Réalisation d'une sortie 4-20mA pour une sonde de turbidité

[Wongze]

Bonjour,
Je suis actuellement en cours de réalisation d'une sonde de turbidité. J’utilise pour cela une photodiode montée en sens inverse, qui si j'ai bien compris agit comme une résistance variable en fonction de la lumière qu'elle reçois. Voici le montage que j'utilise :
Schéma 1.png
J'obtient donc une tension qui varie entre 0 et 12V proportionnel à la lumière reçue.
Mon problème est le suivant. J'ai une carte d’acquisition 4-20mA (qui fournie aussi le 12V) qui permet lire ma valeur. J'ai réalisé le montage suivant :
Schéma 2.png

Mais j'ai deux gros soucis avec ce montage, premièrement il n'est pas en 4-20mA mais en 0-20mA et donc mon acquisition est faussé et mon interface me renvoie un défaut sur toute la première plage de mesure (0 à 4mA). Deuxièmement ce n'est pas une véritable boucle 4-20mA car en augmentant la longueur du câble j'augmente la résistance et donc mon signal change.
J'ai fait des recherche et découvert le XTR105 qui pourrais peut être permettre de résoudre mon problème mais je ne comprend pas comment l'utiliser et les schéma que je trouve sont trop complexe pour mon faible niveau en électronique.
Schéma montage.png

Je cherche donc a savoir si mon montage de base (photodiode en sens inverse) est il bien adapté pour obtenir un signale linéaire et ensuite comment réaliser une boucle 4-20mA à partir de ce signal me donnant 4mA pour 0V et 20mA pour mon maximum d'échelle (Lors de mes prototypage en arduino je modifiais la résistance R2 pour avoir un maximum d'échelle le moins éloigné possible de ma valeur max).

En espèrent que mon problème soit décris assez précisément je vous remercie pour les éventuelles réponses
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[gienas]

Bonsoir Wongze et tout le groupe

...J'obtiens donc une tension qui varie entre 0 et 12V proportionnelle à la lumière reçue ... J'ai une carte d’acquisition 4-20mA (qui fournit aussi le 12V) qui permet lire ma valeur ...

Je ne saisis pas bien ta "définition".

Le 0/12V peut bien être un standard de sortie de signal, tout comme un 0/10V ou un 0/2V.

Il doit être capable d’être insensible à la consommation de sa charge, c’est à dire si la résistance d’entrée de l’utilisateur varie, la tension doit être inchangée, pour ne représenter que la valeur actuelle de la grandeur mesurée.

Les 0/20mA ou 4/20mA sont deux autres standards d’entrée ou de sortie de systèmes.

L’échelle totale est balayée quand le courant passe de 0 â 20 mA dans un cas, ou 4 à 20mA dans l’autre.

Dans ton cas, je ne vois pas ce que vient faire le 12V (en gras) de ta définition.

Si ton 0/12V est ta gamme d’entrée de signal, c’est elle que tu dois convertir en 4/20mA, à savoir fournir 4mA si tu entres 0V et fournir 20mA quand tu entres 12V.

Tu dois connaître la résistance d’entrée de ton utilisateur du signal 4/20mA, pour que ton convertisseur soit capable "d’assurer" même à 20mA. Généralement, cette résistance est faible.

Le convertisseur est une structure avec amplificateur opérationnel.

Il est intéressant, pour la compréhension intellectuelle de la conversion de construire et de tester cette structure en discrets.

[Wongze]

Je crois que je me suis fait mal comprendre. Ma carte d’acquisition possède 3 E/S :
- La sortie 12V pour alimenter la sonde (sonde active)
- Le GND
- et l'entrée pour recevoir le signal 4-20mA

Le signal lu par la carte est bien en 4-20mA

[gienas]

Je crois que je me suis fait mal comprendre ...

Je crois en effet, et tu "confonds" les notions.

... Ma carte d’acquisition possède 3 E/S ...

Si la liste qui suit les énumère, elle a trois broches (ou trois bornes)

Une E/S c'est un signal qui doit comporter deux broches. La masse est une référence, pas une E/S.

... Le signal lu par la carte est bien en 4-20mA

C'est celui que tu dois générer conformément à ma description du #2.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Wongze]

Donc ma carte possède une entrée 4-20mA, une alimentation +12V (Supply) et une masse. Je souhaite donc à partir du montage électrique décris plus haut créer un boucle de courant (4-20mA).

