Jump to content
kuknoz

Дифференциальное измерение для повышения точности?

Recommended Posts

Нужно измерять температуру с точностью не хуже 0,05 гр Ц, с частотой  80-100 Гц. В теории измерений честно говоря не силен, прошу не смеяться -  стою перед несколькими выборами: 
1) оставить в схеме только делитель напряжения (R1+R2)/R3  и измерять напряжение на R3 (Pt1000 ppt=0,385) при помощи АЦП  без дифференц. режима

1А) то же, но делитель несимметричный (R1+R2) < или > R3

2) использовать полный мост  (R1+R2)/R3  и R4/R5  и дифференциальное АЦП на мк AVR со встроенным ОУ Ку=200

3) то же, но вынести R1 R2 на объект измерения (ОИ) - увы, нет такой технической  возможности.

Вопросы:

1) какая схема будет точнее и линейнее в нужном диапазоне (температура ОИ= 15...80 гр Ц , температура в корпусе устройства предположительно =20...45 гр Ц)

2) подскажите модели термостабильных резисторов SMD и выводных , если не ошибаюсь у них ppt = 5 или 10?  Посмотрел на манганиновые, но не нашел номиналом  1000 Ом   https://www.chipdip.ru/catalog/rezistory?p.0=Ресурс&p.430=ком  

3) если делать полный мост, R4 R5 должны быть точные или просто одного номинала из одной партии?

PS: прошу сильно не пинать меня если заблуждаюсь.

Замена на дифференц измерение.JPG

Edited by kuknoz

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 час назад, kuknoz сказал:

Вопросы:

1) какая схема будет точнее и линейнее в нужном диапазоне (температура ОИ= 15...80 гр Ц , температура в корпусе устройства предположительно =20...45 гр Ц

  @kuknoz , Вы это "конструируете"  для себя или возможна аттестация?

  

Share this post


Link to post
Share on other sites

Изготовление 2-х слойных плат от 2$, а 4-х слойных от 5$!

Быстрое изготовление прототипа платы всего за 24 часа! Прямая доставка с нашей фабрики!

Смотрите видео о фабрике JLCPCB: https://youtu.be/_XCznQFV-Mw

Посетите первую электронную выставку JLCPCB https://jlcpcb.com/E-exhibition чтобы получить купоны и выиграть iPhone 12, 3D-принтер и так далее...

Измерять с такой частотой не имеет смысла. Термометр сопротивления Pt1000 имеет инерционность не менее секунды. Для быстро изменяющейся температуры применяют датчики с минимальной массой и собственной теплоёмкостью. Например полупроводниковые термисторы.
Но с ними другая засада - они требуют индивидуальной калибровки.
Дифференциальный режим в данном случае никакой точности не прибавит. А прибавит четырёхпроводная схема подключения датчика. Прежде, чем изобретать велосипед, посмотрите, как построены промышленные измерители. Особенно с заявленной вами точностью в 0,05 градуса.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вебинар «Параметры выше, цена ниже. Обновление в линейке AC/DC- и DC/DC-преобразователей MORNSUN» (26.01.2021)

Приглашаем 26 января на бесплатный вебинар, посвящённый преимуществам и отличиям новых источников питания и DC/DC-преобразователей Mornsun. На вебинаре будут рассмотрены изолированные и неизолированные DC/DC-преобразователи последнего, четвертого, поколения (R4) и компактные модульные источники питания второго и третьего поколений (семейства LS/R3 и LD/R2) на плату. Рассмотрим новую группу продукции – встраиваемые источники питания в кожухе.

Подробнее

Вебинар "Новый BlueNRG-LP с Bluetooth 5.2 и Long Range — волшебная палочка разработчика IoT" (04/02/2021)

Приглашаем 4 февраля на бесплатный вебинар о BlueNRG-LP - новом программируемом чипе SoC STMicroelectronics. На вебинаре будут детально рассмотрены новые возможности, особенности подключения, аппаратные и программные средства для разработки, а также практические примеры работы с микросхемой.

Подробнее

2 часа назад, oldmao сказал:

Для быстро изменяющейся температуры применяют датчики с минимальной массой и собственной теплоёмкостью. Например полупроводниковые термисторы.
Но с ними другая засада - они требуют индивидуальной калибровки.

