Differential-Operationsverstärker zur Messung des negativen Stromflusses durch den Shunt (Schienen auf 0 und 5 V eingestellt)

Hinweis* Ich habe einiges gesucht und obwohl es verwandte Themen zu diesem gibt, ist dieses einzigartig und ich denke, es rechtfertigt eine eigene Frage, zumal es verboten ist, zusätzliche Fragen in einem anderen Thread zu stellen.

Batteriestrom über Shunt messen

Das ist irgendwie ähnlich zu meinem Problem, aber die eigentliche Frage ist anders.

Ich möchte Strom messen und in ein analoges 0-5-Spannungssignal umwandeln. Ich habe bereits einen Shunt. Ich denke, es sind 0,5 mOhm. Der Strom reicht von -50 Ampere bis +200 Ampere (in Zukunft sind sogar +400 Ampere möglich). Mich interessiert nur der Gegenstrom. Der positive Strom ist mir egal. 0 Ampere und +200 Ampere können alle Null ausgeben. Ich habe bereits eine Operationsverstärker-basierte Schaltung für andere Funktionen im Zusammenhang mit diesem Projekt. Alle Operationsverstärker in diesem Schaltkreis haben Schienen, die auf 0 und 5 V eingestellt sind. Wenn mich nur die positive Spannung interessieren würde, würde ich denken, ich könnte einfach jede Seite des Shunts an die Eingänge eines Differenzial-Operationsverstärkers anschließen

Angenommen, das würde funktionieren, würde es in umgekehrter Richtung funktionieren? Nun, natürlich nicht, die Differenz zwischen den beiden ist negativ und wird bei 0 V schimpfen. Aber wenn ich s+ und s- als Eingang in die entgegengesetzten Eingänge des Operationsverstärkers schalte, dann ist ihre Differenz (v2-v1) positiv (-2mV - -4mV).

Meiner Meinung nach sollte das funktionieren, aber die eigentliche Frage ist, dass beide Eingänge unter der negativen Schiene liegen. Ich habe keine Operationsverstärker mit Eingangssignalen jenseits der Schienen bearbeitet. Hat mein Prototyp deshalb nicht funktioniert oder gab es einen Fehler, den ich nicht gefunden habe?

Ich habe auch ein gewisses Verständnis dafür, dass ich sehr kleine Spannungsabfälle an diesem Ding messen werde. Wenn ich auf einem 0,5-mOhm-Shunt nur 5 Ampere auflösen möchte, sollte das 5a * 0,5 Ohm / 1 k = 2,5 mV sein. Der Eingangs-Offset des Operationsverstärkers beträgt jedoch 200 uV, also gehe ich davon aus, dass ich einen Unterschied von 2,3 oder 2,7 mV sehen sollte, der in den Eingang des Operationsverstärkers geht, irre ich mich?

Wenn ich die Verstärkung auf etwa 200 einstelle, sollte ich für ungefähr 50 Ampere umgekehrt ungefähr 5 V als Ausgang des Operationsverstärkers sehen. 10 Ampere wären etwa 1V. Für meine Anwendung spielt es keine Rolle, ob der Eingangsoffset es etwas verzerrt. Ich brauche nur ein gewisses Verständnis der Rückstromamplitude. Mir ist klar, dass dies ein bisschen wie ein Buch ist; Entschuldigen Sie.

Update1*

Ich habe gerade eine Differenzschaltung mit demselben Operationsverstärker gebaut. Ich habe den Schienen 0 und 5 V gegeben und die Verstärkung auf 10 eingestellt. Ich habe dann jeden der Eingänge zufällig zwischen 0 und -1,4 V variiert und ungefähr zehn Messungen der Ein- und Ausgänge durchgeführt, und ich scheine die gewünschten Ergebnisse zu erhalten von G(V2-V1). Hinweis* Ich setze r1=r2 und r3=r4 so, dass sich die Differential-Operationsverstärker-Gleichung auf r2/r1(v2-v1) vereinfacht, aber trotzdem. Es scheint für die von mir getesteten Spannungen zu funktionieren, aber die Eingangsspannungen in den Tests hatten eine ziemlich große Amplitude im Vergleich zu dem, was ich vom Shunt bekommen werde. Irgendwelche Ideen?

Update2 * Da ich also die korrekte Ausgabe für Eingaben jenseits der Schienen erhalten kann, bedeutet dies, dass die Hälfte dieser Frage beantwortet ist. Die verbleibende Frage ist, ob dies für Eingänge von bis zu -2 mV funktioniert?

Ich zweifle daran. Hier ist einer der Gründe dafür. Als ich meine negativen Spannungen einstellte, die in den Operationsverstärker eingegeben wurden (ich tat dies mit Potentiometern), stellte ich einen auf, sagen wir, -0,5 V ein und ging, um den anderen einzustellen. Nachdem ich den anderen angepasst hatte, konnte ich zurückkommen und den ursprünglichen -0,5-V-Knoten überprüfen, nur um festzustellen, dass er sich auf -0,65 V verschoben hatte. Ich bekomme eine gewisse Instabilität. Normalerweise würde ich dies bekämpfen, indem ich beide Eingänge mit einem Spannungsfolger puffere, bevor sie zu den Eingängen des Subtrahierers + und - gelangen. Dies ist in diesem Fall jedoch unmöglich, da der Spannungsfolger einfach auf 0 herunterfahren würde und die negativen Spannungen verloren gingen.

Dies wirft die Frage auf, ob ein einfacher invertierender Operationsverstärker mit einer Verstärkung von -1 als effektiver negativer Spannungsfolger verwendet werden kann und dem System die erforderliche Stabilität verleiht, ohne die negativen Eingangsspannungen zu verlieren. Irgendwelche Ideen?

Update3* Ich werde das ausprobieren und sehen, ob es für mich funktioniert. Invertieren des Puffers mit Operationsverstärkern Warum sollte es mich interessieren, ob das Signal um 3 % ausgeschaltet ist? Es ist mir nicht so wichtig, dass die Signalunterschiede genau maßstäblich sind. Ich muss nur sehen können, wie es auf und ab geht.

Hier ist eine Frage. Wenn ich meine Frage ganz alleine beantworte, sollte ich sie löschen oder hier lassen, damit andere daraus lernen können?