[Analogique] Voltmètre 4/20
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Voltmètre 4/20



  1. #1
    SUPER_COP

    Voltmètre 4/20


    ------

    Bonjour à tous je souhaiterais mesurer une tension entre 0 et 1000V CC par une télégestion en 4/20 mA via un isolateur galvanique.
    J'ai voulu tout simplement convertir la tension en courant à travers une résistance mais après un petit calcul la résistance dissiperai trop de puissance.
    Si quelqu'un pouvait me proposer un petit montage pas trop complexe c'est à dire sans l'utilisation d'un microcontrôleur.
    Merci d'avance.

    -----

  2. #2
    Pascal071

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonsoir
    Avec des résistances haute tension de forte valeur,
    vous pouvez faire un pont diviseur /100
    avec une 1Mohm HT (1mA - 1w sous 1000v) et 10Kohm vous aurez env. 0-10v ou 0-1mA
    reste à transformer en 4/20mA... il faudra une source d'énergie pour convertir.
    https://fr.rs-online.com/web/p/resis...santes/1469484

  3. #3
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonjour,

    Il faudrait aussi connaitre les contraintes : on trouve des capteurs de tension isolés à sortie 0/10 V ou 4/20 mA en matériel pro, voire de sécurité, "alibaba-grade", ou DIY...

    Il y a deux méthodes classiques :
    - conversion tension/courant puis mesure isolée du courant : https://www.lem.com/en/product-list/lv-251200
    - pont diviseur de tension puis étage d'isolement (analogique ou digital intégré, ou DIY : ADC + optocoupleur)
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  4. #4
    SUPER_COP

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonsoir merci pour vos réponses. Du coup pour le pont diviseur si j'ai bien compris ça me ferais 1mA pour 1000 v.
    Ensuite avec un montage transistor il me faudrait un gain de 20 pour que 1000 volts correspondent à 20 mA.
    Peut-être avec un petit ampli opérationnel mais c'est quelque chose que je ne maîtrise pas trop.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonjour,

    Il faudrait que tu expliques un peu le contexte de la mesure pour qu'on t'oriente vers la meilleure solution... on peut faire un montage à quelques euros ou à >>100 €, misce ne sera pas la même précision, isolation, fiabilité, etc.
    Quelle est l'application ?
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  7. #6
    SUPER_COP

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonsoir Antoane.
    En quelques mots je me suis monté une installation photovoltaïque mais le fournisseur est en rupture sur l'onduleur.
    Donc je me suis dit que dans un premier temps que je pourrais au moins faire de l'eau chaude en raccordant directement les panneaux sur le cumulus.
    J'ai mis l'installation en service depuis une semaine et vu le temps ça ne fonctionne pas trop mal.
    Je me suis installé une télégestion à la maison qui me permet de faire de la domotique, piloter le chauffage et pas mal de choses et là ce que je voudrais suivre c'est la tension qui arrive des panneaux en fonction de l'ensoleillement.
    L'idéal serait bien sûr de pouvoir mesurer directement la puissance mais déjà si je surveille la tension j'aurais une idée de la puissance récupéré en fonction de l'ensoleillement.
    C'est pour ça que je voulais me faire un petit voltmètre à transmission 4/20, je dispose d'un isolateur 4/20 pour ne pas griller mon entrée analogique.
    Finalement j'ai revu la tension à la baisse qui ne devrait pas excéder les 500 volts, donc mon idée de départ c'était d'après mes calculs d'utiliser une résistance de 25 kohms ça devrait me faire 20mA pour 500 v mais la résistance dissipe 10 w ça fait un peu beaucoup.
    C'était un peu long mais voilà.

  8. #7
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonjour,

    Sans juger de la pertinance du projet :

    La tension délivrée par un PV dépend peu de l'ensoleillement, que ce en circuit ouvert ou, pire, au MPP.