Какие Вы рекомендуете ?  Я знаю NPX - KTY82/YYY в корпусе SOT23 и KTY83 

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/12d0/0900766b812d0c2d.pdf

https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/KTY83_SER.pdf

https://www.chipdip.ru/catalog-show/92947-ic-sensors-temperature-sensors?p.0=NXP

 

3 часа назад, oldmao сказал:

Прежде, чем изобретать велосипед, посмотрите, как построены промышленные измерители. Особенно с заявленной вами точностью в 0,05 градуса.

Если не трудно, можно ссылку или саму схему промышленного измерителя температуры ? 

3 часа назад, _VN_ сказал:

или возможна аттестация?

Вы наверное шутите ?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Плата STEVAL-IDB011V1 – тестируем идеи на новом BLE 5.2-чипе BlueNRG-LP

Новая система на кристалле BlueNRG-LP производства STMicroelectronics предназначена для устройств интернета вещей(IoT ) и не только, отвечает стандарту BLE 5.2 и поддерживает MESH-сети. Микросхема содержит малопотребляющий MCU Cortex-M0+. Отладка STEVAL-IDB011V1 позволит сэкономить время на разработку новых устройств.

Подробнее

Guest midnight

Случай был. Налаживали термостат для прибора. Никак не могли избавиться от больших флуктуаций показаний. Оказалось, что на показания влияют тепловые потоки от проходящих мимо сотрудников, в том числе и самого, кто настраивал аппаратуру. Точность в 0.05о под большим вопросом.

Share this post


Link to post
Share on other sites
33 минуты назад, Гость midnight сказал:

Случай был. Налаживали термостат для прибора. Никак не могли избавиться от больших флуктуаций показаний. Оказалось, что на показания влияют тепловые потоки от проходящих мимо сотрудников, в том числе и самого, кто настраивал аппаратуру. Точность в 0.05о под большим вопросом.

Вряд ли это ИК излучение от тушки "наладчика", наверное  воздушные потоки. Изолировать одно от другого  догадаться не смогли ?

Share this post


Link to post
Share on other sites

  Ремонтировал когда-то термошкаф с точностью установки температуры 0.1 Градуса. Вся электронная часть состояла из микровыключателя и силового реле. Контакты микровыключателя соприкасались со стержнем из цветного металла, размещённого внутри трубки из нержавеющей стали длиной 1.5 метра!... Дилатомический метод измерения температуры оказался весьма надёжен в эксплуатации. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest midnight

To kuknoz. Потом догадались. Кстати, если мне не изменяет память, мощность теплового излучения человеческого тела - около 100 ватт.

Share this post


Link to post
Share on other sites

На работе был альбом схем измерителей-регуляторов, сейчас поиском по-быстрому не нашёл. Принцип там такой: по одной паре проводов через ТС (термосопротивление) пропускается стабильный ток (обычно 1 мА, для точных измерений - меньше, чтобы не допустить саморазогрев ТС этим током), второй парой проводов снимается напряжение на ТС. Как раз дифференциальным или инструментальным усилителем.
gl4-2.jpg

По термодатчикам не подскажу, мы использовали М50 (медь, 50 Ом при 0 градусов) и П100 (платина, 100 Ом при 0 градусов) для бОльших температур. Но видел полупроводниковые в виде шарика диаметром менее 1 мм. Кстати, для измерения яркости звёзд применяют микроболометры, но где их достать - не представляю.

 

Edited by oldmao

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest midnight

Один из самых простых способов измерения температуры: запитываем p-n переход (диод, транзистор) стабильным током. Измеряем падение напряжения на элементе. Чувствительность для кремния примерно 2мВ/оС. Зависимость напряжения от температуры в теории линейная.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 часа назад, Гость midnight сказал:

Один из самых простых способов измерения температуры: запитываем p-n переход (диод, транзистор) стабильным током. Измеряем падение напряжения на элементе. Чувствительность для кремния примерно 2мВ/оС. Зависимость напряжения от температуры в теории линейная.

kty82 kty83 от  компании NPX

11 час назад, oldmao сказал:

На работе был альбом схем измерителей-регуляторов, сейчас поиском по-быстрому не нашёл. Принцип там такой: по одной паре проводов через ТС (термосопротивление) пропускается стабильный ток (обычно 1 мА, для точных измерений - меньше, чтобы не допустить саморазогрев ТС этим током), второй парой проводов снимается напряжение на ТС. Как раз дифференциальным или инструментальным усилителем.

