Фильтр, пропускающий 50 Гц Опции

[hd44780]

Необходимо мерить переменку (частота, напряжение, ток в нагрузке).
Собрал схему (привёл только канал напряжения).

Напряжение (среднеквадратическое) меряет нормально.
Попытался мерять частоту (от каждого замера вычитается значение АЦП, соотв. Uпит/2, затем сравниваю с нулём) - частота всё время бегает в пределах 51-52 Гц. Сильно подозреваю, что это из-за каких-то высокочастотных помех, которые лезут в АЦП.
Чем лучше отфильтровать? Когда-то раньше пытался поставить перед ОУ RC фильтр 1 кил - 1 мкф - получилась какая-то параша - значения напряжения жутко скакали , хоть МК их и усредняет. После этого я тот фильтр убрал и больше не ставил . Но по-хорошему надо...

Спасибо.

Сообщение отредактировал hd44780 - May 18 2011, 13:50

Эскизы прикрепленных изображений

 

[shkal]

А для чего нарисован каскад на DA2.1?

[hd44780]

Для пущей важности
Просто лишний ОУ. Его ж не отрежешь ...

[shkal]

Не стоит так делать. Лучше нижнюю обмотку транса посадить на землю и либо использовать двуполярное питание, либо стандартное смещение на входе ОУ до половины питания.
Очень желательно поставить параллельно вторичке двустороний ограничитель во избежании пробоя входов высоковольтными всплесками в сети. Фильтр для начала поставить обычный пассивный RC с частотой среза герц 300. Случаев, когда они (пассивные RC-фильтры) не работают в природе не встречается Только электролиты в него ставить ненадо.

Сообщение отредактировал shkal - May 18 2011, 16:29

[VCO]

Чем лучше отфильтровать?

Либо пассивным многозвенным LC-фильтром, либо цифровым ФНЧ после АЦП. Либо измерять частоту сети с накоплением и усреднением данных периода синусоды 50 Гц. Всё уже давно придумано до нас...

[shkal]

LC не надо. Порядок RC-можно в дальнейшем увеличить при необходимости и сделать его активным.

[_Pasha]

тут написал, решение подойдет.

[VCO]

LC не надо.

Обоснуйте!

Порядок RC-можно в дальнейшем увеличить при необходимости и сделать его активным.

А вот я могу обосновать: RC-фильтр не обладает должным затуханием в пределах октавы, чтобы давить все гармоники, их производные с помехами и помехи от 50 до 100 Гц. Возведение RC-фильтра в N-ный порядок в этом плане не даёт ничего. Уменьшить помехи в этом диапазоне способен прежде всего цифровой ФНЧ, реализация которого для частоты среза 50 Гц не представляет особых проблем!

[_Pasha]

Уменьшить помехи в этом диапазоне способен прежде всего цифровой ФНЧ, реализация которого для частоты среза 50 Гц не представляет особых проблем!

В принципе-да. Но с измерением частоты встанет проблэм. Дороговато 0.2 мегасемпл юзать монопольно.

Сообщение отредактировал _Pasha - May 18 2011, 18:17

[АНТОН КОЗЛОВ]

Можно и синхронный детектор прислюнявить.

[OlegNS]

Поставь обычный компаратор и таймером считай частоту.

[hd44780]

Поставь обычный компаратор и таймером считай частоту.

А чем это отличается от моего нынешнего алгоритма. У меня в прошивке тот же компаратор реализован.
Натыкался я на других форумах на размышления на тему компаратора ... Он за период не 1 раз перекинется, а 21 . И будет частота не 50 Гц, а гораздо больше.

Насчёт цифрового ФНЧ.
Я думал над этим, к сожалению, я в этой области слабоват . Теорию читал, показалась слишком сложная ...

Выдрал фильтр из атмеловского AVR465, там задачка похожая.
Уравнение вида y[n] = 0.996 × y[n − 1]+ 0.996 × x[n]- 0.996 × x[n -1].
Получил на выходе чистый ноль . Пока с ним не разбирался.

[ViKo]

Компаратор должен быть с гистерезисом, чтобы не ловить шум при переключении.
Полосовой фильтр на 50Hz можно сделать на одном ОУ, можно и на двух. В книжках показаны.
А цифровой фильтр - это тоже хорошо, но уже после аналоговых решений.

[hd44780]

Полосовой фильтр на 50Hz можно сделать на одном ОУ, можно и на двух. В книжках показаны.

А не подскажете где? Или схемку где глянуть. Гуглом прошёлся по фразе "Полосовой фильтр на 50Hz" ничего путного не поймал .

[Guest_TSerg_*]

http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/op/funop_11_6.htm

[ViKo]

А не подскажете где? Или схемку где глянуть. Гуглом прошёлся по фразе "Полосовой фильтр на 50Hz" ничего путного не поймал .

Картинка из Титце, Шенк "Полупроводниковая схемотехника".
Аналогичную схему можно найти в Мошиц, Хорн "Проектирование активных фильтров".
В "Op Amp applications handbook" от Analog Devices. И в документации на их ОУ можно найти.

Еще картинка, из упомянутой "Op Amp Applications Handbook"

Эскизы прикрепленных изображений

 

[shkal]

Обоснуйте!

Во-первых, фильтровать гармоники сетевой частоты нам совершенно не нужно, поскольку измерению частоты они не мешают. Фильтровать нужно помехи и всякий мусор.
Но предположим, что нам таки захотелось фильтровать от 50Гц LC-фильтром. Прикиньте номинал индуктивности в таком фильтре. Потом посмотрите в справочнике массу и габариты соответствующего дросселя.
После чего останется только это собрать и убедиться, что помехи в диапазоне сотни килогерц-еденицы мегагерц пройдут через него, как нож сквозь масло.

