Wie kann man den Spannungsabfall von 0-60 mV eines Strom-(Erfassungs-)Shunts auf 0-10 V verstärken?

Ich möchte den Strom meines Systems mit einem Shunt messen. Mein System hat einen maximalen Strom von 10 A. Wie kann ich das 0-60-mV-Signal vom Shunt in ein 0-10-V-Signal für meine SPS ändern?

Ihre Ausbildung besteht hauptsächlich darin, zu lernen, wie man lernt. Das bedeutet, zu lernen, wo man suchen und die Antworten leicht finden kann. (wie eine Suchregisterkarte oder eine Suchmaschine mit den richtigen Schlüsselwörtern. electronic.stackexchange.com/questions/333592/…
Befindet sich der Shunt auf der niedrigen Seite (Masse) oder auf der hohen Seite (Versorgung) der Last?
@peufeu Guter Punkt, aber ich würde weiter gehen. Was ist, wenn sich keines der Enden des Shunts in der Nähe des Bodens oder einer hohen Seite befindet? Es könnte tatsächlich "irgendwo" in der Schaltung sein.
Dies ist eine Design-Website, und Ingenieure möchten Ihnen gerne zeigen, was Sie herstellen können, aber ich würde vorschlagen, einfach ein Signalaufbereitungsmodul zu kaufen, das eine galvanische Trennung bietet, die für die maximal erwarteten Spannungen geeignet ist. Sie verwenden aus einem bestimmten Grund eine robuste SPS, warum sollten Sie sie mit hausgemachten Seepocken gefährden? Es gibt auch mehr Möglichkeiten, als ich zählen kann, dass dies in Tränen enden könnte, ohne VIEL mehr Informationen als bereitgestellt wurden.
+1 für @SpehroPefhany auch LEM stellt eine ganze Reihe isolierter Halleffekt-Stromsensoren her, die schön sind, wenn Sie nicht an Spannungen denken möchten ...

Antworten (1)

Was Sie brauchen, heißt " nichtinvertierender Operationsverstärker ".

Und es sieht so aus:

zwei Widerstände

Die Spannungsverstärkung wird sein 1 + R 2 R 1 , in diesem Fall R 2 Ist 10 k Ω Und R 1 Ist 60 Ω .

Aber ich gehe nicht davon aus, dass Sie es bekommen haben 60 Ω herumliegen, aber vielleicht hast du ein Potentiometer herumliegen, das du einstellen kannst.

In diesem Fall würde es einfach so aussehen:

Potentiometer

Wie Sie sehen können, heißt es 2.4 v statt 10 v , das liegt daran, dass es in der Simulation nur 20 Schritte gibt, oder sind es 10, spielt keine Rolle. Ich kann es nicht schaffen 10 v in der Simulation, aber in der Realität können Sie das problemlos tun.

Hier ist ein Link zur Simulation, wenn Sie ... herumspielen möchten.


BEARBEITEN nach dem Kommentar von Transistor

Wenn Sie einen Operationsverstärker haben, der keine negative Spannungsversorgung ausgeben kann, werden diese Schaltungen, die von den beiden oben genannten aktualisiert wurden, mit Sicherheit für Sie funktionieren. Beachten Sie, wie die Eingänge des Operationsverstärkers geschaltet haben und dass als Ausgang ein Widerstands-Transistor-Wechselrichter vorhanden ist. Wenn die Eingabe ist 0 M v dann gibt es ungefähr aus 10 M v (nicht perfekt, aber es schlägt 1.5 v ). wenn die Eingabe ist 60 M v es gibt aus 10 v .

Widerstände

Beachten Sie, wie ich das Feedback auf geändert habe 600 Ω Und 100 k Ω stattdessen. 10 Mal höher als zuvor. Das liegt daran, dass ich gewählt habe 10 k Ω Ziehen Sie den Widerstand hoch, um sicherzustellen, dass der Transistor den Widerstand nach unten ziehen kann und keine übermäßige Leistung verloren geht. Hätte ich gewählt 1 k Ω Widerstand wäre es stattdessen gewesen P = v 2 Ω = 12 2 1000 = 144 M W . Statt 144 M W es schneit 14.4 M W .

