Net lijn spanning meten met een optocoupler

Als je een opto redelijk lineair wilt krijgen dan kan je 2 opto's achter elkaar zetten waarbij de 2de andersom staat en dus feedback geeft aan de eerste. Maar op Google kan dat nu niet meer terugvinden hoe dat precies werkt.

De simulatie wijkt sowieso af van de werkelijkheid. De optokoppelaar wordt beschreven met een paar eenvoudige wiskundige formules. Het beeld in de simulatie is altijd mooier dan in de werkelijkheid.
.
Hier heb je een stevige stroomsturing van de twee ledjes, dus je hebt weinig last van de spanning-stroomkromme van de led.
Ook de CTR is voor alle ingangsstromen redelijk lineair.
De CTR van de ene (positieve) led is anders dan van de andere (negatieve) led.
In de simulatie zullen die vast wel gelijk zijn aan elkaar.
.
Je kunt je schakeling simuleren, maar je moet toch in het echt meten of de werkelijkheid bruikbare resultaten oplevert.

Deze heb ik gebouwd. Doet AC+DC https://www.pa4tim.nl/?p=4771

Op woensdag 12 juni 2024 21:17:36 schreef ohm pi:
De simulatie wijkt sowieso af van de werkelijkheid. De optokoppelaar wordt beschreven met een paar eenvoudige wiskundige formules. Het beeld in de simulatie is altijd mooier dan in de werkelijkheid.

Ik heb dat model van de Opto even bekeken en zie dat het toch echt niet een paar formules zijn. Ik ben met je eens dat simulaties benaderingen van de werkelijkheid en die wijken altijd af. De vraag is alleen hoeveel. Ik ga er van uit dat simple circuits redelijk goed worden gesimuleerd en in detail zullen afwijken.

Op woensdag 12 juni 2024 21:20:37 schreef fred101:
Deze heb ik gebouwd. Doet AC+DC https://www.pa4tim.nl/?p=4771

Interessant ik zie dat je een lineaire opto gebruikt met feedback.

Ik zie daar een µC. Als de lineariteit het probleem is zou dat in de firmware met een eenvoudige LUT recht te trekken zijn. We hebben het hier toch niet over een precisie-instrument, wat vaak ook helemaal niet nodig is.
Analoge oplossingen zijn prachtig, maar als het niet hoeft..

Aart, mijn powermeter gebruikt een 26 bit ADC en analoge TRSM converter. Ik ben nogal onervaren in programmeren dus voor mijn was het makkelijker (en vooral leuker) het analoog te doen.

Het ding werkt prima van DC tot een paar honderd kHz, op het processor deel na (wat bij al mijn projecten het geval was). Bij een veel later project kwam ik er dank zij het forum achter, dat ik de data voor de programmer fout had staan en het niet aan mijn programmeer kunsten lag. Iets waardoor de Atmel op een vreselijk lage frequentie liep.

Het gebruiken van een optocoupler voor analoge metingen is gruwelijk.
Een opto is zo a-lineair als de pest. Verder zit er ene bak spreiding op in GAIN, en is de GAIN ook nog eens heel erg afhankelijk van de temperatuur.

Eigenlijk zijn er maar 2 opties als je een optocoupler wil gebruiken.

1]
met een circuit een duty-cycle maken die afh. is van de ingangsspanning die je wil meten. Dan deze dutycycle op een opto zetten, en aan de andere zijde van de opto deze blokgolf weer omzetten in een DC-waarde dmv een filter.

2]
gebruik maken van een (redelijk...) gematchte optocoupler IL300 of iets dergelijks.
De tweede opto zit dan in de feedbackloop om een gAIN te krijgen die onafhanklijk is van de opto en de temperatuur.
leuke schakelingen omtrent wat jij nodig hebt staan in het boek "ontwerpen met actieve standaardcomponenten" van J.C. Meijer. ISBN 90-5576-083-8

Het gebruiken van een optocoupler voor analoge metingen is gruwelijk.

Nu moet je even niet alle optocouplers over 1 kam scheren. Ik gebruik de HCNR200. Die is 0,01% non-lineair. Het was een project van mij en RBeckers, het principe is toen bedacht door Rene en die wist altijd heel erg goed waar hij mee bezig was. Daarnaast, dat het werkt is bewezen want mijn powermeter werkt gewoon goed over een groot bereik qua spanning en frequentie. Rene had de zijne zelfs tot 1 MHz goed werkend.

Je kunt ook een power monitor als de ACS37800 gebruiken...
https://www.allegromicro.com/en/products/sense/current-sensor-ics/zero…

De opto gebruiken met een I_f in het µA gebied is een heel rare situatie, ben je wel zeker dat de interne led oplicht?
Je kunt op geen enkele grafiek in de datasheet aflezen wat de gevolgen zijn bij zo'n lage stroom.

.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op donderdag 13 juni 2024 18:26:10 (100%)]

Op donderdag 13 juni 2024 09:57:46 schreef hobby-ist:
Het gebruiken van een optocoupler voor analoge metingen is gruwelijk.
Een opto is zo a-lineair als de pest. Verder zit er ene bak spreiding op in GAIN, en is de GAIN ook nog eens heel erg afhankelijk van de temperatuur.

Op zijn zachtst gezegd een hele drastische bewering. Inderdaad zijn leds en foto dioden/transistors alles behalve lineair. Net als zoveel andere opnemers/sensoren van onze wilde natuurkundige fenomenen. NTC's, PTC's, LDR,s, CCD's, Antennes, fotocellen, opto's, HALL sensoren enz. Ze zijn geen van alle lineair, maar om ze allemaal maar als waardeloos en weg te donderen te beschouwen is ook weer een ding. Want dan heb je dus helemaal niets. En zelfs het aller slechtste meetapparaat is beter dan helemaal niets lijkt me.