А вот я могу обосновать: RC-фильтр не обладает должным затуханием в пределах октавы, чтобы давить все гармоники, их производные с помехами и помехи от 50 до 100 Гц. Возведение RC-фильтра в N-ный порядок в этом плане не даёт ничего.

А Земля - центр вселенной. С этим даже спорить смешно. Откройте любую книжки по фильтрам, или Хорвица-Хилла хотя-бы на стр. 257 первого тома, там везде нарисованы графики затухания для разных порядков.

hd44780 , а алгоритм частотомера какой - прямой или обратный счёт? И интервал измерения какой? Может быть, это у вас ошибка +-1 отсчёт?

Сообщение отредактировал shkal - May 19 2011, 09:48

[hd44780]

Левая схема из Титце&Шенк понравилась.
Только есть ламерские вопросы:
1. Если мне надо пропускать 50 Гц, то это и будет резонансная частота фильтра (термин из этой книжки)?
2. Какое надо брать это k? Там написано, что это коэф. усиления. Если мне не нужно усиливать, то k=1, и верхний резистор в делителе превращается в перемычку?

а алгоритм частотомера какой - прямой или обратный счёт? И интервал измерения какой? Может быть, это у вас ошибка +-1 отсчёт?

Алгоритм счёта пока такой - считает кол-во переходов сигнала через мою ср. точку и кол-во секунд работы.
Потом делит одно на другое и гонит на дисплей.
Хотя м.б. и придётся вынести частоту на отдельный компаратор, чтобы не мешал основному алгоритму.
Кстати, может и оффтоп здесь. МК у меня ATMega16, там есть компаратор. Можно ли как-то к нему гистерезис "приделать"?

Меня тут собственно даже не сама частота беспокоит.
Я по ходу считаю угол сдвиг фазы между напряжением и током. А из-за разного мусора этот угол скачет. Немного, но всё же.
Частота - задачка, на которой эти косяки наиболее отчётливо проявляются.

Сообщение отредактировал hd44780 - May 19 2011, 10:10

[ViKo]

Левая схема из Титце&Шенк понравилась.
Только есть ламерские вопросы:
1. Если мне надо пропускать 50 Гц, то это и будет резонансная частота фильтра (термин из этой книжки)?
2. Какое надо брать это k? Там написано, что это коэф. усиления. Если мне не нужно усиливать, то k=1, и верхний резистор в делителе превращается в перемычку?

1. Да, конечно.
2. От k зависит добротность -> полоса пропускания. Это вам решать, что нужно.
Книжку (скачать и) почитать!

Кстати, может и оффтоп здесь. МК у меня ATMega16, там есть компаратор. Можно ли как-то к нему гистерезис "приделать"?

Про аппаратный гистерезис не скажу. Посмотрите на сайте Atmel, может, там и есть решения.
Можно сделать программно - подсчитывать только "устойчивые" состояния входа, когда они подтверждаются в течение, например, 1ms. Короткие пички игнорировать.

[shkal]

1) Да
2) Всё хорошо, только этот фильтр ничего фильтровать не будет у него добротность 1\2 при к=1
3) Алгоритм - вам сюда http://electronix.ru/forum/index.php?showt...29796&st=15
4) вот фильтр для начала.

[ViKo]

...вот фильтр для начала.

Все эти фильтры подробно рассмотрены в книжке Мошиц, Хорн "Проектирование активных фильтров".

[hd44780]

Спасибо. Буду пробовать.

[OlegNS]

А чем это отличается от моего нынешнего алгоритма. У меня в прошивке тот же компаратор реализован.
Натыкался я на других форумах на размышления на тему компаратора ... Он за период не 1 раз перекинется, а 21 . И будет частота не 50 Гц, а гораздо больше.

Во- первых Вы используете АЦП(какая разрядность?), которое и так шумит. Во-вторых, вычитаете половину питания(откуда берется это число?) - если это число постоянное, то результат будет зависеть от входного напряжения, а если опять цифруется, то будет шуметь.

Алгоритм:
На вход усилителя подаете Ваш синус. Усилитель должен быть в насыщении, скажем от Uпит до 0.1в и от -0.1в до -Uпит. Все что в диапазоне от -0.1 до +0.1в. должно честно усиливаться. Далее ставите компаратор с гистерезисом и выход компаратора заводите на ногу контроллера(счетный вход). И скажем по фронту запускаете счет и по нему же заканчиваете(для 1 периода). Для N периодов считаете N периодов и число в счетчике делите на N. Контроллер должен работать от внешнего кварца. Удачи Вам.

[hd44780]

Во- первых Вы используете АЦП(какая разрядность?), которое и так шумит. Во-вторых, вычитаете половину питания(откуда берется это число?) - если это число постоянное, то результат будет зависеть от входного напряжения, а если опять цифруется, то будет шуметь.

Разрядность - 10 бит. Мл. бит всегда гасится, т.к. у атмела там ошибка с вероятностью 50%.
Пол-питания - значение АЦП 512. Пытался толкать на АЦП и ср. точку с потенциометра, но там тоже иногда какие-то скачки наблюдаются , хоть кондёрами увешано.
Мега работает от внеш кварца 8МГц, единственный косяк там - аналоговое питание не по ДШ подведено - просто запаяно на общие +5в.

[Georgy]

Вот ещё прообраз фильтра, сорри за качество, мобилой отснял.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[shkal]

У Т-моста фаза будет сильно плавать при изменении частоты и температуры (а в приведённой схеме ещё и усиление на центральной частоте), так не надо делать.

