Имитация прецизионного переменного резистора, Оч. актуальная тема Опции

[CeDeX]

Задача: прибор должен имитировать переменный резистор с точностью до 0.01 Ом.

Решение: поставил несколько прецизионных резисторов (напр. краснодарский завод ЗИП или др.) и коммутирую один из них герконовым реле.

Плохо в этом то, что получается только несколько фикс. значений сопротивления за большую цену и нехилые габариты.

Подскажите, добрые люди, как же это можно по другому сделать, мож микруха какая специальная есть.
Очень хочется менять значение сопротивления в некотором диапазоне с некоторым шагом, а не ограничиваться лишь несколькими значениями.

[Alexandr]

Для этих целей существуют цифровые потенциометры: так допустим есть семейство MCP4XXXX - цифровые потенциометры с управлением по SPI-интерфейсу фирмы Microchip.
Почитай вот эту статью про цифровые потенциометры - там все доходчево написано и примеры есть. http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/01_05/stat_50.htm
Правда я не уверен в их прецизионности, поэтому еще один вариант это матрица R-2R, звенья которой коммутируются транзисторами, лучше полевыми. Чтобы понять как работает посмотри схемы цап из любого учебника.

[Axel]

1. Какое номинальное значение сопротивления?
2. На какой ток расчитан прибор?

[CeDeX]

1. Какое номинальное значение сопротивления?
2. На какой ток расчитан прибор?

Вот это по делу!
1. Номинальное значение скажем 50 -200 Ом (если точнее - диапазон термосопротивления, но я его забыл)
2. токи - единицы мА

2Alexandr
Оба варианта не годятся, так как нужна прецизионность.

[Alexandr]

Могу согласиться что потенциометров прецизионных нет. Но матрицы R-2R наверняка есть, ну не может быть чтоб не было. Могу еще посоветовать подключать готовые прецизионные резисторы через электронные ключи или переключатели - например DG201 и MAX333 (Maxim/Dallas). Конечно их открытые каналы имеют некоторое малое сопротивление, но оно хотя бы аддитивно и его можно учитывать.

[Nixon]

Могу согласиться что потенциометров прецизионных нет. Но матрицы R-2R наверняка есть, ну не может быть чтоб не было. Могу еще посоветовать подключать готовые прецизионные резисторы через электронные ключи или переключатели - например DG201 и MAX333 (Maxim/Dallas). Конечно их открытые каналы имеют некоторое малое сопротивление, но оно хотя бы аддитивно и его можно учитывать.

Сопротивление у них действительно малое, но оно очень зависимо от внешних факторов (ток, температура), учитывать которые очень трудно.

[Axel]

Действительно, единственная альтернатива Вашему решению - резистивная матрица, коммутируемая электронными ключами (если допустимо, что одна из клемм иммитатора будет соединена с общим проводом). Сейчас можно найти полевики с сопротивлением открытого канале < 20 mOhm. В любом случае, у задачи, требующей создания прибора с погрешностью 5Е-5, не может быть простого решения. Кстати, при выборе герконов тоже надо обратиь внимание на величину и стабильность сопротивления контактов.

[CeDeX]

Действительно, единственная альтернатива Вашему решению - резистивная матрица, коммутируемая электронными ключами (если допустимо, что одна из клемм иммитатора будет соединена с общим проводом).

Да нет, это вроде недопустимо.

Ну, а если бы к примеру было допустимо, то я все равно до конца не понимаю как можно сюда воткнуть R2R. Ведь это по сути хитрый делитель: на входе опорное напряжение, на выходе - выходное.
Подумаю на выходных.
Вроде постепенно доходит.

И чем я в институте занимался?

[Axel]

Может быть имеет смысл подумать над экзотическими вариантами, например такими: испольэовать, как у Вас сейчас, набор прецизионных резисторов, подключая к ним медный резистор из тонкой проволоки и меняя его сопротивление путем изменения его температуры. Учитывая, что у меди ТКС=0,004 1/град, требования к стабилизации температуры могут оказаться приемлемыми. Правда, этот вариант мне и самому не очень...

