Acquisizione tensione e corrente di motore DC

[JeanValjean]

Buongiorno

Avrei bisogno di un consiglio da parte vostra e spero di avere azzeccato il forum giusto.
In caso contrario qualcuno mi suggerisca come spostare il messaggio.

Devo misurare la corrente e la tensione di un piccolo motore elettrico a spazzole e acquisire i valori mediante due canali di acquisizione analogica.
Modello e marca dell'acquisitore non hanno importanza, vi basti sapere che il circuito di acquisizione si basa sulla classica composizione di OP AMP per la stumentazione.

Acquisitore

Sull'acquisitore si possono impostare delle calibrazioni software che traducono i +-10V in ingresso in unità ingegneristiche come mA, V, kN, Etc.

Il motore viene alimentato con un alimentatore da 12-15V, esterno all'acquisitore e che non ha riferimenti di terra con esso.
Ho pensato di usare un resistore da 10 Ohm come shunt per leggere la tensione ai suoi capi in modo da determinare la corrente mediante un'apposita calibrazione dello strumento di lettura.
Quando si leggerà 1 V vorrà dire che passa 1mA.
Le resistenze R1 e R2 servono solo a non proporre all'acquisizione un segnale superiore a 10V.
Essendo un partitore con resistenze uguali quando leggerò 6V vorrà dire che sul motore ci sono 12V.
Con la calibrazione riporto tutto con un fattore 2.

Motore

Quindi sui singoli canali verranno proposte tensioni dell'ordine di 1V e 6V e quindi pienamente in linea con le specifiche dell'acquisitore ( -+10V).

Anche se dovesse aumentare la tensione sull'alimentatore esterno sui singoli canali non dovrebbero esserci problemi.

Tuttavia all'atto pratico si è verificato un danno sul canale di acquisizione della CORRENTE e sono un po' triste e cosi' anche il proprietario dell'acquisitore.

Probabilmente il circuito ha un vizio di progettazione in quanto è vero che singolarmente i canali leggono tensioni appropriate ma i due acquisitori fanno parte dello stesso circuito e quindi tra i punti A e D si misurano complessivamente tensioni superiori a quelle ammesse.

Insomma il circuito è troppo semplice e va trovato il modo di renderlo più tollerante alle tensioni di modo comune e alle differenze di potenziale di terra.

Ho pensato a delle barriere galvaniche ma lo trovo poco elegante ( e costoso ).

Confido in voi.

[elfo]

resistore da 10 Ohm come shunt per leggere la tensione ai suoi capi in modo da determinare la corrente mediante un'apposita calibrazione dello strumento di lettura.
Quando si leggerà 1 V vorrà dire che passa 1mA

Presumo che sia un errore di battuta: con 10 ohm e 1 V si hanno 100 mA.

Per quanto riguarda le rotture occorrerebbe analizzare con un oscilloscopio le tensioni presenti su gli ingressi.

Se lo schema dell'OP AMP per la stumentazione che presenti e' reale e le resistenze in ingresso (quelle collegate al canale di lettura) sono da circa 10 k e gli op-amp sono "normali" allora il circuito resiste a spike fino a 40 - 50 V (IMHO).

Un generico current sense amplifier (cerca con google) ad es.:

CS30 della ST

• Wide common-mode operating range: 2.8 to 30 V

• Wide common-mode surviving range: - 0.3 to 60 V (load-dump)

• Wide supply voltage range: 4 to 24 V

P.S. Le masse (triangolini di massa) dell'Acquisitore e del Motore come sono collegate?

[stefanopc]

Per la corrente ti consiglio i sensori allegro acs712 e simili.
Hai poca caduta di tensione e risolvi anche il problema di separazione delle masse.
Ciao

[JeanValjean]

Grazie della risposta.
Scusa da subito le tante domande.

Si, certo 1mA era un errore di battitura. Con 1 V abbiamo 100mA.

