Вольтметр на делителе напряжения с большим током нагрузки

sm4511022
Offline
Зарегистрирован: 11.05.2016

Доброго времени суток.

Вопрос может быть и банальный, просмотрел много тем, но нашел мало нужных мне расчетов.

Измеряю напряжение в цепи постоянного тока с помощью резистивного делителя. По цепи течет постоянный ток 40 В и 10 А. Ставлю делитель, расчитываю соотношение сопротивлений резисторов делителя по формуле Uделителя = (R2 / (R1 + R2)) * Uбп. При моих 40 В в цепи и выходных 5 В, у меня получается соотношение R1 = 7*R2.

Теперь вопрос: каким номиналом нужно выбирать сопротивление резисторов ?

Нашел в интернете две заметки:

  • Номинал сопротивлений делителя напряжения на резисторах должен быть в 100 - 1000 раз меньше, чем номинальное сопротивление нагрузки, подключаемой к делителю. В противном случае сопротивление нагрузки уменьшит величину разделенного делителем напряжения.
  • Малые значения сопротивлений, являющихся делителем напряжения, приводят к большим потерям активной мощности. Через делитель протекают большие токи. Необходимо подбирать сопротивления, чтобы они не перегорали и могли рассеять такую величину отдаваемой энергии в окружающую среду.

Нужно ли учитывать сопротивление на аналоговом порту ардуино (и чему оно, собственно, равно) ? Какой ток потечет на аналоговый порт ? Как его ограничить если он большой ?

ЕвгенийП
ЕвгенийП аватар
Онлайн
Зарегистрирован: 25.05.2015

Т.е. нагрузкой является аналоговый вход Ардуино?

В даташите написано, что выходное сопротивление источника сигнала для АЦП оптимально не более 10КОм (если чё, что выходное сопртивление делителя равно сопротивлению его резисторов, если их включить параллелльно. Строго говоря это не совсем точно, нужно ещё сопротивление источника учитывать, но оно обычно мало и не сильно влияет).

Но недавно знающие коллеги мне тут на форуме объясняли, что это верно, если измерять переменный сигнал достаточно высокой частоты. Для постоянного тока (а это был мой и теперь Ваш случай) можно не париться, а ствить исходя из того, что сопротивление входа порядка 100МОм - в 100-100 раз меньше, как Вы и написали, так что ставьте делитесь с суммарным сопротивлением обоих резисторов в 100-1000КОм. 

Я поставил 630К и 380К и для моего случая очень доволен.

sm4511022
Offline
Зарегистрирован: 11.05.2016

Силовая цепь - блок питания->кипятильник. Еще раз замечу что блок питания выдает постоянно 10А. К этой цепи подключаю делитель для измерения напряжения. Еще раз уточню, 100МОм - сопротивление аналогового входа ардуины ? По какому принципу вообще нужно выбирать сопротивление на резисторах делителя ? С моим коэффициентом R1 = 7R2 я могу выбрать резисторы на 7кОм и 1кОм, а могу на 70 кОм и 10 кОм, какая в таком случае будет разница и как это отразится на точности измерений ?

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

  Если Вы возьмёте низкоомный вариант делителя, то он будет рассеивать мощьность P = U*I = (U*U)/R. При высокоомных резисторах потери и тепловыделение будет меньше, но на малоточную цепь сильнее влияют внешние электромагнитные помехи - больше вероятность ошибочных измерений. Если энергопотери не критичны, то можно принять ток делителя 1 мА.  Далее практическими измерениями проверить правильность такого выбора и при необходимости изменить этот ток.

 

sm4511022
Offline
Зарегистрирован: 11.05.2016

Появился новый вопрос: как коэффициент деления делителя напряжения влияет на точность измерений ? При 5 В опорного напряжения, разрешение АЦП будет равно 5/(2^10)=4.8 мВ. Если я использую внутренний ИОН микроконтроллера и сделаю опорным напряжение 1.1 В, 1.1/(2^10)=1мВ. Но коэффициент деления для 40 В изменится с 8 на 37. Посоветуйте при каком варианте измерения будут точнее (при условии что опорное напряжение стабильно 5 В или 1.1 В).

sm4511022
Offline
Зарегистрирован: 11.05.2016

ЕвгенийП пишет:

Т.е. нагрузкой является аналоговый вход Ардуино?

В даташите написано, что выходное сопротивление источника сигнала для АЦП оптимально не более 10КОм (если чё, что выходное сопртивление делителя равно сопротивлению его резисторов, если их включить параллелльно. Строго говоря это не совсем точно, нужно ещё сопротивление источника учитывать, но оно обычно мало и не сильно влияет).

Но недавно знающие коллеги мне тут на форуме объясняли, что это верно, если измерять переменный сигнал достаточно высокой частоты. Для постоянного тока (а это был мой и теперь Ваш случай) можно не париться, а ствить исходя из того, что сопротивление входа порядка 100МОм - в 100-100 раз меньше, как Вы и написали, так что ставьте делитесь с суммарным сопротивлением обоих резисторов в 100-1000КОм. 

Я поставил 630К и 380К и для моего случая очень доволен.

Можете поделиться ссылкой на даташит к АЦП (где искал, так и не нашел какое конкретное АЦП стоит в атмеге). И где написано что сопротивление входа порядка 100МОм ?

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

Евтисеев А.В. - Микроконтроллеры AVR семейства Mega

ЕвгенийП
ЕвгенийП аватар
Онлайн
Зарегистрирован: 25.05.2015

sm4511022 пишет:

Можете поделиться ссылкой на даташит к АЦП (где искал, так и не нашел какое конкретное АЦП стоит в атмеге). И где написано что сопротивление входа порядка 100МОм ?

Конечно.

Даташит «ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P»

1. (про оптимально до 10К) страница 244, третья строка сверху: «The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of approximately 10К or less»

2. (про 100М) страница 310, последняя строка таблицы: «Analog Input Resistance 100 M»

sm4511022
Offline
Зарегистрирован: 11.05.2016

ЕвгенийП пишет:

sm4511022 пишет:

Можете поделиться ссылкой на даташит к АЦП (где искал, так и не нашел какое конкретное АЦП стоит в атмеге). И где написано что сопротивление входа порядка 100МОм ?

Конечно.

Даташит «ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P»

1. (про оптимально до 10К) страница 244, третья строка сверху: «The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of approximately 10К or less»

2. (про 100М) страница 310, последняя строка таблицы: «Analog Input Resistance 100 M»

Благодарю, это то что нужно. Подскажите, как обосновать необходимость ставить усилитель сигнала для АЦП этого микроконтроллера ? При каких напряжениях, как это на точность измерений влияет, желательно с расчетами. К примеру если падение напряжения на резисторе 0.05 В, нужно ли ставить усилитель ?

ЕвгенийП
ЕвгенийП аватар
Онлайн
Зарегистрирован: 25.05.2015

Тут, я к сожалению не помощник. Я программист, а в электронике просто любитель не особо продвинутый