Ваша верхняя схема с таким же измерительным мостом , как у меня на схеме, только с 3-проводным соединением R3. А нижняя схема имеет недостаток - за счет малого диапазона изменения сопротивления,  измерения приходятся  на малую часть шкалы вольтметра (АЦП) -  за счет сжатия даиапазона теряется точность

Share this post


Link to post
Share on other sites

Этот недостаток легко лечится масштабированием и сдвигом на ОУ. Зато соединительные провода не влияют совершенно. Длиной до 300 метров (может и больше, длиннее у нас не было). На советских деталях (ОУ К140УД17) точность в диапазоне 0 - 100 градусов не хуже 0,25 градуса. Поверку раз в год проходили "на Ура", в том числе и проработавшие больше 15 лет.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Guest midnight

У p-n перехода при стабильном токе падение напряжения уменьшается с ростом температуры, у kty8x -наоборот растет..

Share this post


Link to post
Share on other sites
В 04.12.2017 в 06:09, oldmao сказал:

На работе был альбом схем измерителей-регуляторов, сейчас поиском по-быстрому не нашёл. Принцип там такой: по одной паре проводов через ТС (термосопротивление) пропускается стабильный ток (обычно 1 мА, для точных измерений - меньше, чтобы не допустить саморазогрев ТС этим током), второй парой проводов снимается напряжение на ТС. Как раз дифференциальным или инструментальным усилителем. Прежде, чем изобретать велосипед, посмотрите, как построены промышленные измерители.

Хотелось бы посмотреть принципиальные схемы промышленных устройств. Пока составил для примера список содержимого 2-канального измерителя Овен МВ 110- 2А, использующего 3-проводную схему для терморезисторов:  основные :  3-канальный АЦП  AF7792    и  3-канальный аналоговый мультиплексор NLAS 4053  и вспомогательные устройства :   mcu atmega64a,  цифровой изолятор ADUM1301    и  др. 

Edited by kuknoz

Share this post


Link to post
Share on other sites

Да я там уже 14 лет, как не работаю. Приборы были 80-х годов выпуска, многоточечные термометры-самописцы. Потом их поменяли на более современные зеленоградской фирмы (дочки Газпрома) с цифровой индикацией и памятью. 
Странно, поиском ни одной схемы этих приборов не нашёл. Видимо, никому их сканировать в голову не пришло, за ненадобностью. Помню, схема была простая, всего 2 ОУ, нормировали входное сопротивление 50М в стандартные 0-10 вольт. Первый каскад немного усиливал, но его основная задача была - подавление синфазной помехи. Второй сдвигал уровень и окончательно усиливал. Было два подстроечника для установки выходного напряжения при 0 (смещение) и 100 градусах (усиление). Ещё на одном ОУ + транзистор был ГСТ (генератор стабильного тока).

PS Вспомнил, что при внедрении цифровых приборов вылезла их плохая помехозащищённость. Пришлось поставить на объекте (газотурбинном двигателе) преобразователи термосопротивления в ток 4-20 мА. И уже этот токовый сигнал подавать по длинной линии на вход цифровых измерителей. А вот старым аналоговым эти помехи были совершенно по барабану.

Edited by oldmao

Share this post


Link to post
Share on other sites

Для измерения с точностью 0,05 градуса можно использовать только платиновые термометры сопротивления. Все остальное не имеет достаточной линейности и стабильности характеристик. Вот стандартная схема цифрового измерителя температуры из даташита на АЦП AD7714. Датчик сопротивления подключен по 4-проводной схеме для компенсации сопротивления соединительных проводов. Номиналы резистора и рабочий ток указан для Pt100. Измерять температуру с частотой 100 Гц бессмысленно из-за тепловой инерции датчика. Об этом уже писали выше.

 

 

изображение.png

 

изображение.png

Edited by Sergey-Ufa

Share this post


Link to post
Share on other sites
9 часов назад, Sergey-Ufa сказал:

Вот стандартная схема цифрового измерителя температуры из даташита на АЦП AD7714

Sergey-Ufa , спасибо. Посмотрел статью от 2001 года в "Компонетах и Технологиях" про этот АЦП http://www.kit-e.ru/assets/files/pdf/2000_01_38.pdf  и возникли  вопросы - AD7714  современная модель (выпускается в корпусе DIP24) или есть типа AD7792  или другие заменяющие аналоги в SMD корпусах ?   Если расстояние от АЦП до терморезистора до 70 мм, допустимо ли   использовать двухпроводную схему ? 

В 03.12.2017 в 17:45, IMXO сказал:

Кстати, внутри   Овенf  МВ 110-2А  обнаружил такой же АЦП AD7792 .  Есть ли  сравнительные обзоры АЦП для термосопротивлений от разных производителей? 

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 час назад, Sergey-Ufa сказал:

Измерять температуру с частотой 100 Гц бессмысленно из-за тепловой инерции датчика.

мне кажется речь о количестве опросов в секунду, для Рт скорость реакции по воде 0,2-0,3сек, так-что это всего 20-30 выборок даже для усреднения несколько маловато...

 

2 часа назад, kuknoz сказал:

Есть ли  сравнительные обзоры АЦП для термосопротивлений от разных производителей? 

а накой они нужны?

Share this post


Link to post
Share on other sites
52 минуты назад, IMXO сказал:

так-что это всего 20-30 выборок даже для усреднения несколько маловато...

Тоже думал об опросе  100 Гц для  усреднения результатов измерения

52 минуты назад, IMXO сказал:

а накой они нужны?

Для правильного выбора. Чтобы не попасть на end_of_life,  на глючный проблемный или неоправданно сложный продукт.  Нашел таблицу параметрического подбора АЦП производителя Analog Devices   http://www.analog.com/ru/parametricsearch/10785

в этой таблице почему-то уже нет ни AD7792 ни AD7714. На замену еще производящемуся AD7714  предлагается AD7124-4 

http://www.analog.com/ru/products/analog-to-digital-converters/ad7714.html#product-overview

http://www.analog.com/ru/products/analog-to-digital-converters/ad7792.html#product-overview

Edited by kuknoz

Share this post


Link to post
Share on other sites

---

PS:  включил в таблице фильтр на интерфейс SPI и осталось всего 20 моделей АЦП. Из них всего 5 низкоскоростных:  AD7779,  AD7770, AD7124-4 (аналог AD7714 ),  AD7124-8.

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 часов назад, IMXO сказал:

20-30 выборок даже для усреднения несколько маловато

Для уменьшения шумов больше подходит цифровой фильтр. Для фильтра 3-го порядка достаточно 4 -х выборок. Программная же реализация его не намного сложнее. К тому же у АЦП сигма-дельта он уже имеется на борту.

 

12 часа назад, kuknoz сказал:

AD7714  современная модель (выпускается в корпусе DIP24) или есть типа AD7792  или другие заменяющие аналоги в SMD корпусах ?   Если расстояние от АЦП до терморезистора до 70 мм, допустимо ли   использовать двухпроводную схему ? 

В SMD идет модификация AD7714AR, YR. Возможно для точности 0,05 градусов AD7714 даже будет избыточным. Может хватить и 16-битного AD7705. Он в 5 раз дешевле.

Оцените сопротивление вашей соединительной линии по сравнению с сопротивлением датчика. Если в подключении датчика нет разъемов и соединения сделаны на пайке, то на 70 мм длине вполне можно обойтись и двумя проводами. Тем более для градуировки Pt1000.

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 часов назад, Sergey-Ufa сказал:

Возможно для точности 0,05 градусов AD7714 даже будет избыточным.

он будет в притык.

для получения 0,05С замер нужно вести с точностью минимум 0,01С, для 100С это 10000дискрет или 13,5разрядов

реальная разрядность 7714 = 18

опора 2,5в , на Рт100 в диапазоне 0-100С даст грубо 0,054в,  чтобы не вывалится за опору масштабирование  максимум 32 , итого 1,728в

дельта напряжения 0,448в , минус 2,5разряда

итого имеем 15,5разрядов , осталось 2разряда которые потеряются на преобразовании удавов в попугаи

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 часа назад, IMXO сказал:

он будет в притык

Фирменные жидкостные термостаты на AD7714 гарантируют точность 0,01С. Да и в самоделках на минимальной частоте преобразования 5Гц вполне удавалось получить 20 честных разрядов. Но в целом согласен.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You are posting as a guest. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...

×
×
  • Create New...