Измерительный усилитель, Схема измерителя на OP07 Опции

[Maxzik]

Добрый день!

Ищется схема измерительного усилителя на ОУ OP07 с датчика ПТ100, точность измерения 0,05 Ом, выход на АЦП (12 разрядов).
Напряжение питания однополярное до 20 В.

в принципе это можно сделать?)

Благодарю заранее за любой совет!

[Tanya]

Добрый день!

Ищется схема измерительного усилителя на ОУ OP07 с датчика ПТ100, точность измерения 0,05 Ом, выход на АЦП (12 разрядов).
Напряжение питания однополярное до 20 В.

в принципе это можно сделать?)

Благодарю заранее за любой совет!

Надо указать диапазон температуры (или значения сопротивления). Также важна конструкция датчика - от нее зависит допустимая мощность.

[Ruslan1]

Тут посмотрите, там же есть ссылки на две более ранние темы по этому вопросу.
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=122862

И еще: мне кажется, что использовать 12 бит для такой точности (0.05)- это ошибка. Разрешение 0.05 Ома Вы еще (может быть) и получите при отрицательных температурах, но вот точность 0.05 Ом Вы не обеспечите (любой АЦП имеет погрешность несколько единиц). Возьмите хоть 13-14 бит АЦП.
Или Вы хотите смасштабировать нужный Вам участок в полный диапазон АЦП? тогда может и получится, но усилитель нетривиальный будет (и резисторов точных кучка понадобится).

[one_eight_seven]

0,05 Ом от 100 ом - это уже 11 бит, если получится всё идеально и остальные ошибки (включая собственные ошибки АЦП) удастся уместить в 1 бит, что вряд ли возможно. (Это если измерять сопротивление, пропуская через него пусть даже очень стабильный ток).

Так что надо смотреть мостовые схемы. Диапазон напряжения, снимаемого с моста, будет зависеть от разбалансировки моста. Разбалансировка, как уже указала Tanya, будет зависеть от диапазона измеряемых температур и, что не менее важно - от точности компонентов, из которых этот самый мост будет состоять. Думаю, что проблема будет не в OP07 и не 12 разрядах, а, в первую очередь в пассивных компонентах.

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Dec 29 2014, 10:20

[Maxzik]

Надо указать диапазон температуры (или значения сопротивления). Также важна конструкция датчика - от нее зависит допустимая мощность.

в диапазоне от 90 до 120 Ом, ток хотел задать 1-2 мА

Тут посмотрите, там же есть ссылки на две более ранние темы по этому вопросу.
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=122862

И еще: мне кажется, что использовать 12 бит для такой точности (0.05)- это ошибка. Разрешение 0.05 Ома Вы еще (может быть) и получите при отрицательных температурах, но вот точность 0.05 Ом Вы не обеспечите (любой АЦП имеет погрешность несколько единиц). Возьмите хоть 13-14 бит АЦП.
Или Вы хотите смасштабировать нужный Вам участок в полный диапазон АЦП? тогда может и получится, но усилитель нетривиальный будет (и резисторов точных кучка понадобится).

Ruslan1 спасибо! Планировал использовать часть диапазона АЦП, вроде позволяет(в МК стоит). резисторы даже точные внесут свою погрешность. Понимаю что нужен запас, ищу внешний АЦП на 14 бит..

[Ruslan1]

Понимаю что нужен запас, ищу внешний АЦП на 14 бит..

Да их медленных как грязи.
Вот майкрочипы например (ну нравится мне их продукция)
http://www.digikey.com/product-search/en?F...amp;pageSize=25
от 2.6 доллара за штуку в розницу, 16 бит.
http://www.digikey.com/product-detail/en/M...CHCT-ND/1979810

Но я использую схему измерения, для которой нужно 3 входа АЦП, то есть что-то типа такого:
http://www.digikey.com/product-detail/en/M...2FSL-ND/2179226

[Tanya]

в диапазоне от 90 до 120 Ом, ток хотел задать 1-2 мА



Ruslan1 спасибо! Планировал использовать часть диапазона АЦП, вроде позволяет(в МК стоит). резисторы даже точные внесут свою погрешность. Понимаю что нужен запас, ищу внешний АЦП на 14 бит..

Вы так и не сказали ничего о датчике. А АЦП... Вам нужно разрешение всего одна тысячная.

[Guest_TSerg_*]

Вполне достаточно АЦП 12 р при условии его линейности и монотонности и такие есть.
Вопросы точности трансформации сопротивления с напряжение, это уже не вопросы АЦП.