[penthode]

il faut donc un convertisseur tension>courant idoine.

vois un bon cours d'analogique sur les AOP

[gienas]

Bonjour à tous

... Je souhaite donc à partir du montage électrique décris plus haut créer un boucle de courant (4-20mA).

Ça, à présent, c’est ton travail!

Te donner la solution c’est faire le travail à ta place, ce qui est contraire aux règles du forum.

Te mettre sur la voie, c’est possible, mais c’est à toi de proposer des solutions, que nous pourrons te faire corriger.

Petite difficulté de "compréhension" dans le cas des boucles de courant qui ne se conçoivent pas comme des sorties tension qui se comprennent même s’ils n’ont aucune charge, et fonctionnent malgré tout.

La boucle de courant doit débiter pour fonctionner. Il faut donc que tu sortes deux bornes, réunies par un court circuit. C’est ce court circuit qui ferme la "boucle" dans laquelle passe le courant compris entre 4 et 20 mA.

Le courant est asservi, par la contre réaction, et, comme son "origine" n’est jamais nulle, il doit frcément exister une référence fixe pour asservir les 4 mA quand on y entre les 0V d’origine de la gamme.

À présent, à toi la main.

[Wongze]

Bonjour, merci pour toutes ces précisions. J'ai donc modifier mon montage en intègrent des ampli OP pour traiter mon signal et voila ce que j'ai obtenu :


Mes connaissance sur les ampli OP sont très limitées donc j'aimerai votre avis sur la question.
Je voulais ajuster le signal d'entrée 0-12V issus de mon montage avec la photodiode en signal 2,4-12V ce qui implique un gain de 0,8 ce qui est, si j'ai bien compris, impossible en montage non inverseur.
C'est pour cela que je réalise un montage inverseur avec un gain de -0,8 (AOP 1). Je doit donc théoriquement obtenir un signal de sortie de -2,4 à -12V.
Ensuite je cherche a transformer mon signal -2,4 à -12V en 4-20mA. C'est pourquoi je réalise un montage inverseur avec un résistance de 600 ohms qui doit me donner pour le -2.4V 4mA et pour -12V 20mA et ainsi créer ma boucle.

Ce montage à il une chance de fonctionner ? Je ne vois pas comment il est possible de sortir des tension de -2.4 à -12V alors que mon ampli est alimenté entre +12V et le GND. Mais je ne vois pas comment faire autrement.. est il possible d'obtenir un gain de 0.8 en montage non-inverseur ?

[penthode]

pas besoin d'aop pour faire un "gain" de 0,8

un pont diviseur suffit !

[penthode]

c'est n'importe nawak ton schéma !

[invite03481543]

Bonjour,

vous ne pouvez pas avoir de tension négative avec le 1er montage AOP, celui-ci étant alimenté entre 0V et Vcc.
Quand on étudie un montage on pose des équations:

V-= (Ve*R4 + Vs*R3)/(R4+R3)
V+=Vref

V+=V- (aop fonctionnant ici en linéaire) => Vs=[Vref*(R3+R4)-Ve*R2]/R3

[invite03481543]

Le 2eme AOP est non linéaire, rétroaction sur V+, donc ce n'est pas bon.

Pour établir un schéma il faut procéder ainsi:

-> définir les paramètres de variabilité en entrée (min et max)
-> définir les paramètres en sortie (ici 4-20mA)

Donc il faut d'abord étudier le comportement de la diode, puis cadrer sa variabilité par un montage dit de polarisation.
Ensuite le travail est quasi fini, à condition de connaitre les montages fondamentaux à AOP

[Wongze]

Je me doutais que mon schéma n'avais aucun sens, et je m'excuse de poster des aberrations pareils ...
Avec un pont diviseur pour appliquer un gain de 0.8 cela donnerai un montage qui ce rapproche de ça ? :



Je doit étudier cette notion de montage de polarisation, si j'ai bien compris ma photodiode n'a pas une résistance qui varie forcément linéairement sur toute sa plage de variation ?

[penthode]

as-tu étudié la variation de ta diode en fonction de l'éclairement ?

j'ai comme un doute

[Wongze]

Je l'avais tester en arduino avec une alimentation 5V, et pour mon application j'avais une bonne linéarité de la réponse (le but est de déterminer la concentration d'un composant par rétrodiffusion) mais je pensais que pour l'adapter il suffisait d'ajuster la valeur de la résistance (ici R2).