Het probleem is dus helemaal niet nieuw en al vele jaren bekend. Er zijn ook al vele jaren lang een grote diversiteit aan oplossingen voor bedacht. Analogdevices was heel goed in het vinden oplossingen. Zij bedachten vele elektronische schakelingen die kromme karakteristieken recht konden breien. Deze schakelingen zaten in een ingegoten blokje, en waren vaak tegelijk ook een isolatie versterker. Daardoor kon de sensor veilig op zeer gevaarlijk plaatsen gebruikt worden.

Bijvoorbeeld: Dit hier is een gelineariseerde en temperatuur gecompenseerde meetversterker voor thermocouples.

Zoals te verwachten zijn deze dingen voor een particulier enorm duur. Maar in de industrie staan er honderden van deze versterkertjes naast elkaar. Elk versterkertje gaat (of ging) naar een analoge ingang in een plc. Met die PLC worden(of werden) dan weer alle processen van een fabriek gemonitord en bestuurd.

Tegenwoordig zijn er nieuwere technieken mogelijk. Zo'n analoge versterker had uiteraard ook z'n beperkingen. Ik ben bezig geweest om deze versterkertjes te vervangen door een wat modernere oplossing door de versterker met koude las compensatie te vervangen door een kleine cpu. Het rechtbreien van de karakteristiek deden we met een stukje wiskunde. Van vrijwel elke sensor bestaat wel ergens een wiskundige beschrijving van de karakteristiek. En anders kun je het met een stukje numerieke regressie analyse zelf wel maken. Je krijgt dan een formule waar je de meetwaarde kunt invullen en als resultaat de werkelijke waarde krijgt. En anders bestaat er ook de opzoek tabel methode nog.

Hierdoor kun je een meting zo nauwkeurig maken als je wilt en je zou er ook nog andere moeilijkheden in kunnen verwerken. De onnauwkeurigheid van je AD converters bijvoorbeeld.

Met hele simpele, goedkope en eigenlijk vrij slechte sensors kun je op deze manier toch hele hoogwaardige metingen doen.

In de natuur is er eigenlijk niets ideaal of lineair. Dat heet de wet van het behoud van ellende. En misschien gaan daardoor juist wel veel onmogelijke dingen toch gewoon goed.

Opto's zijn altijd lastig met metingen aan het net...

Ook bijv. met ZC (zero crossing) detectie. Door de Vf van de led in de opto komt de nuldoorgangdetectie bij 1.2v en niet bij nul (en moet dus softwarematig worden gecorrigeerd)

Op donderdag 13 juni 2024 20:05:58 schreef Ex-fietser:
In de natuur is er eigenlijk niets ideaal of lineair.

Een mooi voorbeeld is de platte aarde. Op een klein stukje, bijvoorbeeld de schoolbank in het wiskundelokaal, kan je goed uit de voeten met Euclidische wiskunde. Op een groter stuk heb je last van de kromming van de aarde en werkt de Euclidische wiskunde niet meer.

Op donderdag 13 juni 2024 08:06:08 schreef Aart:
Ik zie daar een µC. Als de lineariteit het probleem is zou dat in de firmware met een eenvoudige LUT recht te trekken zijn. We hebben het hier toch niet over een precisie-instrument, wat vaak ook helemaal niet nodig is.
Analoge oplossingen zijn prachtig, maar als het niet hoeft..

Klopt het is geen precisie instrument.

Op donderdag 13 juni 2024 13:59:52 schreef MGP:
De opto gebruiken met een I_f in het µA gebied is een heel rare situatie, ben je wel zeker dat de interne led oplicht?
Je kunt op geen enkele grafiek in de datasheet aflezen wat de gevolgen zijn bij zo'n lage stroom.

Ja, dat heb ik ook gezien, de datasheets specifiëren dat niet dat heb je goed gezien. Daarom stel ik ook de vraag wat simuleer ik hier eigenlijk, is dat binnen marges wel of niet overeenkomstig de werkelijkheid. Wie vanuit de heup geschoten zegt dat het niet de werkelijkheid is zal nooit meer een simulatie kunnen vertrouwen. Daar geloof ik dus niet in. Wat ik hier dan wel simuleer ja, das mijn vraag.

Op donderdag 13 juni 2024 20:05:58 schreef Ex-fietser:
[...]

Op zijn zachtst gezegd een hele drastische bewering. Inderdaad zijn leds en foto dioden/transistors alles behalve lineair. Net als zoveel andere opnemers/sensoren van onze wilde natuurkundige fenomenen. NTC's, PTC's, LDR,s, CCD's, Antennes, fotocellen, opto's, HALL sensoren enz. Ze zijn geen van alle lineair, maar om ze allemaal maar als waardeloos en weg te donderen te beschouwen is ook weer een ding. Want dan heb je dus helemaal niets. En zelfs het aller slechtste meetapparaat is beter dan helemaal niets lijkt me.

Dat heb je mooi gezegd en zo zie ik dat ook. Combineer die cromme sensoren met een temperatuursensor en een microcontroller en wat wiskunde en of tabellen en je heb al gauw iets dat in de industrie voor honderden euros over de toon bank gaat.

Deze AC Line sensor hoeft alleen maar de aanwezigheid van de spanning en als het even kan iets van de grootte van de spanning zeggen. Een paar % afwijking is geen probleem. Mijn simulatie lijkt te mooi om waar te zijn, want met een dergelijke lineariteit is dat doel snel bereikt. Vandaar mijn vraag wat simuleer ik hier eigenlijk en in hoeverre is dit waar.

Bestel er een of aantal en bouw het op. Aan onderdelen zijn het de kosten niet.