Hallo, hat jemand eine Idee für eine Referenzstromquelle mit 20mA +-0,1%? Benötigt wird sie für einen Testadapter der Analogeingänge von CNC Steuerungsplatinen für Sensoren mit 4-20mA Schnittstelle präzise kalibrieren soll. Mein erster Versuch war eine Konstantstromquelle mit LM317 - die ist allerdings nicht brauchbar: - Einerseits reagiert sie nicht hinreichend linear auf das Einstellpoti. Selbst mit 16 Gang Trimmer schafft man es kaum 20 +-0,02mA einzustellen weil der LM317 erst eine Weile nur sehr träge auf das Poti reagiert und dann plötzlich einen deutlichen Sprung macht. - Und der Wert verstellt sich auch zu stark von selbst obwohl die Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Eingangsspannung recht konstant sind. Am liebsten wäre mir ein fertiger IC der mit wenigen externen Komponenten und ohne manuellen Justierbedarf direkt 20mA (oder etwas festes im Bereich 10 bis 20mA) ausgibt. Abgesehen von der gewünschten Präzision sind die Rahmenbedingungen unspektakulär: - Temperatur ist immer etwa Raumtemperatur. - Versorgungsspannung ist konstant 24V (bzw. alternativ könnte auch eine geringere Spannung zur Verfügung gestellt werden). - Der Lastwiderstand im Messkreis beträgt ca. 240 Ohm (der schwankt aber leicht weswegen nicht einfach mit einer Referenzspannungsquelle kalibriert werden kann). - Preis spielt nur eine sehr untergeordnete Rolle - wird nur 1x benötigt. Bei den meisten Sachen die ich über Google gefunden habe geht es um LED Treiber und ähnliches wo die Präzision keine große Rolle spielt. Christian
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Christian K. schrieb: > hat jemand eine Idee für eine Referenzstromquelle mit 20mA +-0,1%? > > Benötigt wird sie für einen Testadapter der Analogeingänge von CNC > Steuerungsplatinen für Sensoren mit 4-20mA Schnittstelle präzise > kalibrieren soll. Ja, mit einem OPV und einer Referenzspannungsquelle sowie passenden Präzisionswiderständen sollte das kein Problem sein. Bei der hohen geforderten Präzision würde ich aber eher einen Stufenschalter statt eines Potis verwenden.
Christian K. schrieb: > hat jemand eine Idee für eine Referenzstromquelle mit 20mA +-0,1%? Hört sich nach 12 Bit DAC, stabiler Referenzspannung und einem Präzisionswiderstand mit Offset-stabilem OPV an. Oder willst du jedes mal am Spindeltrimmer rumhantieren?
Typisch liefert bei 25Grad ein guter XTR101 4mA +- 2.5μA als Minimalstrom, garantiert sind es aber schon +-6. Höhere Ströme durch Eingangssignal, oder mehrere (also bis zu 5) parallel. (Ja, ich weiß was die kosten, aber bei explizitem "Preis ..sehr untergeordnet..")
Christian K. schrieb: > hat jemand eine Idee für eine Referenzstromquelle mit 20mA +-0,1%? Bob Pease (RIP) hat dazu mal mehrere Dokumente (neudeutsch papers) geschieben und auch Videos gemacht. Die Genauigkeit steht und fällt mit der Referenz bzw. dem Shunt zur Messung. https://www.youtube.com/watch?v=411f0DvXu18 https://www.youtube.com/watch?v=2N6cjGS7lUE
Falk B. schrieb: > Bob Pease (RIP) hat dazu mal mehrere Dokumente (neudeutsch papers) > geschieben Noch deutscher: Applikationsberichte. Heutzutage sagt man App und meint damit was anderes.
