Измерение дифференциального напряжения с помощью Arduino

У меня есть электролизер, в котором анод висит, используя структуру в электролите. Катод находится на дне ячейки с электролитом над ним, а анод погружается в этот электролит (не полностью, часть анода погружается). Ячейка работает при 7 вольтах постоянного тока и 90000 амперах тока, протекающего через нее. Это типичный процесс электролиза производства алюминия из порошка глинозема на алюминиевом заводе. Клетка называется горшком. Теперь вопрос в том, что мне нужно измерить падение потенциала на анодном стержне. Обычно мы берем метр, чтобы измерить падение потенциала на анодном стержне, и обычно показания измеряются в милливольтах. Поскольку показания измеряются в милливольтах, это просто указывает на падение напряжения стержня из-за сопротивления стержня. Теперь я могу измерить это падение милливольт с помощью Arduino при условии, что напряжение в одной точке анода составляет 5 вольт по отношению к земле, а напряжение в другой точке-4,95 вольта по отношению к земле, однако разница между этими напряжениями составляет 0,5 вольта, и это напряжение мне нужно измерить с помощью Arduino и некоторых устройств в качестве дополнения к нему. Как я могу это сделать? Кто-нибудь может помочь. Если вы хотите получить более подробную информацию, пожалуйста, прокомментируйте ее. Я также сообщу более подробную информацию.

До сих пор я пытался измерить 1,5 вольта на карандашной ячейке с помощью Arduino, подключив аналоговый вывод A0 на Arduino к положительному полюсу непосредственно к положительному полюсу батареи 1,5 вольта и заземлению Arduino к отрицательному полюсу Arduino.

Могу ли я сделать то же самое для этих измерений милливольта? Я понимаю, что земля Arduino и 2-я точка измерения анода не будут иметь одинакового потенциала, поэтому не должны быть соединены вместе. Я боюсь сжечь свою плату, поэтому практически не пробовал и хотел узнать чье-то мнение.

, 👍1

Обсуждение

90000 ампер?! Ты уверен? Это чуть больше половины мегаватта энергии!, @Majenko

Не имея опыта работы с сильноточными приложениями, я никогда не ставил Arduino рядом с чем-то, способным пропускать через него 90000 ампер. Я подозреваю, что это может быть проблемой, чтобы прервать ток дуги через обугленные остатки Arduino и близлежащие объекты (/здания). Может быть, более квалифицированные люди могут быть смелее., @RedGrittyBrick

ДА. Алюминиевый завод обычно потребляет 1400 МВт мощности при мощности 0,5 млн тонн в год. Ток не будет течь от Arduino, так как анод-это проводящий материал, состоящий из алюминиевых твердых стержней. Я думаю, что ток, протекающий через Arduino, будет очень мал. Потому что мы можем измерить напряжение на ячейке с помощью мультиметра. Такие высокие усилители не должны быть проблемой, насколько я думаю., @surendra choudhary

@Majenko! Большая сила., @Dave Newton

Большой ток всегда будет проходить от наименьшего сопротивления, и так как сам стержень имеет высокую проводимость, ток постоянного тока не должен проходить через Arduino, однако нам также придется иметь некоторую безопасность. Я не могу придумать способ измерить эту разность потенциалов. Или, может быть, мне придется открыть существующий счетчик и подключить измерительный пин к Arduino., @surendra choudhary

Да плавка требует огромной мощности. У моей компании есть еще одна станция мощностью 1,25 млн тонн в год и электростанция мощностью 3750 МВт. Все крупные металлургические и горнодобывающие компании имеют огромные активы во власти. Например, rio tinto, alcoa, ega, chalco, qatalum, alba и т. Д., @surendra choudhary

Измерение "дифференциального" напряжения так же просто, как измерение двух отдельных напряжений и вычитание одного из другого. До тех пор, пока у вас есть общая точка отсчета "земли", магия не участвует., @Majenko

Рассмотрите возможность использования [изолированного дифференциального АЦП](https://www.google.com/search?q=изолированный+дифференциальный+ацп), @tim


2 ответа

1

Как вы делаете это с мультиметром: соединяя землю с более низким потенциалом (4,95 Вольта в вашем примере) и вольтовый зонд с более высоким потенциалом (в вашем случае 5,0 В), вы также можете подключить Arduino между двумя потенциалами: Arduino GND с более низким (!) потенциалом и A0, A1, ... или A7 с более высоким (!) потенциалом.

До тех пор, пока вы используете правильную поляризацию и разница между потенциалами меньше, чем VCC АЦП (5V Arduino ADCs), вы должны быть экономны.

Разрешение Arduino может быть проблемой. Я не знаю, какое разрешение вам нужно; 5 В, разделенное на 1024, составляет около 5 мВ на шаг.

Возможно, вы захотите обеспечить опорное напряжение на Vin-скажем, 1 Вольт, если вам нужно лучшее разрешение. Это повысило бы разрешение примерно до 1 мВ на шаг. Но тогда измеренное напряжение не должно превышать 1 Вольт опорного напряжения.