Il circuito dell'acquisitore è reale e gli operazionali in questione dovrebbero essere AD8599.
Dico dovrebbero perché non ho il vero schema elettrico ( solo quello di una versione precedente) e gli integrati vicino al connettore sono proprio quelli.

Comunque non ho modo di fare modifiche all'acquisitore che dobbiamo considerare inaccessibile.
E' un doppio canale di acquisizione analogico +-10VDC.
La modifica è solo possibile sul lato motore.

Entrambi i circuiti sono alimentati da due switching indipendenti e non hanno relazioni di massa tra di loro.
L'acquisitore ha un alimentatore duale interno da +-15V e la massa a terra.
Il motore è alimentato da un piccolo alimentatore switching tipo ricarica cellulare e il secondario possiamo considerarlo floating.

Quindi le relazioni di potenziale sono date dalle stesse connessioni dei canali di lettura. E forse questo è il problema.

per quello che riguarda la soluzione che hai proposto vorrei capirla meglio.

Mi sembra di capire che suggerisci di frapporre l'integrato tra la resistenza da 10Ohm e il canale di lettura della corrente lasciando inalterato quello della tensione.
Ipotizzando di alimentare il CS30 con 12 VDC quanto sarebbe l'uscita a fronte del 1V sulla Resistenza da 10?
Ci sarebbe una corrispondenza lineare?

Su RS Comp trovo varie versioni CS30BL, CS30CL, CS30AL. Quale mi consigli?

Non ci sarebbero versioni DIL da saldare senza perderci la vista? Con gli SMD non mi trovo.

[JeanValjean]

Per la corrente ti consiglio i sensori allegro acs712 e simili.
Hai poca caduta di tensione e risolvi anche il problema di separazione delle masse.
Ciao

Grazie Stefano

Ho dato un occhiata alle caratteristiche e mi sembra che sia un integrato che legge grandi correnti.
Nella mia applicazione al massimo leggo 100mA e con la resistenza di shunt ho 1V da dare in pasto all'ADC con full scale di 10.

Usando ACS712 mi pare di capire che con 100mA ho solo 18,5mV che dovrebbero essere amplificati generando un fattore di conversione incerto.

Mi dai un parere?

[elfo]

operazionali in questione dovrebbero essere AD8599

Delicatini

Dal datasheet:

Differential Input Voltage1 ±1 V
If the differential input voltage exceeds 1 V, limit the current to 5 mA.

Entrambi i circuiti sono alimentati da due switching indipendenti e non hanno relazioni di massa tra di loro.
L'acquisitore ha un alimentatore duale interno da +-15V e la massa a terra.
Il motore è alimentato da un piccolo alimentatore switching tipo ricarica cellulare e il secondario possiamo considerarlo floating.

Quindi le relazioni di potenziale sono date dalle stesse connessioni dei canali di lettura. E forse questo è il problema

Credo che tu abbia centrato la causa della rottura.

Prova a leggere questo articolo di Rod Elliot (se sei in una big hurry vai alle sezioni "SMPS Kill Equipment ... ?" e "Killed Components")

The Humble Wall Transformer is the Latest Target for Legislators

https://sound-au.com/articles/external-psu.htm

[stefanopc]

Se sono solo 100mA e la resistenza di shunt la colleghi tra massa e motore invece che tra vcc e motore dovresti avere risolto.
Al micro fai sottrarre la tensione dello shunt al totale così hai più precisione se serve.
I sensori di cui ti ho parlato vanno bene dai 2 A in su.
Ciao

[elfo]

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

[MarcoD]

Se il morsetto "ritorno" del motore è isolato della carcassa metallica, è possibile mettere il resistore di shunt dal lato ritorno. Se si collega in questo modo, l'escursione del modo comune si riduce e vi sono meno rischi per l'operazionale.
Oppure (é quasi la stessa cosa) si mette il resistore shunt in serie al "negativo" dell'alimentatore.

[GioArca67]

Fra A e D ci sono fissi 12V...
Mettere lo shunt sotto?