Arno R. schrieb: > LT3092 o.ä. LT3092 scheint das zu sein was ich suche. 3 Anschlüsse... 2 Widerstände... 6€... hübsch... "Initial Set Pin Current Accuracy: 1%" interpretiere ich momentan so dass das die Grundgenauigkeit ist die erreicht wird wenn das Verhältnis R_SET : R_OUT den berechneten Sollwerten entspricht und man das dann durch trimmen der Widerstände noch feinabstimmen kann. Christian
Christian K. schrieb: > LM317 - die ist allerdings nicht brauchbar: LOL ISL73591SEH bringt auch nur 1%. Christian K. schrieb: > Versorgungsspannung ist konstant 24V Du willst vermutlich eine Konstantstromdiode, also 2-pol, nur genauer. Das geht per CMOS single supply OpAmp mit <10uA Referenzspannung und Strommesswiderstand.
1 | +------+----+--.. +24V |
2 | | | | |
3 | 10Meg | | |
4 | | +--|+\ | |
5 | | | | >--+ |
6 | +--(--|-/ |
7 | | | | |
8 | | +---+ |
9 | | | |
10 | MAX6006 62R6 0.01% |
11 | | | |
12 | +------+-------... |
ABER: muss das Ding inital 0.1% genau sein ohne Kalibrierung, oder kannst du etwas aufbauen was nur irgendwas zwischen 10 und 20mA liefert, was du dann besser als 0.05% genau ausmisst und das dann nur weniger als 0.05% Schwankungen haben darf ? 0.1% initial genaue Referenzen sind selten, LM369, REF5050, LT1021C, LTC6655.
Christian K. schrieb: > - Einerseits reagiert sie nicht hinreichend linear auf das > Einstellpoti. Selbst mit 16 Gang Trimmer schafft man es kaum 20 +-0,02mA > einzustellen weil der LM317 erst eine Weile nur sehr träge auf das Poti > reagiert und dann plötzlich einen deutlichen Sprung macht. Das Problem (träge/sprunghafte Reaktion auf Potidrehung) würde ich eher auf das Poti selbst und nicht auf den LM317 schieben, insbesondere weil beim LM317 der gesamte Messstrom durch das Poti geht und schwankende Kontaktwiderstände im Poti da zum Problem werden. Könnte gegebenenfalls helfen den Einstellbereich für das Poti drastisch zu reduzieren durch Kombination mit Festwiderständen, wenn man z.B. nur von 19-21 mA einstellen kann dann geht das mit einem vergleichbar schlechtem Poti deutlich genauer. Beim LM317 würde man dafür einen Festwiderstand als Shunt nehmen und parallel dazu ein (relativ hochohmiges) Poti mit Vorwiderstand so dass nur ein kleiner Teil des Stroms durch das Poti fließt. Man könnte natürlich auch mehrere Festwiderstände per Schalter auswählbar machen und 1x Poti + Vorwiderstand zur Feineinstellung. > - Und der Wert verstellt sich auch zu stark von selbst obwohl die > Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Eingangsspannung recht konstant > sind. Der LM317 ist da durchaus problematisch, laut Datenblatt hat man 0.7% über den Temperaturbereich aber keine Details zum Temperaturkoeffizienten. Und wenn die Eingangsspannung konstant ist aber die Ausgangsspannung sich ändert dann "sieht" der LM317 doch eine geänderte Spannung, macht auch einen Fehler von bis zu 0.07%/V. Ach ja falls du nicht nur exakt 20 mA sondern den vollen Bereich 4-20 mA abdecken willst: Da ist der LM317 sowieso nicht geeignet, siehe "Minimum load current to maintain regulation" im Datenblatt, ist "typisch" 3.5 mA aber maximal 10 mA, alles unter 10 mA ist also Glücksspiel. Besser wäre eine Schaltung mit Shunt, Referenzspanunngsquelle und OPV (eventuell mit Transistor) zum Regeln, zum Einstellen des Stroms dann entweder ein Poti oder einen DAC bzw. geglättetes PWM aus einem µC. Und am besten die Fehlerquellen (z.B. Temperaturkoeffizient von Widerständen/Spannungsreferenz über den relevanten Temperaturbereich, Offset-Drift und Temperaturkoeffizient des OPV, ...) durchrechnen/addieren. Zum LT3092: Definitiv deutlich besser als der LM317 - aber das Grundproblem mit dem Poti bleibt bestehen, beliebig genau einstellbar ist ein Poti nun mal nicht. Aber vielleicht ist ein hochwertiges Poti gut genug, insbesondere weil bei der Schaltung nur 10 µA und nicht der volle Ausgangsstrom durch das Poti geht, schwankende Kontaktwiderstände im Poti sind damit nicht so schlimm.