    C'est visible dans cette datasheet par exemple, la première renvoyée par google :
    https://store-fhnch.mybigcommerce.co...-Datasheet.pdf

    Il serait donc préférable de mesurer le courant, qui est quasi-proportionnel à la puissance.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  9. #8
    SUPER_COP

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonsoir.
    Pour ce que j'observe depuis plusieurs jours et c'est peut-être dû au fait que je suis en résistance fixe, la tension est directement proportionnelle à l'ensoleillement.
    La tension monte sur une résistance fixe donc la puissance croît proportionnellement ce qui n'est pas le cas de l'intensité.
    À ce propos j'aimerais bien savoir comment un onduleur charge les panneaux solaires de façon à tirer une puissance optimale, je cherche mais je ne trouve pas d'information dans ce sens, je ne sais pas trop comment formuler ma demande sur un moteur de recherche sachant que toute demande nous ramène systématiquement sur des offres commerciales.

  10. #9
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonjour,

    > Pour ce que j'observe depuis plusieurs jours et c'est peut-être dû au fait que je suis en résistance fixe, la tension est directement proportionnelle à l'ensoleillement.
    Comment mesures-tu l'ensoleillement ?
    Si la tension est directement proportionnelle à l'ensoleillement, c'est que la résistance est trop faible (dans le sens où, si elle était plus élevée, la puissance extraite serait supérieure) -- en particulier pour les faibles ensoleillements. Dans ce cas, le PV se comporte comme une source de courant proportionelle à la puissance incidenterecue par le PV, et la tension est effectivement proportionnelle à la piussance incidente.

    > La tension monte sur une résistance fixe donc la puissance croît proportionnellement ce qui n'est pas le cas de l'intensité.
    A résistance R constante, Si la tension U est proportionelle à la puissance lumineuse incidente Pl, alors la puissance électrique est une fonction quadratique de Pl : Pelec = U²/R = k* Pl²/R. Le courant est quant à lui proportionnel à Pl et U : I = U/R

    > À ce propos j'aimerais bien savoir comment un onduleur charge les panneaux solaires de façon à tirer une puissance optimale, je cherche mais je ne trouve pas d'information dans ce sens, je ne sais pas trop comment formuler ma demande sur un moteur de recherche sachant que toute demande nous ramène systématiquement sur des offres commerciales.
    Un convertisseur DCDC est intercalé entre le PV et l'onduleur. Il se charge de réaliser une adaptation d'impédance de manière à ce que le PV voit une impédance de charge égale à son impédance interne. Vu autrement, le convertisseur va assurer que le courant et la tension délivrés par le PV sont tels que la puissance extraite est maximale. Un tel convertisseur est un "Maximum power point tracker" -- MPPT. Une manière simple de voir les choses est de prendre un système simple constitué d'un PV, d'un MPPT constitué d'un simple convertisseur buck, et d'une batterie. Soit Vb la tension batterie (supposée constante) et Vpv la tension délivrée par le PV. Si dc est le rapport cyclique du buck, alors on a la relation Vbat = dc*Vpv. Soit : Vpv = Vb/dc. Comme Vb est constante, il est possible de faire varier la tension délivrée par le PV indépendament de ce dernier. Il est donc possible de se placer à la tension pour laquelle le PV délivre un maximum de puissance.
    Il existe divers algorithmes pour trouver cette valeur, le plus cassique est le "Perturb&Observ" (P&O), dont le principe de base est le suivant :
    0. start
    1. on augmente un peu le rapport cyclique
    2a. si la puissance extraite augmente, alors goto 1.
    2b. si la puissance diminue, alors goto 10

    10. on diminue un peu le rapport cyclique
    20a. si la puissance extraite augmente, alors goto 10.
    20b. si la puissance diminue, alors goto 1
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  11. #10
    DAT44

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonjour,
    proposition de montage (pour simplifier le montage, ici le +24V d'alim doit être précis ...) :

    Nom : 0-1000V vers 4-20mA.PNG
Affichages : 112
Taille : 27,8 Ko

  12. #11
    SUPER_COP

    Re : Voltmètre 4/20

    Merci pour ce montage DAT44.
    Par contre deux questions est-ce que l'alimentation 24 volts doit être isolée et est-ce que ce montage permet d'avoir toujours 4 mA sur la boucle en l'absence de tension en entrée.