[one_eight_seven]

Да их медленных как грязи.
Вот майкрочипы например (ну нравится мне их продукция)

С помощью АЦП достигается лишь разрешение (и-то если получится), точность определяется совсем другими устройствами.

[rx3apf]

Я подобную задачу решал без усилителя, используя MCP3301, измеряя дифференциальное на датчике, включенном последовательно с опорным резистором. Правда, для PT500/PT1000. При 2 mA на опорном падает маловато, для MCP3301 недостаточно (вариант - поднять ток, запитывая кратковременно), правда, разрешение маловато (вариант - дизеринг). А вот для AD7790 (на котором тоже так же делал) - уже вписывается, причем разрешение будет с запасом...

А, для указанных требований MCP3301 по разрешению тоже пойдет, прибавить ток, и все решается тривиально...

Сообщение отредактировал rx3apf - Dec 30 2014, 08:49

[one_eight_seven]

А, для указанных требований MCP3301 по разрешению тоже пойдет, прибавить ток, и все решается тривиально...

+-1 LSB INL
-3 +2 LSB Gain Error
-3 +6 LSB offset Error

Укладываем всё это в 1 бит и да, задача становится тривиальной (в предложенной вами схеме).

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Dec 30 2014, 09:12

[rx3apf]

Необходимость калибровки настолько очевидна, что я ее не стал упоминать. А с учетом калибровки - в чем проблема ?

[one_eight_seven]

А с учетом калибровки - в чем проблема ?

ну, 20*log10(120/0.005) = 87.6042 dB
SINAD = 78 dB

Но то такое, не стоит внимания ; )

Продолжить перечислять?
Особенно, если учесть вопрос топикстартера. Очевидно же, что он раньше ничего подобного не делал. По умолчанию (если он сам не написал об обратном) для него нет ничего очевидного в этой теме.

Упс. Выше один лишний ноль.

Исправляюсь
ну, 20*log10(120/0.05) = 67.6042 dB
SINAD = 78 dB

и тут уже всё нормально.

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Dec 30 2014, 10:52

[rx3apf]

Короче, решение опробовано на практике и серийно применяется.

[one_eight_seven]

Короче, решение опробовано на практике и серийно применяется.

я уже видел столько серийных решений, которые не соответствовали паспорту, что не аргумент.

Один раз меня ударил током "сухой контакт". На него оказались выведенными фаза и ноль питания 220 В. А по документации там должны были быть коллектор и эммитер оптопары для подключения телеметрии.
Устройство сертифицированное, серийное. Обычный квартирный счётчик электроэнергии.

P.S. Дабы не сочли за обычное хамство.
11 бит - это примерно 0,049%
нужная точность - это примерно 0,042%

Заставите в 12-разрядном АЦП последний разряд стоять "как вкопанный"? Заставите все остальные ошибки, включая собственные ошибки АЦП (предложенный вами уже никак не укладывается) быть менее 0,5 LSB? А вы говорите серийное решение. Может быть у вас требования другие, погрубее, чем указанные в первом посте темы?

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Dec 30 2014, 11:05

[rx3apf]

У меня да, требования были чуть мягче (+/- 0.25C). Ну, можно и дизеринг+оверсемплинг - еще три-четыре разряда легко делаются (к тому же стоит подумать и о подавлении сетевой наводки, так что это бонусом). Тоже проверено - точность такого же порядка достигалась набортным 10-битным ADC ATmega (дизеринг 4-битным резистивным DAC). Ну а альтернативу, укладывающуюся по разрешению с запасом, я назвал - AD7790. Там еще и ток опорника на два порядка меньше, что тоже радует (в случае MCP3301 ток опорника вносил ощутимый вклад в результат, но, с учетом калибровки, не мешал).

[Ruslan1]

я уже видел столько серийных решений, которые не соответствовали паспорту, что не аргумент.
.....
P.S. Дабы не сочли за обычное хамство.
....
Может быть у вас требования другие, погрубее, чем указанные в первом посте темы?

Если бы Вы ограничились последним вопросом- то это было бы понятно.
А так- сами выдумали проблему, обвинили оппонента в том что тот решил неправильно, и только в конце какой-то проблеск сознания.

[one_eight_seven]

А так- сами выдумали проблему, обвинили оппонента в том что тот решил неправильно, и только в конце какой-то проблеск сознания.