[VCO]

У всех полосовых RC- и LC-фильтров в температуре будут плавать АЧХ и ФЧХ, если не использовать дорогие термостабильные пассивные компоненты, да и непонятна мотивация применения ПФ вместо ФНЧ. Мне также непонятно, зачем сигнал оцифровывать, чтобы измерить его частоту, если только речь не идёт о спектральном анализе или цифровой фильтрации. Не совсем чётко понятно, чем компаратор с гистерезисом и RC-фильтры (активные или пассивные) помогут при зашумлении сигнала, например, низкочастотными помехами звукового диапазона, которые могут образоваться при питании УЗЧ и АС.
Если речь не идёт об измерении каждого периода 50 Гц, то можно обойтись простейшей фильтрацией сигнала от ВЧ составляющих многозвенным LC- фильтром (звенья должны быть рассчитаны на разные частоты) и подачей его через обычный компаратор на счётный вход микроконтроллера. Далее накопление и усреднение устранят все ошибки.

[OlegNS]

Разрядность - 10 бит. Мл. бит всегда гасится, т.к. у атмела там ошибка с вероятностью 50%.

Интересное утверждение

Пол-питания - значение АЦП 512.

Вы уверены, что это правильно. Я уверен, что это в принципе делать нельзя. Вы можете подобрать это значение так, что вычисляемая частота будет равна искомой т.е. 50Гц, но при других условиях(температура и т.д.) показания изменяться.

Пытался толкать на АЦП и ср. точку с потенциометра, но там тоже иногда какие-то скачки наблюдаются , хоть кондёрами увешано.
Мега работает от внеш кварца 8МГц, единственный косяк там - аналоговое питание не по ДШ подведено - просто запаяно на общие +5в.

Сделайте как я в предыдушем посте написал. Работает на счетчике, жестко привязан к кварцу и разрядность повыше(можно еще повысить сделав предсказание). Практически точность будет определяться усилителями. Если что-то не понятно, то изучите принцип работы АЦП двойного интегрирования .


Если всетаки не хотите уйти от АЦП, то делайте не повторитель, а усилитель, чтоб, повторюсь, при напряжении на входе 0.1в усилитель находился в насышении, т.е. около +питания, а при напряжении -0.1в - около -питания. Т.е. усилитель будет только правильно усиливать узкий диапазон входного питания и таким образом Вы повысите точность определения пересечения нуля входным сигналом.

[MaslovVG]

Непонятна вообще затея аналоговой фильтрации. У вас достаточно шустрый ACP фильтруйте в цифре. Преобразование Фурье никто не отменял. У вас просто плохой алгоритм измерения частоты.
Плавающая же фаза после аналогово фильтра создаст кучу проблем с подсчетом мощности, RMS и прочими метрологическими функциями.
Кстати Нулевую точку нужно вешать не на половину питания, а на половину опорного напряжения. На питании вы отгребаете еще кучу шумов и погрешностей.

[shkal]

Если использовать ФНЧ, а не полосовой фильтр, и частоту среза взять герц 100, то плавать ничего не будет.
УЗЧ с линейным БП в пределах рассматриваемой задачи помех в сети с частотой входного сигнала не создают. Вы форму и спектр тока потребления УЗЧ представляете?
Гистерезис в компараторе нужен для исключения дребезга при подаче на вход зашумлённого сигнала (каковым напряжение в сети и является)
Алгоритм частотомера должен быть обратного счёта, иначе точность получиться +-1Гц при интервале измерения 1 с.
MaslovVG Вы вот серьёзно предлагаете старттопику садиться писать ЦФ и БПФ, вместо того, чтобы впаять 1 ОУ 2 резистора и 2 конденсатора?
Тем более, что ОУ уже есть. А фильтр пред АЦП должен быть всегда, если не стоит задачи собрать помехи из всей возможной полосы.

[MaslovVG]

MaslovVG Вы вот серьёзно предлагаете старттопику садиться писать ЦФ и БПФ, вместо того, чтобы впаять 1 ОУ 2 резистора и 2 конденсатора?
Тем более, что ОУ уже есть. А фильтр пред АЦП должен быть всегда, если не стоит задачи собрать помехи из всей возможной полосы.

Фильтр создаст непредсказуемый в полосе 49-51Гц фазовый сдвиг плюс дрейф комлектующих, что сделает все измерения среднепотолочными. Аналоговый фильтр становится целесообразным если помеха певысит динамический диапазон АЦП, но тогда захлебнутся и все приведенные выше схемы. А стартопику будет весьма полезно освоить ЦФ и БПФ. Тем более что это и не так сложно.
Следует в первую очередь позаботится о точности преобразования. Стабильности опоры. Снижение шумов от собственной схемы. Уже средняя точка с потенциометра земля-питание ограничат точность максимум процентов 5.

[VCO]

УЗЧ с линейным БП в пределах рассматриваемой задачи помех в сети с частотой входного сигнала не создают. Вы форму и спектр тока потребления УЗЧ представляете?

Представляю, там в законченных УМЗЧ высокого класса обычно раньше всё разбивали на три каскада усиления, а в аппаратуре класса HiFi и HiEnd делали селлективное усиление по полосам, кроме того вспомнил усилители типа D и ламповые усилители. Линейный блок питания и выходной каскад в таких усилителях обычно обвешаны гирляндой электролитов. Ну и какой из вариантов схемотехники мне надо себе представить?
А теперь разберите современные китайские Диалоги или Genius со встроенными блоками питания и усилителями: ничего подобного в помине нет. Трансформатор обычно работает на пределе, электролиты - по минимуму. После достижения номинальной мощности начинается просадка цепей питания со всеми вытекающими последствиями.

