Strommess-Operationsverstärker mit integriertem Shunt im Vergleich zu teurem Widerstand

Nehmen wir zur Vereinfachung meiner Frage an:

Ich muss +/-7,07 A RMS-Wechselstrom in +/-707 mV RMS-Spannung mit hoher Genauigkeit (0,1 % oder besser) umwandeln.

Es kann auch eine höhere Spannung sein, bis zu +/-2,5 Vpk.

Im Moment messe ich nur die Spannung am Ohmite 15FR100E-Widerstand:

  • 100 mOhm
  • 90 ppm/°C
  • 35°C/W
  • 5 W

Wenn ich versuche, einen RMS-Strom von 5 A zu messen, erwärmt er sich wahrscheinlich um etwa 87,5 ° C (berechnet aus Wärmewiderstand und Leistung) und das ergibt eine Widerstandsänderung von etwa 0,788 % (berechnet: 87,5 ° C * 90 PPM / ° C).

Ich möchte dies verbessern und denke über zwei Optionen nach:

OPTION 1. Verwenden Sie einen teuren Widerstand: Powertron FPR 4-T221 0R100 S 1% Q

  • 100 mOhm
  • 25 ppm/°C
  • 4,8°C/W
  • 3°C/W Kühlkörper
  • 15 W
  • 4-polig

Und dies sollte mir eine Widerstandsänderung von 0,024% geben (von 5A RMS).

OPTION 2. Verwenden Sie den Strommessverstärker INA250 mit fester Verstärkung und integriertem 2-mOhm-Shunt.

Funktionen des Operationsverstärkers INA250 aus dem Datenblatt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich denke, davon kann ich ausgehen

  • Thermische Probleme kann ich vergessen, weil Shunt R sehr klein ist
  • Ich kann 0,3% Verstärkungsfehler kompensieren
  • Wenn ich die 200-mV / A-Version auswähle, bekomme ich eine 2-mal höhere Spannung als mein Shunt, und das ist in Ordnung

Aber ich bin mir nicht sicher bei (FRAGEN):

  • Kann ich den 50-mA-Offsetfehler (das sind ~ 0,7 % meines 7,07-A-Spitzenstroms) einfach ignorieren, wenn ich den Sinus-Effektivwert genau messen muss?
  • muss ich mit zusätzlichen Fehlerquellen rechnen, wenn ich den Shunt durch INA250 ersetze?
  • ist das so einfach? Wirklich? Ein 4-Dollar-Operationsverstärker ersetzt einfach so einen großen teuren Shunt?

Anhänge:

Billiger Ohmite-Widerstand, den ich jetzt benutze:

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Teure Powertron-Widerstände:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn jemand fragt, warum ich keinen Widerstand wie 10 mOhm verwende, um die Wärme zu reduzieren - die Antwort lautet, weil ich versucht habe, einen Operationsverstärker mit 10-facher Verstärkung im Schaltkreis zu vermeiden, wäre dies eine zusätzliche Fehlerquelle. Vielleicht hatte ich unrecht. Eigentlich geht es hier nicht um Messungen, ich baue eine Stromquelle ähnlich dieser:

http://www.kswichit.com/VCCS/vccs.htm

"...mit hoher Genauigkeit ( 0,1 % oder besser )." - Warum?
Weil diese Schaltung als Kalibrator für ein Produkt (Messgerät) verwendet werden soll, das eine Genauigkeit von 0,1% erreichen kann. Mit einem Kalibrator mit einer Genauigkeit von 0,1 % kann ich eine Produktgenauigkeit von etwa 0,2 % erreichen. Dies ist für Produktzwecke gut genug, aber wenn es möglich ist, einen 0,05-%-Kalibrator für ein paar Dollar (ca. 20-50 USD) mehr zu bekommen - warum nicht. Und vielleicht kann ich kleinere Ströme in einem einzelnen Bereich (einem Widerstand) genauer messen, anstatt den Bereich umzuschalten.

Antworten (1)

Wenn Sie ein Kalibrierungswerkzeug bauen möchten, sollte Ihr Werkzeug genauer sein als das Produkt, das Sie zu kalibrieren versuchen. Sie scheinen eine Mahlzeit aus der Erfassung mit relativ hochwertigen Reihenerfassungswiderständen zu machen. Sie sollten versuchen, den Sinn R zu minimieren.

Sie könnten hier oder hier beginnen, um Hinweise zum genauen Messen zu erhalten (ignorieren Sie die Tatsache, dass es bei den Links um das Messen niedriger Ströme geht). Diese geben Ihnen ein viel besseres Verständnis für die Genauigkeit und Leistung, die Sie erreichen können.

Ein großartiger Artikel zum Nachdenken ist dieser über uCurrent Gold. Geben Sie hier die Bildbeschreibung einDas grundlegende Design könnte problemlos auf viele Verstärker skaliert werden, und zwar mit hoher Genauigkeit und sehr geringer Verlustleistung.

"Sie sollten versuchen, den Sinn R zu minimieren." Ich mache mir Sorgen um Geräusche und Offsets vom Operationsverstärkereingang bei niedrigen Spannungen / Widerständen. Ich sollte nicht? Wie tief kann ich gehen?
Nun, ich weiß ein bisschen über uCurrent und ich habe Teile, um es zu bauen, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich MAX4239 einfach mit 10-20-facher Verstärkung in die Rückkopplungsschleife von OPA541 stecken kann.
Low Sense R bedeutet geringes Rauschen ... offensichtlich. Wenn das von Ihnen beschriebene "Rauschen" im externen Strompfad auftritt, ist es kein "Rauschen". Der Verstärker ist bereits ein rauscharmer Teil, daher sollte das Rauschen des Verstärkers kein Problem darstellen.
Ich mache mir mehr Sorgen um Rauschen und Offset der Signalquelle, die OPA speist. Wenn 1 mV Rauschen von der Signalquelle vorhanden ist, verdoppelt der halbe Widerstand das Verhältnis von Rauschen zu Signal. Mein erster Prototyp hat keine Signalquelle und ich verwende den Analog Discovery 2-Generator, und es sieht so aus, als ob mehr als 1 mV RMS Rauschen vorhanden ist. Dies ist keine große Sache, wenn ich nur wenige Verstärker erzeuge, aber wenn ich eine Sinuswelle mit ziemlich 50 mA RMS benötige, sind Rauschen und Offset im Verhältnis zum Signal enorm. Deshalb habe ich einen 100-mOhm-Widerstand gewählt (Schaltung arbeitet mit höheren Eingangsspannungen).
Strommess-Operationsverstärker mit integriertem Shunt im Vergleich zu teurem Widerstand
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