  13. #12
    SUPER_COP

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonsoir Antoane merci pour toutes ces informations.
    Je comprends maintenant beaucoup mieux comment ça fonctionne.
    Est-ce que c'est ton cœur de métier, tu as l'air très qualifié dans le domaine.
    Si c'est pas trop demander j'aurais quelques questions sur mon futur onduleur  j'espère en voir la couleur un jour.
    Je te joins les caractéristiques, c'est le modèle 3,3 kw.
    Je souhaiterais savoir s'il est intéressant de surcharger l'onduleur en panneau solaire pour qu'il reste le plus souvent au maximum de sa puissance nominale dans la journée en fonction de l'ensoleillement.
    À l'origine le commerciale m'avait proposé 8 panneaux de 400 w ce qui correspondait juste à la puissance nominale de l'onduleur.
    Sachant que je n'ai pas une orientation plein sud avec une inclinaison optimale j'ai installer 3 panneaux supplémentaires est-ce que c'est pertinent.
    Je souhaiterais à ce sujet connaître le paramètre à ne pas dépasser, est-ce que c'est la puissance max DC ou le voltage max DC.
    J'ai une pompe à chaleur, le compresseur est en triphasé et je souhaiterais savoir si je dois corriger avec une batterie de condensateur le cos phi pour optimiser l'autoconsommation.
    Merci d'avance.
    Images attachées Images attachées  

  14. #13
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonjour,

    >Est-ce que c'est ton cœur de métier
    Non, je suis chercheur et l'équipe dans laquelle je travaille a une forte activité en intégration d'énergies renouvellables sur le réseau... mais ca s'arrête là.

    > Je souhaiterais savoir s'il est intéressant de surcharger l'onduleur en panneau solaire pour qu'il reste le plus souvent au maximum de sa puissance nominale dans la journée en fonction de l'ensoleillement.
    C'est une question d'optimisation :
    * Si tu installes 3.3 kWc de PV avec un onduleur de 3.3 kW, alors l'onduleur fonctionnera très rarement au max de ca capacité et pendant le reste du temps : il sera sur-dimensionné (Autrement dit : trop cher)
    * Si tu installes 10 kWc de PV avec un onduleur de 3.3 kW, alors l'onduleur ne pourra jamais déliver plus de 3 kW et il fonctionnera souvent au max de ca capacité. Dès que le PV pourra délivrer plus de 3.3 kW, le différentiel sera perdu. L'onduleur sera alors sous-dimensionné (autrement dit : PV trop cher)
    Je n'ai plus les chiffres en tête, mais il me semble que l'optimal est généralement aux alentours de 20 % de plus de puissance sur le PV qe sur l'onduleur.

    > Je souhaiterais à ce sujet connaître le paramètre à ne pas dépasser, est-ce que c'est la puissance max DC ou le voltage max DC.
    La tension est un critère important : si tu donnes plus de tension à l'onduleur que ce qu'il peut prendre, il sera détruit.
    Pas de pb en revanche si tu lui donnes plus de puissance, il ne prendra que ce qu'il peut délivrer (sauf mauvais design).
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  15. #14
    DAT44

    Re : Voltmètre 4/20

    Bonjour,
    Citation Envoyé par SUPER_COP Voir le message
    Par contre deux questions est-ce que l'alimentation 24 volts doit être isolée
    Oui, car la masse de l'alim 24V est commune avec celle du PV, en sortie, il faudra donc bien passé par un isolateur 4-20 mA, pour obtenir une mesure flottante ...

    Citation Envoyé par SUPER_COP Voir le message
    est-ce que ce montage permet d'avoir toujours 4 mA sur la boucle en l'absence de tension en entrée.
    Oui , c'est le principe d'un convertisseur 4-20mA ...
    Dernière modification par DAT44 ; 19/01/2023 à 10h28.

  16. #15
    DAT44

    Re : Voltmètre 4/20

    IRL, le montage peut être un peu "durci" en ajoutant des diodes de protection ...

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