Гистерезис в компараторе нужен для исключения дребезга при подаче на вход зашумлённого сигнала (каковым напряжение в сети и является)

А то я этого не знал!? Я как раз говорил о том случае, когда помеха близка по основной несущей частоте к 50 Гц. Но в принципе согласен, гистерезис тоже не помешает, просто случайные преждевременные переключения компаратора можно было бы игнорировать программно, тем более после гашения ВЧ-составляющей их вероятность минимальна.

[MaslovVG]

Да кстати с какой частотой берутся выборки ADC И по скольки периодам определяется частота.
Я тут подсчитал что если выборки берутся максимально часто (порядка одна на 100мксек.), а измерения делаются за 1 период то максиальная точность и без помех будет плюс минус 1 герц.

[hd44780]

Да кстати с какой частотой берутся выборки ADC

1 мс = 20 раз на период. Пытался брать чаще (1000 раз на период) - фигня получается, видимо пролезают кратковременные помехи.

И как лучше делать ср. точку? Или вообще от неё отказаться, а поднимать операционником?

Про БПФ думал, но мне надо цифровать мин 2 канала (напряжение, ток),и и я сомневаюсь, что моя мега16 на 8MHz это потянет. Хотя, мож и ошибаюсь.
Не знаток я ... Кстати, там же надо только одну частоту выделять - 50 Гц. Все остальные даром не нужны ...

Сообщение отредактировал hd44780 - May 22 2011, 07:09

[MaslovVG]

1 мс = 20 раз на период. Пытался брать чаще (1000 раз на период) - фигня получается, видимо пролезают кратковременные помехи.

И как лучше делать ср. точку? Или вообще от неё отказаться, а поднимать операционником?

Про БПФ думал, но мне надо цифровать мин 2 канала (напряжение, ток),и и я сомневаюсь, что моя мега16 на 8MHz это потянет. Хотя, мож и ошибаюсь.
Не знаток я ... Кстати, там же надо только одну частоту выделять - 50 Гц. Все остальные даром не нужны ...

Так если вы так измеряете длительность периода то у вас точность вообще плюс минус 5Гц.даже при асболютном отсутствии шумов.
Забудте про фильтр и меняйте алгоритм измерения.

[Tanya]

Читаю-читаю - ничего не понимаю...
Зачем все это нужно?
Что такое период непериодического сигнала и как его измерять?
Если очень сильно усреднить, получится 50 герц. Если не очень сильно - будет немного другое.
Какой во всем этом толк?
Только talk?

[shkal]

Представляю, там в законченных УМЗЧ высокого класса обычно раньше всё разбивали на три каскада усиления, а в аппаратуре класса HiFi и HiEnd делали селлективное усиление по полосам, кроме того вспомнил усилители типа D и ламповые усилители. Линейный блок питания и выходной каскад в таких усилителях обычно обвешаны гирляндой электролитов. Ну и какой из вариантов схемотехники мне надо себе представить?
А теперь разберите современные китайские Диалоги или Genius со встроенными блоками питания и усилителями: ничего подобного в помине нет. Трансформатор обычно работает на пределе, электролиты - по минимуму. После достижения номинальной мощности начинается просадка цепей питания со всеми вытекающими последствиями.

В этой теме это off, но 99.9% УМЗЧ с линейным БП имеют мостовой выпрямитель с ёмкостным фильтром. Ток, потребляемый от сети таким БП имеет вид импульсов с частотой 100Гц и большой скважностью (>10 навскидку), Ток, потребляемый самим усилителем от своего БП, модулирует эти импульсы по ширине. Очевидно, что спектр такого сигнала представляет собой в основном составляющую 100Гц и её высшие гармоники, а не составляющие с частотой тока, потребляемого усиоителем от своего БП.

По поводу дрейфа фильтра - пугалка. Конденсаторы NP0 имеет ТКЕ порядка 30ppm, или 3Е-5, резисторы тонкоплёночные скажем 25 ppm. В диапазоне ,допустим, 0+40С уходы порядка
0,0012. Теперь возьмём Бесселя второго порядка с частотой среза 100 Гц, у него уход фазового сдвига на 50Гц при изменении ёмкостей на +-5% составляет 2 градуса - видим, что дрейф можно вообще не учитывать.
А вот при отсутствии фильтра и частоте семплирования 1 КГц помеха с частотой 550Гц окажется на 50 герцах, и никакой ЦФ её не отфильтрует.
Надо сначала получить чистый синус, а уж потом измерять его частоту.
А алгоритм измерения нужно переписывать, однозначно.

Tanya напряжение в сети - сигнал очень периодический

Сообщение отредактировал shkal - May 22 2011, 11:12

[Tanya]

Надо сначала получить чистый синус, а уж потом измерять его частоту.

Tanya напряжение в сети - сигнал очень периодический

Как-то эти два положения не очень согласуются.
Сети у нас с Вами разные или определения периодической функции?
На всякий случай напишу свое.
Пусть функция определена на "всей действительной оси". Тогда, если существует такое (минимальное) положительное число T (отличное от нуля), такое, что для любого числа a f(a+T)=f(a), тогда функция является периодической, а число T называется (минимальным) периодом.
А что такое очень периодическая функция, - я не знаю.

[shkal]

Напряжение в сети представляет собой сумму синусойды с частотой 50 Гц (которая безусловно является периодическим сигналом) и различных помех в широком диапазоне частот.
Для того, чтобы помехи не влияли на процесс измерения частоты, их нужно отфильтровать. Что тут не согласуется?
Очень периодическая функция - это шутко была.

[Tanya]

Напряжение в сети представляет собой сумму синусойды с частотой 50 Гц (которая безусловно является периодическим сигналом) и различных помех в широком диапазоне частот.
Для того, чтобы помехи не влияли на процесс измерения частоты, их нужно отфильтровать. Что тут не согласуется?