Jakob L. schrieb: > Zum LT3092: Definitiv deutlich besser als der LM317 - aber das > Grundproblem mit dem Poti bleibt bestehen, beliebig genau einstellbar > ist ein Poti nun mal nicht. Aber vielleicht ist ein hochwertiges Poti > gut genug, Angeblich sollen da Cermet-Potis besser sein. Zu Deinen Anmerkungen bezüglich des LM317: ACK. Der LM 317 ist nun mal ein normaler Span- nungsregler und keine Präzisionsreferenzspannungsquelle. Da eine Genauigkeit von 0,1% zu erwarten, ist eindeutig zu viel verlangt.
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Ich probiere es mit dem LT3092. Das Poti bleibt diesmal weg und die Widerstände wurden so gewählt die 20mA einigermaßen zu treffen. Dann messe ich 1x über einen 240 Ohm Widerstand (für identische Bedingungen zur Zielschaltung) was wirklich heraus kommt und lasse die Kalibrierungen anschließend mit dem realen Messwert rechnen. Ich hab zu kompliziert gedacht - da ohnehin umgerechnet wird brauche ich ja gar keine absolute Präzision, sondern nur langfristige Reproduzierbarkeit. Und wenn ich mir die DC-Strom Messgenauigkeiten von Tischmultimetern in der 500 Euro Klasse ansehe bin ich mit der 0,1% Zielvorgabe vielleicht doch auch ein kleines bisschen über das Ziel hinausgeschossen ;-) Die kamen daher dass ich bisher für die Messschaltungen 0,1% Widerstände verwendet habe die zukünftig durch Standardwiderstände ersetzt werden sollen um weniger Bauteilvarianten beim Bestückungsdienstleister zu haben. Christian
Bei 10mA wäre der LM334 eine Option. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm334.pdf?ts=1739126813800&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252Fde-de%252FLM334 PS: Der Strom läst sich mit externem Transistor erweitern. Dann mit Trimmer abgleichen und durch 0,1% Widerstände ersetzen. Oder Stufenschalter. Schrieb oben auch schon jemand. Wenn man nicht gerade bei 10 Grad minus abgleicht, ist das hinreichend genau.
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Christian K. schrieb: > Ich probiere es mit dem LT3092. > > Das Poti bleibt diesmal weg und die Widerstände wurden so gewählt die > 20mA einigermaßen zu treffen. Würde ich nicht machen. Hast du mal über die Verlustleitung nachgedacht? Die 20mA machen nur 4,8V Spannungsabfall über dem Shunt in der SPS. Die restlichen fallen über dem IC ab. P = U * I = 19V * 20mA = 380mW Das ist ziemlich viel für ein kleines Gehäuse. SOT223 schafft das noch, aber der Genauigkeit und Stabilität ist das nicht so zuträglich. Schalte wenigstens eine 12V Z-Diode in Reihe, die kann dann den Großteil der sinnlosen Verlustleitung verheizen. > Ich hab zu kompliziert gedacht - da ohnehin umgerechnet wird brauche ich > ja gar keine absolute Präzision, sondern nur langfristige > Reproduzierbarkeit. Und auch halbwegs niedrige thermische Drift.
Falk B. schrieb: > Hast du mal über die Verlustleitung nachgedacht? > > Die 20mA machen nur 4,8V Spannungsabfall über dem Shunt in der SPS. Die > restlichen fallen über dem IC ab. > > P = U * I = 19V * 20mA = 380mW > > Das ist ziemlich viel für ein kleines Gehäuse. SOT223 schafft das noch, > aber der Genauigkeit und Stabilität ist das nicht so zuträglich. Schalte > wenigstens eine 12V Z-Diode in Reihe, die kann dann den Großteil der > sinnlosen Verlustleitung verheizen. Falk B. schrieb: > Und auch halbwegs niedrige thermische Drift. Eine Vorregelung per LM7808 oder LM317 wäre stabiler als die Z-Diode.