Ну, конечно, я сам придумал. Сейчас, ещё немного времени пройдёт, и окажется, что и не весь динамический диапазон АЦП можно использовать, или рассеивать на RTD мощность в четверть ватта, чтобы получить полный диапазон, а не факт, что это можно в условиях применения (один, кстати, из первых вопросов, заданных в этой теме, Tanya задала).

Ещё что я придумал?

Но задача автора решается, и 12-разрядным АЦП. Только схема немного другая.

[Ruslan1]

Тоже проверено - точность такого же порядка достигалась набортным 10-битным ADC ATmega (дизеринг 4-битным резистивным DAC).

А Вы не помните, сигнал какой формы подмешивали и видели ли разницу на практике при использовании сигнала разной формы?
Я дизерингом плотно не занимался, у меня начальник этим развлекался в свое время. Так он говорил пилу использовать. пару бит дополнительно дествительно вытягивали, но не более того.
Но это так, игры на столе. в серии я такое не пробовал, соответственно личной статистики нет.

[rx3apf]

Да просто последовательно все коды перебирал, не изобретая лишнего. Подвешен этот DAC (четыре весовых резистора) был к тому же опорному резистору, управлялся коммутацией 0/z-state. Всего 32 выборки ADC, для 16 комбинаций на DAC. Похоже, можно было обойтись и всего 16 выборками, но на всякий случай... Вполне четко получались четыре дополнительных бита (вместо PT500 подключал магазин и крутил ручки).

Сейчас, ещё немного времени пройдёт, и окажется, что и не весь динамический диапазон АЦП можно использовать,

Вполне очевидно, что не весь. Если, скажем, возьмем опорник 150 Ohm, то для 12 бит ADC разрешение чуть лучше 0.04 Ohm, а весь интересующий участок - всего 20% от диапазона. Ну и в чем проблема ?

или рассеивать на RTD мощность в четверть ватта, чтобы получить полный диапазон, а не факт, что это можно в условиях применения (один, кстати, из первых вопросов, заданных в этой теме, Tanya задала).

Да на кой бы столько надо ? Даже и десятка mA с избытком хватит. А чтобы на опорном резисторе сделать типичные 2.5V - ну, максимум 20 mA. 20 mW - это, конечно, тоже немало, и без импульсной запитки саморазогрев будет неприлично большой, но все ж на порядок меньшая величина. А я бы предложил 5...10 mA для PT100 (для PT500 у меня типично 1.5...2 mA).

[Plain]

А Вы не помните, сигнал какой формы подмешивали и видели ли разницу на практике при использовании сигнала разной формы?
Я дизерингом плотно не занимался, у меня начальник этим развлекался в свое время. Так он говорил пилу использовать. пару бит дополнительно дествительно вытягивали, но не более того.

15 лет назад на 10-разрядных PIC получали 14 разрядов подмесом простой пилы — тоже измеряли RTD; и где-то эти коробки до сих пор работают, наверное...

я бы предложил 5...10 mA для PT100 (для PT500 у меня типично 1.5...2 mA)

Сейчас типично ставим 24-разрядные АЦП и в среднем 200 мкА для любых Pt.

[rx3apf]

Ну, мне и AD7790 с избытком...

[Ruslan1]

15 лет назад на 10-разрядных PIC получали 14 разрядов подмесом простой пилы — тоже измеряли RTD; и где-то эти коробки до сих пор работают, наверное...

Я тож давно это делал. на pic16C74, но они 8-битный АЦП имели.
А сейчас да, хороший АЦП не проблема.

[alexf]

STM32 и особенно STM32F3xx очень хороши для измерений со своими встроенными 12 бит AЦП, и дитеринг предусмотрен без внешних элементов. Добрать 4 бита - не проблема.
Недостаточно данных по постановке задачи, но если возможно делать на переменном токе с синхронным детектированием (все внутри STM32), все становится проще. Иначе можно упереться не в разрядность, а в наводки и дрейф.

[rudy_b]

Что-то я не понял проблемы. Нужно просто растянуть изменение сопротивления 90-120 ом на всю шкалу АЦП - поставить резистор в мост и усилить разностный сигнал. Изменение сопротивления на 30 ом при погрешности 0,05 ома - это всего 600 дискрет, и 10-разрядного АЦП процессора вполне хватит. Ну а калибровку всяко делать.