Und hier ist die andere Schaltung, die jetzt a enthält 100 k Ω Potentiometer

100 kPot

Und hier ist der Link für diejenigen, die zufällig herumspielen wollen.

Und der Operationsverstärker muss in der Lage sein, mit Eingängen und Ausgängen bis zur negativen Versorgungsschiene zu arbeiten, wenn Sie nur eine positive Versorgung haben.
@Transistor Dein Kommentar verwirrt mich.
Bei I = 0 ist der nicht invertierende Eingang 0 V und der Ausgang sollte 0 V sein. Für eine Single-Ended-Versorgung (ich sagte "nur positiv", weil ich befürchtete, dass das OP "Single-Ended" nicht verstehen würde). ) benötigen Sie einen Operationsverstärker, der 0 V ein- und ausgeben kann. Viele Standard-Operationsverstärker können den Ausgang nur auf 1,5 bis 3 V von der negativen Versorgungsschiene herunterschwingen. Siehe electronic.stackexchange.com/questions/327109/… .
@Transistor huh, das ist das erste Mal, dass ich von Operationsverstärkern höre, die die negative Schiene nicht erreichen können. Ich dachte, alle Operationsverstärker könnten das tun, und es waren einige Operationsverstärker, die die positive Schiene nicht erreichen konnten. Vielen Dank für die Ausarbeitung.
Es werden regelmäßig Fragen zu "Warum mein Operationsverstärkerausgang nicht unter XX Volt sinkt" gestellt. Beachten Sie, dass bei Rail-to-Rail-Operationsverstärkern der Pulldown oder Pullup oft sehr schwach ist, wenn Sie sich der Schiene nähern, sodass Sie nicht viel Strom liefern oder aufnehmen können. " ... und es waren einige Operationsverstärker, die die positive Schiene nicht erreichen konnten. " Die meisten Ausgangsstufen sind etwas symmetrisch, sodass Sie an beiden Enden das gleiche Problem haben. Es gibt solche, die optimiert sind, um die negative Schiene zu erreichen, da dies das häufigste Problem ist, da der negative Stromkreis GND ist.
Ihre Bearbeitung hat Ihren Simulator banjaxed. Sie haben keine negative Rückkopplung auf Ihren Verstärker. Wenn der invertierende Eingang etwas höher geht als der nichtinvertierende, schlägt der Ausgang gegen die negative Schiene (oder so nah wie möglich). Ihre ursprünglichen Schaltungen waren korrekt, brauchten aber nur den Rail-to-Rail-Operationsverstärker.
@Transistor Tatsächlich habe ich diese Schaltung gebaut und sie hat für mich funktioniert. Obwohl die Schaltung, die ich IRL gemacht habe, nur ein Follower war, kein Verstärker wie in meiner Antwort. Ich bin mir also ziemlich sicher, dass es funktionieren wird. Wenn Sie den Ausgang invertieren, tauschen Sie einfach die Eingänge. Funktioniert super.
Nur um die Verwirrung zu verstärken, was ist, wenn die 10 A des OP nicht auf Masse bezogen sind? So liegt beispielsweise ein Ende des 60-mV-Shuntabfalls bei 2000 V und das andere Ende bei 2000,06 V?
@jonk Stimmt, das habe ich nicht vorhergesehen. Aber das hätte OP in der Frage sagen sollen, denn das klingt so, als wäre es erwähnenswert. Wenn das der Fall ist, hoffe ich, dass jemand anderes antwortet;] (weil das Entwerfen eines isolierten, nicht invertierenden Verstärkers mühsam ist) - Alles, was wir jetzt tun können, ist zu warten, bis OP sagt, ob das der Fall ist oder nicht.
@HarrySvensson Mir fielen auf einmal mehrere verschiedene Topologien ein (Erdungsrückführungsregelung, Hochspannungsstromüberwachung usw. usw.). Diese unterscheiden sich so stark voneinander, und nichts, was das OP geschrieben hat, hat zwischen ihnen geklärt. Nun ja.