[invite03481543]

Une référence de cette photo-diode?

[Wongze]

J'utilise principalement la photodiode L53P3C Kingbrigth, mais j'ai aussi réalisé quelques essais avec la SFH 213 FA j'ai cependant eu des résultats bien moins bon. Je suspecte que l'angle d'ouverture soit trop faible

[gienas]

Bonjour à tous

J'utilise principalement la photodiode ...

Certes, c'est un de tes problèmes, mais vouloir "mélanger les deux", n'est pas le mieux.

Tu dois réaliser ton convertisseur 4/20 mA, et c'est sur lui que tu dois concentrer tes efforts, puisque tu avais déjà un fonctionnement partiel qui ne reconnaissait pas les intensités inférieures à 4 mA ... et pour cause: il ne sortait moins.

Quand tu auras la bonne interface, tu pourras juger de l'exactitude (ou non) de ta conversion luminosité->tension.

Pour mettre à l'épreuve ta conversion, tu te fixes la gamme de tension, par exemple 0/5V. Tu y branches un potentiomètre qui balaye de zéro à 5V. Tu entres dans ta conversion, en plaçant un milliampèremètre en sortie, qui doit donner 4 mA pour 0V, 20 mA pour 5V, et toutes les valeurs proportionnelles intermédiaires.

Tu ne peux résoudre qu'un problème à la fois.

[Wongze]

Bonjour,
Merci pour toutes ces réponses, effectivement ma principale priorité est le convertisseur 4-20mA.
Je crois avoir trouver de quoi faire un circuit un peu plus cohérent !
Donc voila ce que j'ai fait :


Ce que je ne comprend pas c'est que avec l'ampli AOP (TL081CP) que j'utilise je n'arrive pas à monter à 20mA, ma tension de sortie sature à environ 7,8V (Donc 14mA) et je ne comprend pas pourquoi.
Je me demande si cela viens du fait que l'alimentation ne fournis pas assez de courant. J'ai testé en ne branchent que l'ampli OP et avec V+ sur le Vcc la tension de sortie plafonne toujours à 7,8V. Un AOP consomme t'il beaucoup ?

[penthode]

hello ,

lis les spécifications du TL081

d'autre par ce schéma n'est pas un convertisseur tension > courant

[Antoane]

Bonjour,

Comme indiqué par Gienas plus haut, il te faut séparer les fonctions :
- génération du courant 4-20 mA ;
- mesure de la luminosité.
Ces deux fonctions seront dans un premier temps réalisées avec deux AOP. Il sera éventuellement ensuite possible de simplifier le schéma, mais je doute que ce soit très pertinent.

1. Générateur de courant
Le principe d'une liaison 4-20 mA est que le courant ne doit dépendre que du signal à envoyer, et non de ce qui est branché sur la ligne, c'est à dire ce la résistance notée Rload dans https://forums.futura-sciences.com/a...dite-shema.png
Ton schéma du message #19 ne fonctionne que si Rload = 0, ce qui est gênant - alors que celui du message #13 , même s'il réalisait une mauvaise mise à l'échelle, faisait le travail.
Ton schéma de générateur de courant ne doit donc pas faire intervenir la photo-diode mais une source de tension modélisant {la photodiode et son circuit de mise en forme}.

2. Mesure de l'intensité lumineuse :
Le L53P3C est un photo-transistor et non une photo-diode. La linéarité sera inférieure (sur une plage de courant plus faible) et, si je ne m'abuse, davantage fonction de la température et de la polarisation. https://www.promelec.ru/pdf/L-53P3C.pdf
Pour une linéarité optimale, une photo-diode (et encore plus un photo-transistor) doit avoir une tension de polarisation fixe : la tension à ses bornes ne doit pas dépendre du photo-courant. C'est la raison pour laquelle on utilise généralement un montage à trans-impédance.


Le TL081 est un vieux composant, très utile pour montrer les défauts des AOP mais peu adapté pour une réalisation pratique (en particulier sans trop connaitre ces défauts ni se poser trop de questions). Faute de mieux, une solutions temporaire pour mettre de côté ces défauts serait de l'alimenter en +/-15 V.