[Maxzik]

Всем спасибо! Действительно в первый раз такую схему разрабатываю, поэтому возникли сомнения в реализации заданных параметров…)

Произошла небольшая корректировка ТЗ
Необходимым требованием стало использование только отечественных комплектующих!
Кол-во каналов измерений: 4,
Диапазон терморезистора: R=97….130 Ом,
Кол-во значений на диапазон терморезистора: 900,
Используемое АЦП: (встроенное АЦП МК 1986ВЕ91 , разрядность 12бит, диапазон до 2,4 В).
ОУ: 140УД7А
ИОН: 142ЕН19
Резисторы: С2-29 точность 0,1% .
Выбрана мостовая схема с возбуждением генератором стабильного тока, с ИОН. ОУ запитаны напряжением +12В и -12В.

Схема промоделирована на начальном этапе в программе Tina-Ti, что показало
- Uвых=2,43 В при Rt=130 Ом
- Uвых=40 мВ при Rt=97 Ом
посчитав разрядность АЦП МК как 10 бит (1024 значения на рабочий диапазон 2,4 В)...параметры схемы пока устраивают.

В чем заключается калибровка такой схемы? Только в задании «нулевой точки» при ее настройки в МК или еще как то можно учесть влияние внешней температуры на элементы?
Сомневаюсь в стабильности по температуре, рабочий диапазон схемы -10..+80 градусов, напряжение при этом с выхода усилителя начинает уплывать...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Plain]

Всем спасибо ... возникли сомнения в реализации

У нас тоже, потому как ничего ж не прочли из сказанного. Видать, как всегда, к декабрю сдавать надо.

[Самоделкин]

Всем спасибо! Действительно в первый раз такую схему разрабатываю, поэтому возникли сомнения в реализации заданных параметров…)
............
Сомневаюсь в стабильности по температуре, рабочий диапазон схемы -10..+80 градусов, напряжение при этом с выхода усилителя начинает уплывать...

Разница между медным и платиновым термометром в том что медь имеет линеную характеристику которая может "уходить" со времем . Платина нелинейна но имеет очень хорошую стабильность характеристики со временем .
На сайте Схем нет было уже готовое решение ,правда нужен аналоговый коммутатор. А в принципе можно использовать двойное интегрирование . Тогда можно обойтись и без усилителей .Нужен интегратор и компаратор и опорное сопротивление .

Причина редактирования: Избыточное цитирование. Т.

[Iptash]

Хотел здесь же задать вопрос. Также строю измерительный усилитель, но переменного напряжения. Можно ли на вход поставить керамический смд конденсатор(развязывающий) ? или лучше другого типа?

[one_eight_seven]

Можно ли на вход поставить керамический смд конденсатор(развязывающий) ?

C0G (NP0) - вполне, иначе лучше плёнку.

[Iptash]

Где то читал, что мол какие то паразитные )) явления бывают с керамикой, вот и терзают сомнения. По габаритным характеристикам, керамика очень привлекает. NP0 есть, наверное их буду ставить.

[one_eight_seven]

Где то читал, что мол какие то паразитные )) явления бывают с керамикой, вот и терзают сомнения.

Нелинейщина дикая. А у диэлектриков температурных классов X7R и хуже - и вовсе дичайшая. Смотрите характеристику C vs Bias Voltage.

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Jan 26 2015, 21:02

[kleverd]

Насколько я понимаю под термином измерительный усилитель обычно понимается инструментальный усилитель.
И оно используется если датчик висит на длинных проводах. Типа компенсация синфазной помехи. И все в том духе.

Если от Вас требуют именно измерительный усилитель, то по всей видимости надо строить инструментальный усилитель.
А у инструментальных усилителей есть две типовые схемы построения.
1)На двух- ОУ
2)На трех ОУ

Если датчики повешены на длинные провода, то входы усилителя надо как-то защищать. Обычно применяются четыре диода, два на каждый сигнальный провод, включенные в обратном направлении к линиям питания.
Между сигнальными проводами включают мелкий керамический кондер для убивания диф. помехи. А также на каждый сигнальный провод вешают по кондеру, притянутому к общей точке.
С общей точкой тоже есть некоторые вопросы.

С элементной базой - тоже странный выбор.
Резисторы Р1-8МП - Нормальные СМД резисторы
Керамика - К10-79

Если религия не запрещает, то можно использовать готовый инструментальный усилитель рижского завода 1463УБ1.
Если религия не позволяет - то можно для измерительных целей поискать что - нибудь с меньшим смещением нуля.
Может быть посмотреть на серию 544? Или 744, если планируется усилитель делать в виде микросборки. _ttp://www.vostok.nsk.su

Сообщение отредактировал kleverd - Apr 19 2015, 19:58