Uso de un microcontrolador ADC para medir un sensor de 4-20 mA

Pregunta de un ingeniero de software nuevamente.

Tengo un dispositivo que funciona con la red eléctrica y emite una corriente de 4-20 mA según el caudal en una tubería. Me gustaría medir ese caudal con un microcontrolador.

A primera vista es fácil. Mi microcontrolador es 3v3, por lo que la corriente máxima debería producir un voltaje máximo de 3v3. Entonces R = 3v3/20mA = 165 ohmios. Si paso la corriente a través de 165R y mido el voltaje a través de la resistencia, todo está bien.

Mi problema es que no estoy seguro si realmente puedo hacer eso. El uC medirá un voltaje en relación con su conexión a tierra, por lo que debo conectar el uC Gnd al lado negativo de la resistencia de 165 ohmios. ¿Es eso seguro?

Entonces estaba mirando los circuitos de espejo actuales, pero todos comparten un plano Gnd entre los dos lados del espejo, por lo que no es mejor que el 165R simple.

¿Existe una forma "correcta" de aislar este sensor o se trata simplemente de conectar el suelo? Mi uC estará alimentado por un convertidor de alimentación de CC de 12 V de red eléctrica, por lo que tal vez la conexión a tierra sea la misma en ambos lados.

Respuestas (3)

Sí, simplemente conecte el extremo negativo de la resistencia a la tierra analógica del microcontrolador. Esta es una de las ventajas de una señal de corriente. Dado que el suministro del microcontrolador y el suministro del medidor de flujo están aislados entre sí, puede elegir un punto en cada uno donde pueda conectarlos.

Si bien su cálculo de 165 Ω es correcto, usaría un poco menos para poder detectar un exceso de rango. 150 Ω podría ser un buen valor.

Olvidé dónde encontré esto, probablemente como parte de una fuente de alimentación conmutada aislada, pero con un poco de inteligencia, puede hacer un sensor de corriente lineal con optoaisladores. Aquí está la idea básica:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

R1=R2. La corriente a través de R3 será la misma que la corriente original que se está midiendo. La ventaja de este circuito sobre un solo aislador y R1 es cancelar la no linealidad por la que son famosos los optoaisladores.

Los optoaisladores deben ser idénticos para que coincidan sus no linealidades. Si no está tratando con voltajes particularmente altos, es mejor hacerlo con un paquete doble o más. De lo contrario, se deben utilizar dos simples del mismo lote para permitir que los circuitos aislados permanezcan separados por la distancia mínima requerida.

Sería difícil mantener una distancia de fuga adecuada entre las dos mitades de un circuito optoaislado mientras se usa un optoaislador dual como este.
@NickJohnson: para una fuente de alimentación, esa sería una buena razón para usar dos sencillos del mismo lote, pero la situación del OP probablemente esté bien. Editaré mi respuesta para mencionar eso.

Los bucles de 4-20 mA pueden ser problemáticos si no sabe exactamente cómo se alimentan. Su mejor opción sería usar un aislador completo y, mientras lo hace, obtener un aislador que también pueda convertir la señal de 4-20 mA en una señal de 0-3 VCC. Los aisladores más comunes tienen salidas de 0-10 V CC o 0-5 V CC, pero son ampliamente ajustables.

Dicho esto, si SABES que la resistencia de detección va entre la salida del dispositivo y el suministro negativo del dispositivo, y que no hay voltajes muy altos presentes (CA o CC) entre el común del transmisor y tu uC, entonces puede conectarlos directamente, común a común y lado alto de la resistencia de detección a su entrada.

Advertencia sobre cualquier enfoque... Algunos instrumentos generarán una señal de 0 mA o de hasta 30 mA en caso de falla del instrumento; así que no intentaría hacer que 20 mA representen exactamente su voltaje máximo para su uC a menos que sujete la entrada para protegerla.

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