Тогда Вы правы - это действительно усилитель заряда

Все четыре ёмкости изготовляются в одном технологическом цикле и конструктивно объединяются в блок. На одну воздействует входое смещение, на другую смещение от компенсирующего электропривода - готового микрометра с прикрученным микродвигателем. В измерительную диагональ включается трансформатор с малой проходной ёмкостью. Генератор, усилитель, двигатель и специально обученная версия файнридера, следящая за шкалой микрометра через вебкамеру с телеобъективом вынесены в безопасное в температурном смысле место.

Что за абракадабра?)))

Простите, но это неверно. Измерения предполагается производить на переменном токе. Для этого на датчик предложено подавать напряжение "накачки" в единицы (сначала) или десятки (позже) кГц.
Входные же токи ОУ можно считать в первом приближении величиной постоянной, которая вызовет только постоянное смещение выходного напряжения, что никак не повлияет на результаты измерений (определяемые величиной переменной составляющей). Во втором приближении нужно учитывать токовые шумы входа ОУ, и это существенный момент, который, однако, лучше обсудить позже.
Кстати, при 200С входные токи ОУ будут заметно меньше, чем при 225С.

Ваш расчёт не совсем верен (точнее, совсем неверен).
Во-первых, автор темы явно не указал, какая полоса сигнала его интересует (я понял, что это - единицы герц). Получить в полосе же 4 кГц точность 10е-3, по-моему, будет очень трудно, если вообще возможно.
Во-вторых, зачем давить частоту накачки? Выходной фильтр НЧ только должен подавлять ВЧ компоненты, образующиеся после демодуляции сигнала, буде таковая производится.
Я бы вообще не делал демодуляцию в аналоге, а сразу бы оцифровал сигнал после преобразователя и полосового фильтра. В цифрЕ с ним дальше разбираться будет проще.
В-третьих, откуда 600 раз? На выходе ЦАП также нужно ставить фильтр, при этом таких жуткие частоты вовсе не понадобятся.

Простите, Вы о чём? Зачем стабилизаторы и ИОН, да ещё в горячей части?

Каим образом он может быть полезен?

Станислав, Вы меня пугаете. В Вашей схеме
Uвых = 1/C1.2 * интеграл(I(C1.2)dt), I(C1.2) - ток через C1.2.
Roc я опустил для упрощения восприятия, т.е. рассматриваю идеальный УЗ. Чувствительность по deltaC1.x сейчас не интересна.
I(C1.2) = I(C1.1) + Ip = C1.1*dUнак/dt + Ip, где Ip - все паразитные токи.
Соответственно, на выходе ОУ будет сумма (C1.1/C1.2)*Uнак и интеграла от паразитных токов.
При добавлении в схему Rос ниже частоты 1/2PiRocC1.2 ее (схему) можно рассматривать как усилитель напряжения с соответствующим ФВЧ на входе, выше - как усилитель заряда. При добавлении такого же резистора по неинвертирующему входу в выходном сигнале ОУ, естественно, останется только составляющая от разности входных токов (как Вы справедливо заметили, при Roc=200 МОм не больше 1В) и неучтенных утечек (несомненный плюс - ОУ можно не балансировать и не обращать внимание на дрейф нуля - это всего несколько мВ). При этом информацию о статическом смещении получить не удастся.
О том, насколько входные токи будут меньше указанных в даташите, можно только гадать опытным путем.

Автор указал (см. здесь), что его в первую очередь интересует именно информация о статическом смещении. Спектр полезного сигнала он ограничил снизу 0 Гц, сверху 4 кГц.
Как выполнять демодуляцию и строить полосовой фильтр, пусть решает автор.
Наверное, я не совсем точно выразился. Для получения требуемой точности (сейчас пробежался еще раз по треду - оказывается, хочется даже 0.01% погрешности), внеполосные составляющие должны быть задавлены не хуже, чем... Будет это достигаться в аналоге или в цифре, или совместно, дело десятое. Соотношение верхней частоты спектра полезного сигнала и частоты накачки (естесно, не только оно) определяет требуемый порядок фильтра.
На выходе ЦАП, конечно, нужно ставить фильтр. Требования к порядку фильтра (или к частоте данных на ЦАП) - оттуда же. Зачем? Чтобы знать, что пытаемся демодулировать.
Кста, 12-разрядного ЦАП не хватит для формирования Uнак с погрешностью 0.01%.