Первое положение сомнительно...
А зачем такие мучения, если Вы заранее знаете ответ - 50 Гц?

[VCO]

Напряжение в сети представляет собой сумму синусойды с частотой 50 Гц (которая безусловно является периодическим сигналом) и различных помех в широком диапазоне частот.

Как-то ждал я, что слово "синусойда" сорвётся с Вашего языка. Вам осталось только разобраться, что такое "помехи в широком диапазоне частот" и как они возникают в сети питания 220В, зачем нужен корректор мощности и как возникают электромагнитные наводки на сеть питания. Тогда более чётко представите весь спектр сети выше 50 Гц. Хотите без лишних исследований - подцепите через гальваническую развязку к сети питания современный цифровой осциллограф, и включите опцию FFT - на спектрограмме увидите реальный спектр.

А зачем такие мучения, если Вы заранее знаете ответ - 50 Гц?

ПМСМ вопрос надо переадресовать ТС, может он там ИБП (UPS) лепит, а мы и не в курсе!

[hd44780]

может он там ИБП (UPS) лепит, а мы и не в курсе!

Нет, не угадали, не UPS .
Это некий вольт-ампер-ваттметр-фазометр. Полностью гальванически развязан от сети трансформаторами.

Меряет напряжение в сети, ток в нагрузке, мощность. Ну и частоту до кучи. Но до частоты ещё путём не добрался .
Напряжение, ток (оба среднекведратические), полную мощность меряет без проблем, а вот с активной проблемы.
Там надо знать угол сдвига фаз. Я его вычисляю по времени перехода синусоид через 0. Получается "правдоподобно" - на лампе накаливания где-то 0..2 градуса.
Но вся проблема в том, что этот угол всё время "бегает" - меняется в небольших пределах. Я и думаю, что это из-за помех, т.к. сейчас фильтрации никакой нету - всё, что на выходе трансов - всё летит на АЦП.
Все замеры 20 раз за период. Пытался увеличить - получается только хуже, наверное, начинает ловить более кратковременные помехи.

Поэтому я и начал думать про полосовой фильтр, который пропустил бы в АЦП полосу типа 45-55 Гц.

Я видел схему фазометра на компараторах К554СА3, но там всё завязано на измерительную эл-мех головку с нулём посередине, а эти головки сами по себе на помехи не реагируют. В силу своих коструктивных особенностей..
А поставь вместо головки любой МК - так и будет кидаться на всё, что движется .

PS. Осциллографа, даже самого паршивого, у меня нету .

Сообщение отредактировал hd44780 - May 22 2011, 15:36

[MaslovVG]

Нет, не угадали, не UPS .
Это некий вольт-ампер-ваттметр-фазометр. Полностью гальванически развязан от сети трансформаторами.

Меряет напряжение в сети, ток в нагрузке, мощность. Ну и частоту до кучи. Но до частоты ещё путём не добрался .
Напряжение, ток (оба среднекведратические), полную мощность меряет без проблем, а вот с активной проблемы.
Там надо знать угол сдвига фаз. Я его вычисляю по времени перехода синусоид через 0. Получается "правдоподобно" - на лампе накаливания где-то 0..2 градуса.
Но вся проблема в том, что этот угол всё время "бегает" - меняется в небольших пределах. Я и думаю, что это из-за помех, т.к. сейчас фильтрации никакой нету - всё, что на выходе трансов - всё летит на АЦП.
Все замеры 20 раз за период. Пытался увеличить - получается только хуже, наверное, начинает ловить более кратковременные помехи.

Да судя по методике измерения меряете вы все что угодно только не вольты-амперы-ватты или погрешность превышает 10% а это уже не прибор а индикатор.

[shkal]

Первое положение сомнительно...

Не могли бы Вы уточнить, что именно сомнительно?

на спектрограмме увидите реальный спектр

Я его видел неоднократно. Что там не соотвествует тому, что я пишу?

электромагнитные наводки на сеть питания

Электромагнитные наводки возникают только в очень специальных случаях, типа антенного поля поблизости.
Во всех остальных это не наводки, а падение напряжения на комплексном сопротивление сети, вызванное током потребителей.

[hd44780]

Да судя по методике измерения меряете вы все что угодно только не вольты-амперы-ватты или погрешность првышает 10% а это уже не прибор а индикатор.

А что неправильного в методике?
С обычными вольтметром/амперметром неплохо совпадает. Ток не очень, но это проблемы моего ТТ.

Если есть предложения, как можно улучшить, предлагайте .

Сообщение отредактировал hd44780 - May 22 2011, 17:51

[MaslovVG]

А что неправильного в методике?
С обычными вольтметром/амперметром неплохо совпадает. Ток не очень, но это проблемы моего ТТ.

Если есть предложения, как можно улучшить, предлагайте .

Во первых. Обеспечить метрологическую точность и стабильность АЦП. Точность, стабильность опоры. не хуже 0,05%
Как минимум в десять раз поднять частоту выборок. Обеспечить одновременное измерение тока и напряжения. Применить ЦОС. измерения усреднять хотя бы за сккунду. Вот тогда вы может приблизитесь к точности 0,1%. А китайские тестеры если на постоянке что то похожее к 3-5% дают то на переменке совсем мрак. и не верте трем знакам на индикаторе.

[Tanya]

Не могли бы Вы уточнить, что именно сомнительно?

Я его видел неоднократно. Что там не соотвествует тому, что я пишу?

Электромагнитные наводки возникают только в очень специальных случаях, типа антенного поля поблизости.
Во всех остальных это не наводки, а падение напряжения на комплексном сопротивление сети, вызванное током потребителей.

