Aumentare precisione acquisizione in corrente 4-20mA

[Moreno]

Per una applicazione particolare dovrei acquisire una ventina di canali 4-20mA ad alta precisione senza però dover calibrare singolarmente ogni canale con una corrente campione. Con i vostri moduli analogici fornite una resistenza da 62Ohm allo 1% quindi, partendo dal presupposto che la scheda abbia una precisione migliore dello 1%, il punto debole rimane proprio la resistenza.

In commercio ho trovato resistenze da 61,9Ohm allo 0,1% che rientrerebbero perfettamente nel range di tolleranza della resistenza fornita. Quello che vorrei sapere è quale è il valore teorico di progettazione di questa resistenza? proprio 62Ohm ?

Visto che la scala è sempre quella della tensione e si perdono 3 bit vorrebbe dire che il fondo scala a 20mA dovrebbe essere 1,25Volt con una resistenza di 62,5Ohm che è nel range alto della tolleranza della Vostra resistenza (62,62Ohm) e che si può ottenere con 2 resistenze da 125Ohm 0,1% in parallelo. E’ corretto il mio ragionamento ?

Nella pagina del modulo di acquisizione dei segnali analogici non ho trovato riferimenti alla precisione interna dell’acquisizione, quale è questo valore ?

[Sergio Bertana]

Utlizzando gli ingressi in tensione con scala 0÷1 Volt avrai come risoluzione di acquisizione 1,577 uV/bit se tu inserisci come shunt una resistenza da 50 Ω per avere 1 volt a 20 mA la tua risoluzione in corrente sarà di 0,031 uA/bit.

Questo significa che la tua misura da  0÷20 mA sarà suddivisa in oltre 630000 punti, e credo che siano più che sufficenti per ogni tua esigenza.

Essendo poi tutto regolato dalla legge di Ohm non necessita alcuna taratura, perchè i tuoi mA sulla resistenza generano volt che sono acquisiti dal convertitore A/D. La precisione è data dalla tua resistenza visto che l’impedenza in ingresso del convertitore (Con ingresso ad 1 Volt) è infinita.

Ma attenzione allo 0,1% della resistenza, perchè noi utilizziamo si resistenze allo 1% ma con bassissima deriva termica 50 ppm/°C, perchè è inutile spaccare il capello con la precisione della resistenza se poi questa cambia di valore al variare della temperatura. E le resistenze a bassa deriva termica sono molto costose.

[Moreno]

Eh già non avevo considerato l’impedenza d’ingresso del canale che è effettivamente alquanto bassa. Non avevo considerato l’idea di utilizzare la modalità 0÷1 Volt che mi sembra decisamente la soluzione ottimale. Visto che non ho grossi problemi sul carico, per proteggere l’ingresso metterò:

– Diodo protezione contro inversione (La mia corrente è sempre positiva)
– Resistenza da 250 Ohm
– Diodo TVS ESD5Z7.0 verso massa (con corrente inversa da 10nA)
– Resistenza da 250 Ohm
– Ed infine la resistenza da 50 Ohm 0,1%

A 20mA la caduta di tensione è di 11,7 Volt, più che accettabile e la massima tensione ai capi dell’ingresso (nel caso mi attacchine il +24Volt all’ingresso) è di 1,75Volt che dovrebbe essere accettabile per lo ADC.

Ho avuto tristi esperienze con la deriva termica delle resistenze e da allora uso solo resistenze all’1% o allo 0,1% che costano 10/15 volte tanto ma hanno stabilità a 15ppm.

[Sergio Bertana]

Gli ingressi analogici sono già intrinsecamente protetti, anche se dovessi applicare un 24 Volt non ci sarebbero problemi. Il tuo circuito di protezione è anche esagerato, ma certo il segnale dal campo dever andare prima alla resistenza di shunt da 50 Ω e poi in uscita puoi mettere tutte le resistenze e diodi che desideri prima di entrare nell’ingresso del modulo analogico.

Come ti dicevo l’ingresso ed a alta impedenza e quindi le resistenze da 250 Ω in serie all’ingresso sono completamente trascurabili.

[Moreno]

Finalmente il mio progetto di DataLogger a 20 canali 4-20mA si può dire completo, non è stato esattamente una passeggiata ma più o meno tutti i problemi sono stati risolti.

Per avere un range di corrente più ampio e proteggere le resistenze da una eccessiva dissipazione ho utilizzato 2 resistenze da 21 ohm 0,1% 1/4W in serie così da ottenere 42 Ohm 1/2W , in questo modo posso leggere correnti sino a 23,8mA.

Per proteggere la resistenza ho aggiunto in serie una resistenza da 220Ohm 3W, così, anche nel malaugurato caso che venga collegato il +24 direttamente, le resistenze non esplodono.

Non ho messo il diodo di sovratensione perche la corrente di fuga era eccessiva ed alterava le misure, in ogni caso, anche applicando 24Volt all’ingresso la massima tensione sulla resistenza da 42Ohm è di 3,8Volt, abbondantemente inferiore ai 5Volt d’alimentazione.

Devo dire che sono MOLTO SODDISFATTO della precisione di queste schede di acquisizione. Senza procedere ad alcuna calibrazione la precisione è sempre risultata all’interno di +/- 0,1%, con una semplice calibrazione a 2 punti sono riuscito a scendere ad una precisione teorica di +/- 0,03%.

[Autore]

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