Я исходил из предположения, что преобразование измеряемого сигнала к виду, пригодному для передачи на несколько метров, будет выполняться в горячей части.
Хорошо, можно попробовать тянуть стабилизированное питание из холодной части. Uнак тоже? И ИОН?
Автор хочет то 0.1%, то 0.01%. При аналоговом сигнале на выходе преобразователя с амплитудой, н-р, +-1 В суммарная ошибка не должна превышать 1 мВ или 0.1 мВ соответственно. А теперь вопрос: сколько термопар и с какой эквивалентной термоЭДС (приведенной к выходному сигналу) Вы насчитаете между горячей и холодной частью при разнице температур в 200 С? Выход будет не напряжением, а током? То же самое, только в профиль.

Только подавлением синфазной составляющей на входе усилителя.

А может имело бы смысл озаботиться созданием холодной зоны для AD7745?
Объем небольшой, охлаждать можно продувкой холодным внешним воздухом.

Спасибо всем за активное участие в обсуждении темы! Вы мне очень помогли.


Я некорректно объяснил, на каких частотах меряется сигнал. Дело в том, что полезный сигнал достаточно медленный (десятые доли Гц), но, кроме него есть паразитные дрожания (обусловленные формой конструкции) со спектром от 100-ен Гц до 4 кГц, причем формы спектра добиться от механиков мне пока не удалось, что-то типа: на 100-ях Гц мало -> на 2 кГц максимум -> спад к 4 кГц. Про амплитуду этих паразитов тоже ничего внятного не говорят, как я понял - они сравнимы с полезным сигналом. В связи с этим мне представляется более простой реализация схемы, которую я приводил в посте 31. Дело в том, что там фильтрация НЧ происходит автоматически: "инерционность" реакции схемы на изменения емкостей С1 и С2 зависит от величины Сint1 (как - надо еще считать, но по моделированию получается, что для С1,С2 порядка 10 пФ и для Cint1 10нФ время установления выходного напряжения после скачка емкостей датчика десятки мс). Т.е. возможно, дополнительной фильтрации вообще не потребуется, и во всяком случае это хороший анти-элиас фильтр, цифровать можно довольно медленно - ведь на выходе постоянное напряжение. Кстати, эта схема несколько похоже по принципу действия на преобразователи "емкость-код" аналог девайс, только там обратная связь засчет управления ключами, а не напряжением. Правда, будут проблемы с теми же входными токами и смещениями ОУ.


А разве точность преобразования ЦАП зависит от разрядности? Я думал, что только от точности, с которой выдержано опорное напряжение. Даже, например, 8-разрядный ЦАП с 1-ми во всех разрядах будет давать на выходе опорное напряжение, разве не так?
Что касается требуемой точности - я предполагаю, что для данного проекта хватит и 1%, и отстаиваю это перед вышестоящими коллегами. Пока не отстоял :-). Дело в том, что многочисленные погрешности именно в механике, связанные с температурой и особенно давлением, сведут на нет все электронные ухищрения.

Еще несколько слов про проект. Во-первых, в нем не предполагается холодной части в принципе, все, что есть, будет работать при 200 градусах (возможно, самое холодное место 150 град.). Во-вторых, габариты всего девайса очень критичны. Система большая (сбор данных не только по перемещениям), и планировать по всем каналам по процессору невозможно, т.е. один процессор на много каналов. И главное, результаты измерений передаются в "безопасное" место (место с нормальными условиями) по очень медленному каналу связи, поэтому вся обработка будет именно в "горячей" зоне. Основные сложности всего проекта - конструктивно-механические, это интересно, но не я занимаюсь (и надо на другой форум идти. Последние обсуждения возможных сожностей с механиками показывают, что, скорее всего, мы откажемся от емкостного принципа вообще: там кругом металл, и как экранировать датчик (вкупе с тем. чтобы он был бесконтактным) не понятно. Возможно, будем использовать датчики LVDT или Eddy Current, да и то не датчики, а только принцип, т.к. не найти подходящих среди коммерчески доступных.

1% гораздо симпатичнее. И реалистичнее. А если весь полезный сигнал укладывается в доли/единицы герц, то отфильтровать вредности двумя декадами выше - вообще не проблема.
По поводу ЦАПа. Он также имеет и разрешаюшую способность, и погрешность (несколько составляющих, суммарная для всей шкалы - обычно несколько LSB). Соответственно, и сигнал, формируемый ЦАП, будет несколько отличаться от желаемого и по амплитуде, и по спектру.
Схему, приведенную Вами в посте #31, можно попробовать, вот только какие ключи можно будет использовать при емкостях датчика 10 пФ? Кста, из-за столь малых емкостей придется использовать достаточно высокочастотное Uнак.
Тут подумалось (опять скатываемся к мосту:[attachment=7006:attachment]
Два нижних конденсатора - датчик. Плюс - в заземленной средней обкладке датчика.
Мысль о датчике на более другом принципе у меня мелькала в самом начале треда, я только не стал ее озвучивать.