Сомнительным? А вот такая функция - sin((w0+a*sin(w1*t))*t), где w1 много меньше частоты измерений? Или внутри не синус, а какая-нибудь другая медленная функция... Ведь нагрузка меняет частоту вращения генераторов электростанций
А про фурье... Вы берете сигнал за фиксированное время и думаете, что он периодический? Что мы таким образом измеряем и кого обманываем?

[hd44780]

Обеспечить метрологическую точность и стабильность АЦП. Точность, стабильность опоры. не хуже 0,05%

АЦП внутренний ATMega16. В загашнике есть внешний MCP3202. Сейчас опора - Uпит (БП на LM7805. Вольтметр показывает 5.02в). Где-то валяется REF195.

Как минимум в десять раз поднять частоту выборок.

Я ж говорил - пытался. Угол сдвига фазы начинает скакать. Правда, он не усредняется. Замеры - 1 период не непрерывно, где-то раз 5 в секунду.

Обеспечить одновременное измерение тока и напряжения.

АЦП физически один, на входе мультиплексор. Поэтому между замерами где-то 1 мкс, точно не мерял.

Применить ЦОС.

А поконкретнее можно? Раньше не сталкивался.

Сообщение отредактировал hd44780 - May 23 2011, 08:48

[Tanya]

А поконкретнее можно? Раньше не сталкивался.

А Вы представляете себе, что Вы хотите измерить и зачем?

[shkal]

Сомнительным? А вот такая функция - sin((w0+a*sin(w1*t))*t), где w1 много меньше частоты измерений? Или внутри не синус, а какая-нибудь другая медленная функция... Ведь нагрузка меняет частоту вращения генераторов электростанций
А про фурье... Вы берете сигнал за фиксированное время и думаете, что он периодический? Что мы таким образом измеряем и кого обманываем?

На интервале измерений 1с частоту сети можно считаь постоянной, поскольку генераторы электростанций обладают большой механической инерцией.
Использовать БПФ для измерения частоты предложил не я, я наоборот считаю для этой задачи нужным измерять частоту и сдвиг фаз с помощью модуля input capture, ссылку на алгоритм я давал.

Кстати, если задача топикстартера практическая, а не учебная, может проще ade7763
$1.66 в малых партиях. В даташите можно найти массу полезного о сетевых измерениях.

Сообщение отредактировал shkal - May 23 2011, 10:06

[hd44780]

сдвиг фаз с помощью модуля input capture, ссылку на алгоритм я давал.

Именно сдвиг фаз меня и интересует в 1-ю очередь.

[MaslovVG]

АЦП внутренний ATMega16. В загашнике есть внешний MCP3202. Сейчас опора - Uпит (БП на LM7805. Вольтметр показывает 5.02в).

LM7805 Имеет долговременную стабильность хуже 1% применяйте специальные микросхемы источники опорного напряжения и только для опоры и ни каких дополнительных нагрузок.

АЦП физически один, на входе мультиплексор. Поэтому между замерами где-то 1 мкс, точно не мерял.

1 мкс это фантастика.
первое измерение -100мксек
смена канала время на уравновешивание сигнала еще 100мксек (время паузы смотрите рекомендации от Atmel)
Необходимо проводить интерполяцию по двум соседним измерениям пересчитывать что было во втором канале когда мерялся первый. или применять два АЦП.

ЦОС цифровая обработка сигналов. Займитесь в микропроцессорной технике без этого делают только мигалки.

[hd44780]

может проще ade7763
$1.66 в малых партиях. В даташите можно найти массу полезного о сетевых измерениях.

Проще. Вот только я их найти не могу. В одном магазине нашёл - мин. партия 66 шт, да и то под заказ. Кушать мне их что-ли ?
А ДШ полезные, это точно.

MaslovVG, спасибо. Буду пробовать.

Сообщение отредактировал hd44780 - May 23 2011, 13:34

[shkal]

На digikey и farnell есть.
Ещё посмотреть микрочиповские варианты можно
microchip

Сообщение отредактировал shkal - May 23 2011, 13:40

[Andrey_1]

Необходимо мерить переменку (частота, напряжение, ток в нагрузке).
Собрал схему (привёл только канал напряжения).

Напряжение (среднеквадратическое) меряет нормально.
Попытался мерять частоту (от каждого замера вычитается значение АЦП, соотв. Uпит/2, затем сравниваю с нулём) - частота всё время бегает в пределах 51-52 Гц. Сильно подозреваю, что это из-за каких-то высокочастотных помех, которые лезут в АЦП.
Чем лучше отфильтровать? Когда-то раньше пытался поставить перед ОУ RC фильтр 1 кил - 1 мкф - получилась какая-то параша - значения напряжения жутко скакали , хоть МК их и усредняет. После этого я тот фильтр убрал и больше не ставил . Но по-хорошему надо...

Спасибо.

Проще всего и дешевле отфильтровать полтиник полосовым LC-фильтром если без ДЦП и прочего изврата.
Можете еще на операционнике Т-образный мост замутить (см Хьюлсман Активные RC-фильтры)
ПС - Колебание частоты сети в пределах 1 Гц регламентировано ГОСТом на промсети

[MaslovVG]

Проще всего и дешевле отфильтровать полтиник полосовым LC-фильтром если без ДЦП и прочего изврата.
Можете еще на операционнике Т-образный мост замутить (см Хьюлсман Активные RC-фильтры)
ПС - Колебание частоты сети в пределах 1 Гц регламентировано ГОСТом на промсети

Но происходят медленно с периодом близким к 12 часам.

