是这样，当我测量0-10V的时候，跟随器的共模输入电压会超过运放的供电电压，难道要先用电阻分压？不知道有没有什么好点的方案

kinsno

wangdanzhoudan 发表于 2014-11-19 11:23
这位大哥，求指点，共模电压的话，用差分输入就应该好很多了吧，还有什么好的办法，指点一下小弟！ ...

差分输入？你不会以为1就是差分了，你以为GND过一电感再接到MCU的GND上面去？如果是8路呢，每路的电源都不一样，这个时候8路信号的地电平实际上都是不一样的，你是否考虑过他们的共地问题？只有在这个时候才体现出差分的好处；

wangdanzhoudan

kinsno 发表于 2014-11-19 20:14
差分输入？你不会以为1就是差分了，你以为GND过一电感再接到MCU的GND上面去？如果是8路呢，每路的电源都 ...

大哥，小弟不明白你说的什么意思？再仔细点好吗？谢谢！

pic_flash

wangdanzhoudan 发表于 2014-11-19 11:21
你好，这位大哥，我是这样想的，我都是采用差分输入来测量的，AD的接地我是直接接到AGND上面，用一个磁珠 ...

你的设计要求是， 8通道， 要测量 4-20mA ， 0-5V， 0-10V，热电偶，PT100， 在同一结构上， 对吧。。
4-20mA要求精度在0.001mA ！

热电偶，PT100， 有源或无源， 都是你提供的“源”。。这个你无需隔离。。

4-20mA， 0-5V， 0-10V 就有点不太一样了。。

这些4-20mA 信号，发送机，比较高档的，他可能是也是隔离电源， 才送出电流信号的。。
如果， 单是接去你的设备 （你没隔离）， 这个是也没有问题的。。而且你也成功了。。

但是， 如果用户有多过一个接收机呢？ 4-20mA 电压够的话， 是可以被串联几个接收机的。。
这个在工业很常见。。比如某某机器系统已经有了原来的系统了。。
然后有人希望可以在中间再读取那个4-20mA 信号， 截取信号注入到另一个监视系统之类的。。
如果那第二个串联的4-20mA 接收机， 没有隔离， 他就有可能会影响或干扰本来系统。

你一定会问， 怎样干扰呢？
很多设备的电源， 多是开关电源， 开关电源内， 一般都有Y电容接在零线，或可能地线。。
那么那个 Gnd，和地线可能存在压差。。

看你的图二， 4-20mA 通过R1，R3, R5 接地了。。

我要表达的不是很好。。也或许我要说的问题， 并不是问题。。也许我多虑了

既然4-20mA 是电流源，他是可以串联的。。
下面我放个图，如果电源或地是隔离的情景， 或不隔离的情景， 你参详看看可有不同。。




HCPL-7800A 是光耦隔离运算放大器， 给你参考而已。



关于我说ADC 的10k 输入内阻， 那个可能我说错了。。因为我很常用PIC单片机的内建ADC， 那个的确是有10K的采样电阻的， 一看AD 就想到那边去。。
很抱歉， 没有看到你是用外接的ADC

wangdanzhoudan

大哥，你说的问题我们以前就遇到过，当时我们是配一个热电偶给客户，他们的系统要直接接热电偶，还要把热电偶并在我们的仪器上，这样，我们这边会影响到他们的PLC系统，后来用一个热电偶变送器转成4-20mA,我们仪器读4-20mA就没问题了，我觉的这个变送器就是用来隔离一下而已，谢谢了，理解了你的意思！