А может быть и зря.
Хочу напомнить что в подфоруме по Метрологии уже рассматривался вопрос об оптическом датчике перемещения, например таком http://physics.nad.ru/rusensor.htm . В область измерения вводится конец стеклянного оптоволокна. Другой подключен к интерферометру в холодной области. Точность получена - доли микрон (как ни странно ). Где то у меня была информация о конкретном (росийском) производителе такой аппаратуры, если надо, могу поискать.

С точки зрения помехоустойчивости и механики емкостный вариант очень "дубовый", кроме того, позволяет обойтись без моточных изделий и магнитных материалов. По крайней мере, для требуемых точностей. Организовать одну-две изолированых пластины может оказаться проще всего.
Схема из моего поста представляет вариант традиционного подхода для небольших точностей (большие - это Е-6). Перенос принципа на современные компоненты может легко дать 0.1%.
Остальные варианты (кроме нормальных моста и полумоста) для желаемой точности слабоваты по части динамического диапазона. Поверьте работающему с похожей проблематикой 10 лет.
Основная проблема, по-моему, - подбор высокотемпературных электронных компонентов.

Система с разрешением на три порядка больше прекрасно работает вплотную к обмотке электормагнита, коммутируеиой с частотой до нескольких десятков Герц. Амплитуда напряжения на обмотке - 60 вольт. Правда, обмотка шунтирована лиодом.

Не особо понял, требования к ключам как раз мягкие: сопротивление в замкнутом состоянии может достигать 10 кОм, скорость переключения не критична (главное - обеспечить синхронность), емкости с выводов на землю могут превышать измеряемую - все это не скажется на работе схемы. Так что можно в качестве ключей даже полевики использовать, если микросхем на Т=200 С не найдется. И насчет высокочастотной накачки не вполне уяснил: на схему подается постоянное нипряжение Uref, и в качестве "накачки" выступает управление ключами. В модели управление ключами 20 кГц, схема работает; мне кажется, точность не от этого зависит. Синхронность управления ключами более важна.



Спасибо, но, к сожалению. это не подходит: холодная часть так далеко. что ее можно считать не существующей (подробнее просто не могу говорить, а то как бы чего не вышло:-) ). А в горячей такого не сделать.



Там сложности с тем, куда эти пластины крепить и чем крепить (клеем вроде нельзя. Кроме того, там везде железо, надо как-то экранировать емкость. И места там мало, и конструкция неудобная для емкостного принципа измерений. Меряются не совсем перемещения, а деформации. Это просто сначала было наобум решено, как я понял, что использовать непременно емкости. У нас ведь система начальства инерционная, как и везде, наверно :-), пока передумаем...
С компонентами действительно проблема, но это отдельная тема.



Извините, но это весьма странные цифры, у меня получались совсем другие (0.2 мВ), а не мкВ. Как вы посчитали? (т.е. какую схему взяли для расчетов?)



Не совсем понял последние тезисы. Каков бы ни был вариант измерений, паразитные колебания в исследуемой системе (под исследуемой системой имеется в виду та механическая конструкция, которую надо мерять, не считая датчик) всегда имеют место быть (они физически присущи), и фильтровать их все равно придется.

Совершенно верно (точнее, совершенно неверно - в последней формуле перепутаны кондёры и знак, но не в этом суть).
Только если считать паразитные токи в первом приближении величиной постоянной, они вызовут постоянное смещение на выходе схемы, т.к, как Вы правильно заметили ниже, она также является ФВЧ.
Компоненты же полезного сигнала будут сосредоточены вблизи частоты накачки (в спектральной области), представляя собой АМ колебание. Для них схема будет представлять собой усилитель переменного тока, причём
Uвых = -Uвх*C1.2/C1.1.
Соответственно к-т усиления такой схемы в интересующем нас диапазоне частот
Ку = - C1.2/C1.1.
Паразитная ёмкость выход-вход ОУ здесь не учитывается.

Почему не удастся? Статическое смещение вызовет изменение амплитуды колебаний на выходе, которое и нужно измерить.

Правильно. Только я понял, что измерение статического смещения подразумевает сокращение диапазона входных частот до единиц герц. Автор темы уточнил: долей герца.