ПРАВКА (комментарий Гербена)

Вы можете использовать внутреннюю ссылку 1.1 V ATmega328P (analogReference(INTERNAL)).

И, пожалуйста, позвольте мне дать вам совет по безопасности: если сопротивление в любой части вашей установки meassuring значительно ниже, чем сопротивление между точками messuring (например, вы укорачиваете провода зонда), то есть вероятность, что 90000 A проходит через эту установку. Это может сжечь вашу руку, руку или даже вашу жизнь. Амперы убивают, а не Напряжение. Я видел гаечный ключ, который испарился (хорошо, расплавился, хорошо светится ;-) ) за секунду, когда он упал между полюсами автомобильного аккумулятора (12 В; 300 Ампер). Вы работаете с 90000 Амперами. !

,

Вы можете использовать внутреннюю ссылку ATmega328P на 1.1 В (`Аналоговая передача(ВНУТРЕННЯЯ)"), @Gerben

@Gerben Да, это тоже следует упомянуть. Но я думаю, что даже разрешение 5 мВ достаточно хорошо в диапазоне 500 мВ. Я только что упомянул, что с разрешением могут возникнуть проблемы. О, и ты привел меня к еще одной потенциальной проблеме. Если измеряемое напряжение может превышать 1 вольт, идея использования альтернативного опорного напряжения может быть не лучшей. Спасибо!, @Peter Paul Kiefer

Обратите внимание, что Mega2560 оснащен АЦП, который может выполнять дифференциальные измерения с программируемым коэффициентом усиления 1×, 10× или 200×. Это должно решить проблему разрешения., @Edgar Bonet

Спасибо всем вам. Я буду читать об этом подробнее. Спасибо Питеру за разъяснение. Это развеяло множество сомнений. Кроме того, не нужно беспокоиться, так как вся линия плавки в плавильных цехах имеет высокую изоляцию, и, кроме того, все это постоянный ток, а не переменный. Мы можем прикоснуться к клемме постоянного тока на любом конце, пока нет разности потенциалов, и мы готовы работать с надлежащей изоляцией. Я видел людей, непосредственно работающих над этими структурами. Единственное, что он становится действительно горячим, так как электролиз происходит при температуре 960-980 градусов, иначе расплавленный металл не будет производиться., @surendra choudhary

Теперь у меня другой вопрос, мы используем ручной счетчик с жидкокристаллическим дисплеем. Можем ли мы считывать значения с ЖК-вывода этого счетчика с помощью цифрового считывания контакта. Я знаю, что это должен быть шим, и частота может быть разной, однако кто-нибудь может объяснить и эту часть. @питер., @surendra choudhary

@surendrachoudhary Человеческое тело обладает сопротивлением в несколько Мом, поэтому при максимальном 5 В опасности нет. Но это не тот пример, который можно сравнить с проводником с несколькими микроомами. Вы сказали, что работаете в крайне изолированной среде. Так что проблем быть не должно., @Peter Paul Kiefer

@surendrachoudhar Ко второму вопросу: ЖК-дисплей имеет много контактов; семь для каждого сегмента и 1 для каждой десятичной точки. И все они приводятся в действие с переменной полярностью, чтобы поддерживать работоспособность жидкокристаллических кристаллов. Я не думаю, что существует практичный способ считывания этих выводов. Есть ли у вашего счетчика UART/RS232 или Bluetooth? Это был бы гораздо лучший способ считывания показаний счетчика., @Peter Paul Kiefer

Нет, у него нет никаких средств связи. В этом-то и проблема. Я планирую открыть счетчик и проверить информацию. Я обновлю эту тему здесь, как только получу больше информации о счетчике, @surendra choudhary

@surendrachoudhar Пожалуйста, откройте новый вопрос, если вы хотите углубиться в тему. И будьте уверены, что это все еще вопрос Arduino. Возможно, у счетчика есть внутренняя шина I2C или SPI, которую вы могли бы подключить к Arduino. Но я боюсь, что это приведет к большому количеству расследований по поводу протокола и к электронным вопросам. Если компания может позволить себе плату питания мощностью много МВт, я бы ожидал, что новый мультиметр тоже будет доступным. ;-) Извините, я не смог удержаться., @Peter Paul Kiefer

ДА. Я просто хотел, чтобы мы сделали это сами. На самом деле я создал приложение для Android для чтения данных с Arduino и хотел использовать его для отправки полевых измерений непосредственно на наши серверы с помощью этого приложения. Это избавит от необходимости регистрировать показания на бумаге и автоматизирует этот процесс. Однако наиболее важная часть измерения еще предстоит выяснить. :) Может быть, я иду в обратном направлении. :), @surendra choudhary

1

Очевидно, что это важный проект, на котором не стоит экономить. Я бы рекомендовал вам использовать отдельный разностный усилитель, чтобы получить одноконцовый выход, привязанный к земле Arduino и масштабированный для максимального использования 10-битного диапазона. Усилитель diff может использовать свои собственные источники питания (скажем, +/-7,5 или +/-15) с землей, привязанной к земле Arduino. Таким образом, Arduino видит только разницу, а не полные 7 В, несмотря ни на что.

,
Смотрите также: