Электронная балансировка моста Уитстона

[paramon]

Скорее всего, можно было бы и обойтись. Идея была подойти к вопросу с разных сторон, в разных темах. Но, по сути, все крутится вокруг одного - способы получения сигнала, эмулирующего работу тензомоста.

 

Понравилась вот такая схема управления сопротивлением с обратной связью для линеаризации преобразования "Напряжение > сопротивление":

 

Изменено 14 ноября, 2020 пользователем paramon

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[paramon]

Просьба отвечать по ссылке, приведенной выше, "Можно ли управлять сопротивлением" (в Песочнице). К сожалению, я завел лишнюю тему.

 

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Электронщик]

Первый раз вижу чтобы тензометрический мост переменкой запитывался, всегда постоянка была на питание, причем если это весы то там шло питание вроде 12, или 24В с выходом 2мВ на В, то есть при питании моста 24В и при максимальной нагрузке на тензорезисторы получали 48мВ, дальше это шло на усилитель модуляция-демодуляция, и там уже получали к примеру 0-10В, это если все правильно помню. Если это мост приборов измерения давления, там вроде питание либо 24В, либо 36В шло на тензометрический мост который наклеен на камеру измеряемого давления газов, или жидкостей. А так есть же магазин сопротивлений с высоким классом точности, только вручную выставлять вам наверно не удобно будет, но в метрологии так вот обходились

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[paramon]

Только в этой схеме нужно "земли" управления и выходного сопротивления разъединить. 

[IMXO]

Только что, Электронщик сказал:

Первый раз вижу чтобы тензометрический мост переменкой запитывался

а вы датащит на AD7730 откройте узнаете много нового.

[paramon]

3 минуты назад, Электронщик сказал:

Первый раз вижу чтобы тензометрический мост переменкой запитывался

Да уж. Чего только не бывает. Я вот, привыкнув к питанию тензомостов переменным током, очень удивился, что есть варианты с постоянным... 

Причина применения переменного тока  - точность и  отсутствие дрейфа. Это как в ОУ с МДМ.

[IMXO]

3 часа назад, paramon сказал:

Вопрос лишь в том, как это сделать, поскольку руками крутить ручку потенциометра, формируя результирующую кривую - проблематично. Получится фигня, а не график.

поставить резисторы с электроприводом религия не позволяет?

[Электронщик]

Спасибо почитал, интересно, но это просто микросхема, для метрологии ее никуда, ведь по документам если ее юзать нужна будет сертификация тех же весов, нужно будет класс точности определять и т.д., да и я как на заводе работал, у весовщеков везде был мост на постоянке и усилитель модуляция - демодуляция. ДА и МК для обработки последовательного кода(там по картинке что-то типа SPI)

Только что, paramon сказал:

Причина применения переменного тока  - точность и  отсутствие дрейфа. Это как в ОУ с МДМ.

Так на то и идет модуляция-демодуляция чтобы убрать дрейф.

Так вот сертифицированные СИТ давления Метран, Сапфир, Сафир у них всех внутри прибора тензометрический мост запитан постоянкой 24-36В, если мне память не изменяет, так как ремонтировал их 7 лет назад, когда в метрологии работал.

[paramon]

Только что, IMXO сказал:

поставить резисторы с электроприводом религия не позволяет?

Не, в религии я индифферентен.

Но ведь это не так просто, как думается. Нужны именно сервоприводы. А они имеют люфты и "шумят", пытаясь отследить сигнал рассогласования.

[IMXO]

объединил темы

[musa56]

12 часов назад, paramon сказал:

но и иметь гальваническую развязку от входного управляющего сигнала

Вот это как раз не проблема. Есть микросхемы цифровые изоляторы. В микроконтроллер не надо постоянно загружать ваши кривые. Достаточно один раз записать в память и выбирать из списка. Тензодатчики не меняют сопротивление от нуля до максимума. Поэтому часть диапазона можно заменить постоянным последовательным резистором

[paramon]

9 часов назад, IMXO сказал:

объединил темы

спасибо

25 минут назад, musa56 сказал:

Вот это как раз не проблема. Есть микросхемы цифровые изоляторы. В микроконтроллер не надо постоянно загружать ваши кривые. Достаточно один раз записать в память и выбирать из списка. Тензодатчики не меняют сопротивление от нуля до максимума. Поэтому часть диапазона можно заменить постоянным последовательным резистором

Спасибо за подсказку на счет изоляции. Нет опыта работы с этими микросхемами. Буду думать. Благодаря мозговому штурму, в котором мне помогали уважаемые форумчане, было представлено несколько подходящих идей. Сейчас я беру таймаут на их обдумывание. 

Всем участникам обсуждения  - спасибо. 

[Armenn]

15 часов назад, paramon сказал:

руками крутить ручку потенциометра,

А зачем руками?

А со второго резистора на валу снимать показания первого.

Изменено 15 ноября, 2020 пользователем Armenn

[Armenn]

Есть еще вариант. Взять такой датчик (либой любой другой подешевле)  и к нему подключить винтовую резьбу с двигателем который будет менять нагрузку.

Достаточно будет один раз произвести предварительную калибровку. (один оборот натяжки, -меняет сопротивление на х ом) И у вас получиться полная эмуляция вашего датчика, включая сопротивление, индуктивность и емкость. 

 

 

[bam-buk]

2 часа назад, paramon сказал:

несколько подходящих идей

Ещё: подключить сбалансированный мост, а в соответствующую диагональ подавать напряжение - пусть тензоусилитель думает, что это рассогласование. Где взять напряжение? -с моста, пропустив его через усилитель с программируемым Ку (такие есть?).

С уважением В.

[avv_rem]

21 час назад, paramon сказал:

Причина применения переменного тока  - точность и  отсутствие дрейфа.

Нет уж. Это конкретная дурь уже пошла. Все совсем не так.

Многие весы устанавливаются в сырых помещениях. Тензодатчиков обычно не менее 4 штук, и поэтому провода от них заводятся в клеммную коробку, где и соединяются.
Если внутрь коробки попадает влага (хватает даже тумана), то при питании постоянным током начинается электролиз. Электролиз приводит к интенсивному разрушению проводников. Медные дорожки на плате быстро зеленеют и буквально рассыпаются.
Поэтому и перешли на питание тензодатчиков переменным током. В этом случае интенсивное разрушение проводников внутри клеммной коробки прекращается.

Увы, точность измерения на переменном токе падает. Сказывается влияние реактивного сопротивления линии связи. Но с этим мирятся.

[IMXO]

Только что, avv_rem сказал:

Все совсем не так.

угу, и в ДШ на заточенные под мосты АЦП все выдумывают

Цитата

AC Excitation of Bridge
AC excitation of the bridge addresses many of the concerns with
thermocouple, offset and drift effects encountered in dc-excited
applications. In ac-excitation, the polarity of the excitation voltage to the bridge is reversed on alternate cycles. The result is the
elimination of dc errors at the expense of a more complex system design. Figure 24 outlines the connections for an ac-excited
bridge application based on the AD7730

Переменное возбуждение моста
Возбуждение моста переменным током решает многие проблемы, связанные с эффектами термопары, смещения и дрейфа, которые встречаются в приложениях с возбуждением постоянным током. При возбуждении переменным током полярность напряжения возбуждения моста меняется на противоположные циклы. Результатом является устранение ошибок постоянного тока за счет более сложной конструкции системы. На рисунке 24 показаны соединения для переменного тока с возбуждением. приложение-мост на базе AD7730

 

[avv_rem]

Ну-ну. Чего только не напишут продавцы.

Эффект термопары проявится только в том случае, если соединительные провода будут сделаны из разных металлов. Покажите мне тензодатчик, у которого один провод медный, а второй, к примеру, алюминиевый

Пусть лучше напишут, как избавляются от индуктивного сопротивления проводников при питании переменным током. А то проезжает тягач рядом с весами и, показания начинают плавать. Чудеса прямо. Что молчат об этом эффекте как партизаны?

Ударил мороз, высохла земля, ухудшается контакт заземления. Весы вообще могут уплыть на 30% от шкалы. Сказывается изменение емкостного сопротивления экрана. Года два я как дурак верил этим даташитам, менял тензодатчики, калибровал весы, прежде чем понял истинную причину. Нарушил инструкцию в итоге – заземлил экраны на обоих концах кабеля, и исчезла проблема.

[IMXO]

5 минут назад, avv_rem сказал:

 заземлил экраны на обоих концах кабеля

нет ума, строй дома....

[paramon]

20 часов назад, avv_rem сказал:

Нет уж. Это конкретная дурь уже пошла.
Увы, точность измерения на переменном токе падает. Сказывается влияние реактивного сопротивления линии связи. Но с этим мирятся.

Спорить не буду, но те приборы, что используются у нас (аналитические приборы), с питанием моста синусоидой в 370Гц, имеют возможность работать с одним и тем же датчиком в диапазонах, от 100% (весь диапазон) до 5% (в 20 раз растянутый). И на всех обеспечивается погрешность не более 0,5% шкалы. Реактивная составляющая компенсируется входной балансировкой на одной из обмоток входного трансформатора. Модуляция охватывает всю измерительную цепь целиком, вплоть до синхронного выпрямителя. Разработан прибор в Великобритании. 

В результате обсуждения на этом и других форумах (всем, кто принял участие - спасибо) и собственных поисков, я определил несколько вариантов, возможно устраивающих меня. Возможно, потому что не могу заранее предсказать, насколько ПРАКТИЧЕСКИ выбранные варианты окажутся удачными.
Вот они в порядке от простого к сложному.

1. Параллельно одному из резисторов моста включается цепочка из постоянного резистора порядка 100к и фоторезистора (тоже, порядка 100к). Мост балансируется балансировочным резистором, включенным параллельно смежному резистору моста.
Фоторезистор состыковывается с миниатюрной лампой накаливания, типа СМН6.3-20-2, образуя достаточно линейную оптопару.
Лампа запитывается сигналом Задатчика, диапазон напряжения которого адаптирован для неё.

2. Тоже, но роль лампы выполняет маломощный резистор, а роль фоторезистора - миниатюрный терморезистор, плотно соединенные термоклеем.

3. Похож на первый вариант, но использует промышленную оптопару H11F3M с полевым транзистором. Линеаризация в широком диапазоне обеспечивается служебным каналом с той же оптопарой:

 

 

4. Вариант 1, в котором роль параллельно включенной цепочки выполняет последовательно включенные постоянный резистор 100к и переменный резистор 100к, сдвоенный, второй используется в сервоприводе, управляемом напряжением Задатчика.

Это были чисто аналоговые варианты, заинтересовавшие меня.

Дальше начинается "цифровизация", с нарастающей сложностью.

5. Использование двух цифровых потенциометров (ЦП) в качестве преобразователя "напряжение" › "сопротивление". При том, второй используется для "перекоса" моста, обеспечивая формирование нужного сигнала.
 

Здесь уже появляются сложности. Во первых, нужно выбрать такой ЦП, который позволяет работать с переменным сигналом (Uss‹0В). Требуется гальваническая развязка по питанию и входу управления.
Количество шагов не должно быть меньше 1024, а таких моделей немного и все они имеют очень маленькие корпуса, не удобные для макетирования.

6. ЦП с импульсным управлением, "+", "-".
Управление изменением частоты подаваемых на него импульсов инкремент, декремент. Задатчик или сам становится управляемым генератором импульсов или в разрыв аналогово Задатчика и ЦП ставится преобразователь "напряжение" › "частота" с формирователем короткого импульса. (или сразу "напряжение" › "скважность")
Проблемы те же, что и в 5.

7. Аналоговый Задатчик - АЦП - МК - ЦП.
(Просто ужас...)

8. И наконец, Компьютер, внешний ЦАП, дальше любой из предыдущих вариантов.

9. Есть еще вариант: Формировать таблицу (массив) в компе, заливать в МК и управлять через него ЦП....

Сначала пытаюсь реализовать аналоговые варианты, но запасаюсь подходящими ЦП, способными работать с переменным током и схемами, обеспечивающими гальваническую развязку.

[LazyEd]

Накидал схемку (голая идея). С двумя ЦП на 256 шагов позволит регулировать выход на 16384 шагов в каждую сторону от баланса. Питание ОУ двуполярное с развязкой.

[LazyEd]

Упс... Слегка накосячил. Резистор с выхода ОР2 должен быть 256 R. Схема эмулирует разбаланс  моста в обе стороны. От края до края 256*256=65536 шагов. В мультисиме работает, для удобства сделал на 100 шагов.

Emulator_mosta.ms14

Изменено 17 ноября, 2020 пользователем LazyEd

[_abk_]

13 hours ago, paramon said:

я определил несколько вариантов

И все гланды через ж. Интересно наблюдать, как люди сами себе выставляют ограничения, а потом геройски пытаются прорваться через них. 

В данном случае ТС упорно превращает напряжение в сопротивление, чтобы затем сопротивление превратить обратно в напряжение. Нешуточная битва с ветряными мельницами. 

[paramon]

11 часов назад, _abk_ сказал:

Нешуточная битва с ветряными мельницами. 

Перемножитель с диф. выходом ОУ?

А по моему этот вариант лучше:

(У вас вариант проще?)

 

 

[bam-buk]

14 часов назад, LazyEd сказал:

Накидал схемку

Самое то!
А может для целей R_с_управлением существует что-нибудь более прецизионное, чем 174УН10/12? 

С уважением В.