Лучше всего не ставить никаких фильтров. Частоту мерять по результату измерения длителности 100-1000 периодов сети.
сдвиг фазы вычислять (если уж очень нужно) из соотношения положительной и отрицательной мощностей за то же время
Ток напряжение и полную мощность усреднять за тот же период.
Автору топика напоминаю что мощность подсчитывается как интеграл мгновенных значений тока на напряжение а не произведение среднеквадратичных. ( Инача зачем автору топика понадобилась фаза?)

[hd44780]

Автору топика напоминаю что мощность подсчитывается как интеграл мгновенных значений тока на напряжение а не произведение среднеквадратичных. ( Инача зачем автору топика понадобилась фаза?)

Спасибо за напоминание, но я это знаю и так и делаю.

МК считает S= UI (UI среднеквадратичные), затем активная мощность 2-мя способами:

1. P=S*cos. Угол вычисляется по времени переходов тока и напряжения через 0 (отсюда и пошёл вопрос о помехах и ложных срабатываниях).

2. тот самый интеграл. В дискретном виде я считаю ср. арифм. произведений мгновенных u, i. Потом определяю косинус и угол.

Во 2м случае число нормальное получается, но иногда знак меняется.
Может из-за того, что у меня измерения длятся один период, а потом всё это обсчитывается.
средняется только напряжение по 16 замерам.
В AVR465 (родственная штуковина) вообще всегда берут этот "интеграл" по модулю.

сдвиг фазы вычислять (если уж очень нужно) из соотношения положительной и отрицательной мощностей за то же время

не понял .
Вы, наверное, имели в виду cos_fi=P/S, fi=arccos (cos_fi)? Я так и делаю (2-й режим).
Или можно как-то ещё?

Частота для меня пока вещь вторичная. Главное сейчас с мощностями и углом разобраться.

Сообщение отредактировал hd44780 - May 24 2011, 06:49

[ViKo]

Так и не понял, зачем мерить частоту. Ну, покажет что-то между 48-52Hz, и что?

[Georgy]

О каком плавании фазы на 50_ти герцах в фильтре на операционнике речь идёт?
Будьте проще, и не усложняйте задачу до космического масштаба.
Фильтр на операционнике - самое то, он вычистит спектр, а предложенным усреднением 100...1000 периодов результат хуже.
И прислушайтесь к уважаемой Tanya.
Кроме сказанного хочу отметить что частота 50 Гц весьма стабильно поддерживается, и надо ловить отклонения максимум +/- 1 Гц.
И самое смешное что результат измерения ничего полезного не даёт, т.к. изменить это невозможно да и не нужно. Оставьте частоту на совести энергосистемы.

[hd44780]

Частоту я мерить буду в самую последнюю очередь. Если вообще буду .
Я упомянул её только как наиболее иллюcтративную вещь к помехам. Это здесь народ слегка увлёкся этой темой.

Повторюсь, главное для меня сейчас - активная мощность и угол сдвига фаз.
Фильтр я пока не сделал - на работе другим пригрузили - некогда .

Сообщение отредактировал hd44780 - May 24 2011, 08:13

[MaslovVG]

Спасибо за напоминание, но я это знаю и так и делаю.

МК считает S= UI (UI среднеквадратичные),

Неправильно. S= UI (U I Мгновенные значения с учетом знака) Если потребуется фаза отдельно накапливать положительные Sp отдельно отрицательные Sn значения Активная мощность S есть сумма всех значений. Для ее получения не требуется Cos_fi. При этом метод справедлив при любых искажениях формы сигнала.

1. P=S*cos.

Это справедливо только для чисто синусоидального сигнала чего сейчас в сети практически не бывает.

Может из-за того, что у меня измерения длятся один период, а потом всё это обсчитывается.
средняется только напряжение по 16 замерам.

Подсчитывать (без округления) нужно за длительное время кратное периоду. В вашем случае удобнее за 256 тогда легче делить (простым сдвигом).
Стартуйте суммирование по певому переходу через ноль.(+/ -) Заканчивайте по 256 .(+/-)
Отдельно накапливайте мощность, квадрат тока, квадрат напряжения. При этом вам не потребуется море памяти для хранеия всех значений с АЦП.
Если первым измеряется напряжение то для подсчета мощности значение тока берите средне арифметическое двух соседних измерений. (Это если измерения идут равномерно и поочередно)

[Tanya]

Подсчитывать нужно за длительное время кратное периоду (без округления). В вашем случае удобнее за 256 тогда легче делить (простым сдвигом).

Усреднение не всегда нужно. И зачем? Для красоты и гладкости?

Если первым измеряется напряжение то для подсчета мощности значение тока берите средне арифметическое двух соседних измерений. (Это если измерения идут равномерно и поочередно)

Или 2 УВХ для увеличения честности. Где-то тут уже обсуждалось влияние числа отсчетов за период и точности АЦП на точность измерения энергии...
Или сразу специализированную микросхему от AD...

[hd44780]

Спасибо.
Вечером попробую. Если успею .

Если потребуется фаза отдельно накапливать положительные Sp отдельно отрицательные Sn значения Активная мощность S есть сумма всех значений. Для ее получения не требуется Cos_fi. При этом метод справедлив при любых искажениях формы сигнала.

Немного не понял. S вроде полная мощность, а активная - P.... Косинус нужен именно для P: P= UI*cos=интеграл_ui за_период.
И зачем накапливать отдельно?

Это справедливо только для чисто синусоидального сигнала чего сейчас в сети практически не бывает.

Я в курсе. Сделал так, больше ради спортивного интереса.

Отдельно накапливайте мощность, квадрат тока, квадрат напряжения.

Так и сделано.