[Wongze]

Je comptais réaliser un circuit plus proche du #13 mais la carte acquisition n'as qu'une entrée 4-20mA et pas et ne semble pas avoir de sortie 4-20mA. Je suppose que la boucle de courant ce fait entre mon entrer 4-20 et la masse mais je trouve ça plutôt inhabituel. Et j'ai déjà vu une sonde branchée ainsi mais avec deux câbles reliés au GND.

Donc je doit voir par la suite si j'utilise un phototransistor qui pour le moment a donner de bon résultats en arduino, sachant que ma température ne varie pas beaucoup (18 à 35°) ou si j'utilise un photodiode. Si j'ai bien compris avec une photodiode je doit réaliser un montage de ce type :


Très bon à savoir pour le TL081, je vais en acheter un autre type très vite

[gienas]

Bonsoir à tous

... J'ai testé en ne branchent que l'ampli OP et avec V+ sur le Vcc la tension de sortie plafonne toujours à 7,8V ...

Une sortie courant doit permettre de sortir l'intensité maximale prévue.

Elle ne doit pas comporter de frein. Tu as placé une résistance en série, qui joue son rôle: elle limite le courant que peut débiter l'ampli.

Cette résistance doit être nulle!

[Wongze]

Bonsoir,
Je ne vois pas comment faire avec 3 bornes (+12V, entrée 4-20mA et GND) car la boucle passe par le GND dans ma carte il me semble comme je l'explique dans le #22. et donc je ne vois pas comment faire un montage de ce type qui semble être la solution a mon problème :

Je crois que je passe a coter de quelque chose d'important..

[gienas]

Bonjour à tous

... Je crois que je passe a coter de quelque chose d'important..

Je confirme.

Tu ne tiens pas compte de tous les conseils donnés.

Pourtant, il faut concilier et introduire tous les détails (qui là ne sont pas des détails) pour aboutir.

Explique pourquoi tu entres une tension de 1 à 5V et non pas une tension de zéro à 5V? Certes, ce signal devrait sortir 4 mA au mini, mais c’est à ta structure à imaginer de transformer le zéro volt en quatre milliampères.

Réfléchis un peu à quoi sert ta résistance load. Ne t’impose-t-elle pas des limitations déjà signalées et dont tu t’es plain? Que dois-tu en faire?

[Antoane]

Bonjour,

Je comptais réaliser un circuit plus proche du #13 mais la carte acquisition n'as qu'une entrée 4-20mA et pas et ne semble pas avoir de sortie 4-20mA. Je suppose que la boucle de courant ce fait entre mon entrer 4-20 et la masse mais je trouve ça plutôt inhabituel. Et j'ai déjà vu une sonde branchée ainsi mais avec deux câbles reliés au GND.

Il faudrait, effectivement, vérifier.
Le schéma que tu donnes : https://forums.futura-sciences.com/a...dite-titre.png est fonctionnel et classique, à condition que l'entrée 4-20 mA soit flotante par rapport à l'alimentation du montage. Si elle est référencée à la masse, une solution est d'utiliser une autre topologie de source de courant, e.g. circuit de base : http://electronique71.com/generateur...-constant-aop/, qu'il te reste à arranger un peu.

Donc je doit voir par la suite si j'utilise un phototransistor qui pour le moment a donner de bon résultats en arduino, sachant que ma température ne varie pas beaucoup (18 à 35°) ou si j'utilise un photodiode. Si j'ai bien compris avec une photodiode je doit réaliser un montage de ce type :
Pièce jointe 385794

C'est le montage standard, simple et propre. Il fonctionnera également avec un photo-transistor.

[Wongze]

Bonjour,
Encore merci pour vos conseil, je vais tester ce montage mais je voulais savoir si le type de transistor avais une importance ? C'est un composant que je n'est encore jamais utilisé, faut il faire attention à une spécification en priorité ?

[penthode]

transistor PNP standard....

mais ta question est surprenante , à ton niveau de travail

[penthode]

oulaoulaoula !

ce schéma est archi-faux et suicidera AOP ET TRANSISTOR....

regarde le lien d'ANTOINE

il te manque des bases basiques ....

[gienas]

... je vais tester ce montage ...

Outre les "appréciations" déjà données par mes prédécesseurs, j'en rajoute quelques unes, qui sont plutôt des questions:

1- d'où sort-il?

2- qu'est il supposé faire?

3- je suis choqué par un potentiomètre de 100Ω aux bornes de la source d'alimentation.