Zuerst wären die Potentialverhältnisse zu klären. Versorgen die vorhandenen 24V die Betriebsschaltung und die Referenzstromquelle gleichzeitig? Wenn die ~240R wie üblich einseitig an Masse hängen braucht man eine floatende Stromquelle.
Falk B. schrieb: > Würde ich nicht machen. Hast du mal über die Verlustleitung nachgedacht? > > Die 20mA machen nur 4,8V Spannungsabfall über dem Shunt in der SPS. Die > restlichen fallen über dem IC ab. > > P = U * I = 19V * 20mA = 380mW Du hast Recht - das ist etwas arg. Ich setze noch einen 12V Festspannungsregler davor.
Manfred P. schrieb: >> Und auch halbwegs niedrige thermische Drift. > > Eine Vorregelung per LM7808 oder LM317 wäre stabiler als die Z-Diode. Unfug. Es IST ja ein Konstantstromregler. Der kann das schon. Er soll nur eher kühl bleiben, denn auch die beste Referenz hat eine thermische Drift. Wenn man es gut machen will, trennt man Referenz vom Leistungselement. Also externe Referenz, OPV, großer, driftarmer Shunt, fertig. Die paar Euro sind für ein Einzelstück egal. Die Edelvariante nimmt einen LM399 oder noch extremer eine LTZ1000 als beheizte , ultrastabile Referenz.
Christian K. schrieb: > Du hast Recht - das ist etwas arg. > Ich setze noch einen 12V Festspannungsregler davor. Eine 12V Z-Diode tut hier das Gleiche.
Falk B. schrieb: >> Eine Vorregelung per LM7808 oder LM317 wäre stabiler als die Z-Diode. > Unfug. Es IST ja ein Konstantstromregler. Der kann das schon. Er soll > nur eher kühl bleiben, denn auch die beste Referenz hat eine thermische > Drift. Unfug oder nicht muß man mit Details der Daten klären. Der Konstantstromregler reagiert auch auf auf Abweichungen seiner Versorgungsspannung, die man mit einem Längsregler sicherer stabil hält. Bei 20mA fallen an der Z-12 240mW an, die warm machen und nicht zur Stabilität beitragen. Wenn Du die Spannung für nicht relevant hälst, könnte anstatt der Z-Diode auch ein Widerstand 600 Ohm genügen. Falk B. schrieb: >> Ich setze noch einen 12V Festspannungsregler davor. > Eine 12V Z-Diode tut hier das Gleiche. Vielleicht - man definiere "Präzision".
Falk B. schrieb: > Die Edelvariante > nimmt einen LM399 oder noch extremer eine LTZ1000 als beheizte , > ultrastabile Referenz. Naja, ein AD588B würde es auch tun. Der ist mit 1,5ppm TK nicht ganz so gut wie die o.g., dafür liegt er bei der Spannungstoleranz mit 10V +- 1mV eine ganze Ecke besser.