Если первым измеряется напряжение то для подсчета мощности значение тока берите средне арифметическое двух соседних измерений. (Это если измерения идут равномерно и поочередно)

Угу ...
Сейчас раз в 1 мс прерывание, там замеряет напряжение, ток (подряд, поэтому интервал минимален), затем считает суммы квадратов, сумму мгн ui, анализирует переход через 0.
Ну и кол-во замеров обязательно .
Все квадраты и пр. вычисляются целочисленно, над значениями из АЦП.

Пересчёт всего этого в вольты и пр. потом, по истечении одного периода. Кол-во периодов легко увеличить.

Сообщение отредактировал hd44780 - May 24 2011, 09:57

[MaslovVG]

Немного не понял. S вроде полная мощность, а активная - P.... Косинус нужен именно для P: P= UI*cos=интеграл_ui за_период.
И зачем накапливать отдельно?

Полная (применяется для оценки нагрузки на сети) интеграл произведения среднеквадратичных тока и напряжения. Активная интеграл произведения мгновенных тока и напряжения. В частном случае для синусоиды может пересчитываться через Cos

Отдельно накапливать, если вам зачем то захочется найти фазу предполая ток и напряжение синусоидальными.

После измерения напряжения и комутации канала следует выдерживать паузу для устаканивания уровня на УВХ в АЦП контроллера.
Я бы рекомендовал мерять ток и напряжения поочередно в разных циклах прерывания. ( измерение U - комутация канала - ожидание прерывания - измерение I - комутация канала ). Частоту прерываний увеличить исходя из требований точности смотри рекомендации Atmel. Точность преобразования зависит от частоты повторений.

Это все рекомендации повышения точности в имеющейся схеме. Стабильност делителя и REF это вопрос схемотехники. Их точность должна в несколько раз превосходить требуемую точность измерений.

[hd44780]

Полная (применяется для оценки нагрузки на сети) интеграл произведения среднеквадратичных тока и напряжения.

Я не понял, что это ....
У меня есть среднеквадратичные U, I за период. Для получения полной мощности S мне надо их проинтегрировать за сколько-то там периодов?

Отдельно накапливать, если вам зачем то захочется найти фазу предполая ток и напряжение синусоидальными.

Чего-то никак не въеду ...
Угол сдвига фазы что-ли? Как я его найду, имея суммы положительных отрицательных мгновенных произведений?

Бр-рр

[Ariel]

не пойму зачем городить огород если для преобразования среднеквадратичного напряжения в DC есть специальные м/схемы от Analog Device?

[MaslovVG]

не пойму зачем городить огород если для преобразования среднеквадратичного напряжения в DC есть специальные м/схемы от Analog Device?

Чтобы не применять дополнительных аппаратных средств

Я не понял, что это ....
У меня есть среднеквадратичные U, I за период. Для получения полной мощности S мне надо их проинтегрировать за сколько-то там периодов?

Чего-то никак не въеду ...
Угол сдвига фазы что-ли? Как я его найду, имея суммы положительных отрицательных мгновенных произведений?

Бр-рр

При интегрировании за период вы имеете неопределенность длительности интервала 1мсек в начале и 1мсек в конце итого плюс минус 2мсек что составляет 10% от общей длительности (соответственно и величин интегралов на этом интервале)
При интегрировании за 256 периодов вы имеете ту же ошибку длительности что составит 0,04% интервала соответсвенно и значения интеграла.

Если Sp сумма всех положительных значений произведения мгновенных значений напряжения и тока,
а Sn сумма всех отрицательных значений произведения мгновенных значений напряжения и тока, все это за 256 периодов
то средняя Полная мощность S=(Sp+|Sn|)/256 средняя активная мощность P=(Sp-|Sn|)/256, Cos_Fi+=P/S (только угол вам уже не нужен.)

[Tanya]

При интегрировании за период вы имеете неопределенность длительности интервала 1мсек в начале и 1мсек в конце итого плюс минус 2мсек что составляет 10% от общей длительности (соответственно и величин интегралов на этом интервале)

А ошибка в величине интеграла при привязке начала интегрирования к переходу через ноль будет НАМНОГО меньше. И миллисекунда - это перебор.

[MaslovVG]

А ошибка в величине интеграла при привязке начала интегрирования к переходу через ноль будет НАМНОГО меньше. И миллисекунда - это перебор.

Как я понял из описаний Автор топика снимает показания раз в милисекунду, переход через ноль определяет по смене знака выборки.
Вообще тема давно вышла из рамок аналоговой техники.

[Tanya]

Как я понял из описаний Автор топика снимает показания раз в милисекунду, переход через ноль определяет по смене знака выборки.
Вообще тема давно вышла из рамок аналоговой техники.

Ну и что в этом плохого? Вот и привязка к нулю.
И про аналоговую ветку не соглашусь.

[hd44780]

MaslovVG, спасибо за разъяснения. Попробую сделать так, как вы советуете. Сегодня, к сожалению, не успеваю .

Автор топика снимает показания раз в милисекунду, переход через ноль определяет по смене знака выборки.

Совершенно верно.

А насчёт темы - как же иначе, если в устройстве всё взаимосвязано - и аналогвые вопросы по входным каскадам и программная часть...

не пойму зачем городить огород если для преобразования среднеквадратичного напряжения в DC есть специальные м/схемы от Analog Device?

http://electronix.ru/forum/index.php?showt...mp;#entry931834

[Tanya]

http://electronix.ru/forum/index.php?showt...mp;#entry931834

А образец (2) можно бесплатно получить.

[ledum]

А образец (2) можно бесплатно получить.

Не совсем. Все пути сэмплов от АД в Украине ведут на vdmais.kiev.ua , а там они могут переслать, а могут и просто продать кому-нибудь другому по оказии. Но на сайте нарисован самолетик (даже 2 самолетика) - значит кто-то уже и так заказал и их везут за каких-то 16грвн - 2 бакса.