Uнак тоже. А зачем вообще нужен ИОН?
При чём здесь термопары? В такой схеме термо-эдс несущественна, т.к. представляет собой постоянную, или медленно меняющуюся величину.
Приведённые мостовые "схемы" не подавляют синфазную составляющую сигнала. Потрудитесь, пожалуйста, ознакомиться с терминологией.


Поясните, пожалуйста, что Вы подразумеваете под динамическим диапазоном?

Сюрово, блин... Похоже. только Хонивелл нужные Вам чипы и выпускает (если найдёте ещё у кого-нибудь, киньте ссылочку, плиз). Раздобыть их будет, без сомнения, сложно...

Сообщение отредактировал Stanislav - Sep 5 2006, 11:21

Простите, из чего это следует?
Для приведённого ОУ оно много больше - как я уже и писал, единицы ГОм и более.
Простите, но расчёт неверен.
Во-первых, избыточный НЧ шум учитываться не должен, т.к., в соответствии с написанным мной ранее, мы имеем усилитель переменного тока. А для него в интересующем нас частотном диапазоне уровень шумов <30нВ/sqrt(Гц) при 200С.
Во-вторых, гораздо большее значение, как я и писал ранее, имеют шумы входного тока ОУ. К сожалению, они для данного экземпляра не приводятся.
В-третьих, большой вклад в погрешность измерения создаёт изменение к-та усиления ОУ на частоте накачки в зависмости от выходного напряжения и температуры.
Аккуратный расчёт приведу позже - сейчас нет времени.
Автора темы интересует полоса частот в доли герца. Думаю, для такой полосы задача измерения ёмкости с точностью 0.1% вполне разрешима.
Усиление в 60-70дБ, а тем более, в 130-140дБ получать вовсе не нужно. Вполне достаточно 0 дБ.

Сообщение отредактировал Stanislav - Sep 5 2006, 16:26

Да, в первой формуле я знак пропустил. В последней - говорить о знаке бессмысленно, т.к. неизвестно, куда бегут паразитные токи.
Кондеры не перепутаны - нарисуйте граф или вспомните, что Xc=1/2PiC. Ну или хотя бы логически: у Вас получается, что при С1.1=0 Ку ну очень большой.
Собственно-то я был слегка несогласен с терминологией. Усилитель заряда представляет собой предельный случай УНЧ с Roc->бесконечности. Если предлагается рассматривать обычный усилитель переменного тока, давайте так его и назовем.

Я опять не смог добавить стройности в изложение. Имелось в виду: УЗ с предложенными характеристиками не сможет, усилитель переменного напряжения - легко.

Угу, недавно нам все-таки открыли тайну.

имхо, без, хотя бы, структурной схемы измереметра мы ни до чего не договоримся. Вопрос в том, что выполняется в аналоге, а что в цифре. Если Вы исходите из предположения, что Uнак, как и информационный сигнал, будет оцифровываться (с какой частотой и разрядностью?), а потом какой-нибудь контроллер/DSP/... неспешно все это продемодулирует, то остается только найти подходящий контроллер/DSP/...
HT83C51 - масочный со стандартным ядром i51 без АЦП на борту - даже если предположить, что он доставабелен, и маску ему сделают, все равно не справится с демодуляцией потока с более-менее серьезными параметрами (если продолжать углубляться, давайте сначала определимся с формой и частотой сигнала Uнак и требуемой точностью оцифровки).
Готового hightemp АЦП (со встроенным ИОН или без него) я не нашел. Если Вы знаете, как оцифровать сигнал без эталонного источника чего-нибудь, с удовольствием послушаю/почитаю.

Опять же хочу структуру, чтобы понимать, о чем говорим.
Применительно к схеме, приведенной Вами, термо-ЭДС по шнурку Uнак, н-р, будет промодулировано паразитными составляющими измеряемого сигнала (помните, до 4 кГц?) и благополучно усилено операционником. Необходимо ли учитывать этот сигнал, зависит от требуемой точности.
Хотя нам уже рассказали, что холодной части вроде бы как и нет.

Спасибо за замечание, согласен - ошибочка вышла. Читать: "Мост, имхо, здесь может быть полезен только при его (моста) одностороннем возбуждении".
Или Вам не понравилось "подавлением синфазной составляющей"? Хорошо, "ослаблением синфазной составляющей".
Или Вы против "синфазной составляющей"? Могу я поинтересоваться, как Вам тогда желательно именовать неинформативную составляющую сигнала в измерительной диагонали моста?
И не понял, какие "приведенные мостовые "схемы"" имелись в виду? Я писал про обычный мост Уитстона.