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Hallo Christian K., was heißt denn präzise für Dich? Wenn es möglichst genau 20 mA sein sollen, dann kommst Du an einem Poti nicht vorbei, dann fällt aber aufgrund des Potis die Langfriststabilität und der TK Deiner 20mA-Quelle steigt (TK Standardpoti: 250 ppm/K "through the wiper") - oder Du baust Dir das Teilerverhältnis aus diskreten Widerständen. Wenn es ungefähr 20 mA sein sollen, kannst Du unter Verzicht auf einen Poti die Langfriststabilität verbessern und den TK vermindern. Wenn Du für Dein Einzelstück (Wieso sprichst Du später in dieser Diskussion vom Bestücker?!) die Widerstände ein bisschen selektierst und eine Referenzspannungsquelle durchmisst, kannst Du den Einstellbereich Deiner Quelle verringern und damit auch den TK und die Langfriststabilität erhöhen. Zu klären ist auch, ob neben der Last von 240 Ohm noch kapazitive Lastkomponenten eine Rolle spielen. Deine Angabe der Bandbreite der Raumtemperatur fehlt leider auch noch. Anbei eine kondensatorlose Skizze zur Realisierung. Als Referenz dient die Ref102C, eine Subsurface-Zener-Referenz mit annäherend 10 Volt, Alternativ auch LT1021-10 oder die ADR688. Die Ausgangsspannung wird über R1 und R2 halbiert und geht in den als Spannungsfolger beschalteten OP1. Der OP2 fährt die Spannung am Ausgang I+ solange hoch bis er am Messshunt, bestehend aus P1, R3 bis R7 5 Volt sieht. Idealtypischerweise hat der Shunt einen Wert von 250 Ohm. Es fallen also 20 mA * 250 Ohm = 5 Volt an ihm ab. Da ich immer den sportlichen Ehrgeiz hege, mit einfachen Komponenten zum Ziel zu kommen, bilden die Widerstände R4 bis R7 parallel geschaltet 260 Ohm, in der Nähe der idealtypischen 250 Ohm. Der Nennwert von 260 Ohm liegt absichtlich etwa 4% höher. Einfach Metallwiderstände in 1% sollten ausreichen. Der Grund für die Parallelschaltung ist meine Beobachtung, dass Widerstände unter 1 kOhm oftmals einen hohen TK zeigen. Des Weiteren soll die abfallende Leistung pro Widerstand fallen, die bei Standarddurchlochwiderständen zu einer Erwärmung von 140 Kelvin / Watt führt. Bei einem angenommenen TK von 50 ppm/ Kelvin fallen bei etwa 5mA pro Widerstand gerade mal 0,025 Watt ab also Erwärmung um unter 4 Kelvin, macht also nicht mehr als 200 ppm Änderung. Mit P1 und R3 (bitte 3,9k anstatt 3,3 kOhm verwenden) beträgt der Widerstand des "Shunt-Komplex" 256 Ohm und kann auf etwa 244 Ohm abgesenkt werden. Das sollte reichen um damit Offset-Fehler der OpAmps und der Ausgangsspannung der verwendeten Referenz und den Abweichungen der Widerstände von ihren Nennwerten zu kompensieren. Was dem Manta der Sportluftfilter und der Heckflügel ist, ist der Stromquelle die Zener-Referenz, der Präzisionsoperationsverstärker und der Shunt. Der etwas tiefere Griff ins Portemonnaie erlaubt dann den Einsatz von Drahtwiderständen oder Folienwiderständen (Vishay) und den Einsatz edler Potis. Die blaue Alikiste in Bourns-Optik wird dann durch einen echten Bourns 3296 mit nur 100 ppm/K "through the wiper" ersetzt. Der nächste Eskalationsschritt, wenn die 20 mA möglichst abweichungsarm und langfristig stabil erreicht werden soll, wäre so ein Vishay Spectrol Präzisionspoti: https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/praezisionspotentiometer_10_gaenge_10_kohm_6_3_mm-2543 Wenn Deine Stromquelle massebezogen sein soll, findest Du im Datenblatt der REF102 ein Anwendungsbeispiel. Ist der verwendete Operationsverstärker aber nicht Rail-to-Rail und speist Du ihn unipolar, brauchst Du ausgangsseitig eventuell noch ein bis zwei Dioden, damit der Operationsverstärker nicht gezwungen ist, außerhalb (unterhalb) eines Arbeitsbereichs Spannungen zu liefern, die er nicht erreichen kann. Dave Jones hatte das auf eevblog einmal besprochen.
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> Bei den meisten Sachen die ich über Google gefunden habe geht es um LED > Treiber und ähnliches wo die Präzision keine große Rolle spielt. Das Problem ist das ausser dir sowas wohl keiner braucht. Du bist doch eine Firma die ein Produkt verkauft oder? Dann willst du doch sicher sowas wie rueckfuehrbarkeit? Sonst ist dein Gebastel doch unsinniger Kram. Du koenntest also sowas kaufen: https://www.burster.de/de/kalibriergeraete/p/detail/digistantr-4463 Oder du nimmst irgendein nicht zu schlechtes Netzteil, laesst da deinen Strom ausgeben, schickst das ganze ausserdem noch durch ein ausreichend genaues Multimeter und kennst den genauen Strom der fliesst. Und dein Multimeter laesst du dann regelmaessig frisch kalibrieren. Vanye
Vanye R. schrieb: > Das Problem ist das ausser dir sowas wohl keiner braucht. Keiner braucht 4-20mA kalibrieren??? Wenn sogar Reichelt sowas verkauft? Was verstehe ich hier nicht? https://www.reichelt.de/de/de/shop/kategorie/kalibriergeraete-6711
> Wenn sogar Reichelt sowas verkauft?
DAs sind so Geraete mit denen der Elektriker das in der Anlage
einstellt. Kalibrieren eines Messgeraetes das man fertigt ist
was anderes.
Vanye
Manfred P. schrieb: > Falk B. schrieb: >>> Eine Vorregelung per LM7808 oder LM317 wäre stabiler als die Z-Diode. >> Unfug. Es IST ja ein Konstantstromregler. Der kann das schon. Er soll >> nur eher kühl bleiben, denn auch die beste Referenz hat eine thermische >> Drift. > > Unfug oder nicht muß man mit Details der Daten klären. Der > Konstantstromregler reagiert auch auf auf Abweichungen seiner > Versorgungsspannung, die man mit einem Längsregler sicherer stabil hält. > Bei 20mA fallen an der Z-12 240mW an, die warm machen und nicht zur > Stabilität beitragen. Du hast mal wieder ein GAR NICHTS verstanden! Die Erwärmung der Z-Diode und deren leichte Spannungsänderung von ein paar Dutzend mV sind vollkommen egal, denn der Spannungskoeffizient der Stromquelle ist gering, bei ein paar Dutzend mV Änderung kann man die Stromänderung kaum messen. Der Temperaturkoeffizient ist das deutlich höher. > Wenn Du die Spannung für nicht relevant hälst, könnte anstatt der > Z-Diode auch ein Widerstand 600 Ohm genügen. Kann man auch, denn der Strom ist konstant. > Falk B. schrieb: >>> Ich setze noch einen 12V Festspannungsregler davor. >> Eine 12V Z-Diode tut hier das Gleiche. > > Vielleicht - man definiere "Präzision". Der OP will, daß der Strom wenigsten auf +/- 0,1% STABIL bleibt bei Temperaturänderungen von +/-10°C und bestenfalls +/-2V Der Versorgungsspannung. Die absolute Genauigkeit ist nicht ganz so kritisch, die wird am Ende eher von der verfügbaren Genauigkeit des Kalibriernormals bestimmt.
Vanye R. schrieb: > Du koenntest also sowas kaufen: Ja, ich würde da auch was fertiges, aber gebrauchtes, kaufen. Bei Kleinanzeigen gibt es ab und zu solche 0-20mA / 4-20mA Kalibratoren. Das Produkt "hsg 2" oder "hsg 3" der Fa. "negele" ist nicht so bekannt, daher manchmal günstig zu haben. Ich habe beide Geräte. Die Genauigkeit ist sehr hoch. 0,1% könnte aber knapp werden, die exakte Spec habe ich jetzt nicht parat. Ausserdem wäre ja das Problem "Rückführbarkeit"... Falls das eher Privatprojekt ist, würde ich dafür ein paar Präzisionswiderstände, z.B. 1 kOhm 0,1% oder 0,05% besorgen. In Verbindung mit einem SEHR guten Multimeter (>= 5 Stellen) kann man dann Eigen-Kalibrierung fürs Hobby machen. Evtl. die Eigen-Kalibrierung in einer Firma oder einem Uni-Labor machen.
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