[lightport]

Скорее всего, требованиям поставленной задачи ( абсолютная погрешность задания величины R +/- 0.01 ом в диапазоне 50-200 ом) не отвечает и вариант с коммутацией прецезионных резисторов герконами, так как контактное сопротивление геркона изменяется в процессе эксплуатации, колеблется от 0.08ом/КЭМ-1 до 0.3ом/МК-10-3 и для герконов одного наименования и даже одной партии может различаться на 0.01-0.02 ом. Нужно выбирать герконы, предназначенные для коммутации больших токов (например КМГ-12/ 0.007ом), имеющие малое контактное сопротивление иначе долговременной стабильности такого устройства не получить. Необхоимо также знать и диапазон рабочих температур, так как возможно необходимо учитывать и изменение сопротивления образцовых резисторов и подводящих проводов от температуры.
А вообще, очень похоже, что это устройство необходимо для калибровки электронного измерителя температуры ( медные термометры -50 ом, платиновые 100, 200 ом, ток не более 1 ма и требования по точности задания сопротивления соответствуют. Если это так, то возможно другое решение для построения калибратора.
Нельзя ли подробнее описать конечную задачу? Для чего нужен этот прибор?
Тогда возможно и решение будет найдено.

[CeDeX]

А вообще, очень похоже, что это  устройство необходимо для калибровки электронного измерителя температуры ( медные термометры -50 ом, платиновые 100, 200 ом, ток не более 1 ма и требования по точности задания сопротивления соответствуют. Если это так, то возможно другое решение для построения калибратора.
Нельзя ли подробнее описать конечную задачу? Для чего нужен этот прибор?
Тогда возможно и решение будет найдено.

Извиняюсь за паузу. Заказчики замучили.

Итак задача: сделать девайс для поверки (калибровки) приборов (систем), измеряющих температуру при помощи термосорезисторов. Подключение - по 4 проводам.
Т.о. девайс должен имитировать терморезистор (ессно в нескольких температурных точках - чем больше тем лучше) - по одной паре ему ток, а он по другой - напряжение, соответствующее температуре.

А насчет герконов - коммутирую сразу оба провода (сдвоенный геркон), поэтому мне кажется влияние их сопротивления нивелируется.

[Axel]

[
А насчет герконов - коммутирую сразу оба провода (сдвоенный геркон), поэтому мне кажется влияние их сопротивления нивелируется.

[/quote]

Это справедливо, если калибруемые приборы имеют 4-х проводный вход. А вообще для этой задачи альтернативы "обычным" прецизионным резисторам я не вижу.

[3.14]

<Оба варианта не годятся, так как нужна прецизионность. >
А как Вам такой вариант.
Наверняка Ваши прецизионные резюки по не точнее 0.05%, при относительной погрешности цифрового 256 поз. потенциометра это вполне вписыватся. Теперь как быть с диапазоном и абсолютной точностью выдаваемого номинала.
Нужного номинала можно добиться паралельным включением потенциометров. А абсолютное более-менее прецизионное значение самого составного потенциометра можно получить например так: поставим перед ним прецизионный резюк и по получаемому напряжению падения на сосотавном потенциометре уточняем его сопоротивление.

[lightport]

to CeDeX:

У вашей задачи есть решение.
Терморезистор запитывается генератором тока от поверяемого прибора и этот ток для разных экземпляров прибора может иметь небольшой разброс.
Падение напряжения с терморезистора снимается по двум отдельным проводам(четырёхпроводка) и подаётся на поверяемый прибор. Терморизистор имеет нормируемую характеристику сопротивления от температуры, например при температуре 20 С он имеет сопротивление 100 Ом, и тогда если ток поступающий от генератора тока поверяемого прибора составляет
1 мА, то напряжение которое будет поступать на вход поверяемого прибора составит 100 мВ. Отсюда предложение, давайте мерять ток поступающий от поверяемого прибора при помощи АЦП, умножать его на величину нужного значения сопротивления и генерировать требуемое значение напряжения цифровым кодом с выхода микропроцессора при помощи 15 - 16 разрядного ЦАПа. Таким образом мы переходим от создания физической величины сопротивления к измерению тока(что можно сделать например подключив генератор тока к единственному эталонному резистору и измеряя падение напряжения на нём при помощи АЦП) расчёту значения и генерации величины напряжения. Данный калибратор и аттестовать будет достаточно просто, и большое количество точек шкалы могут быть сгенерированы программно с требуемым для Вас шагом.

PS.

Есть и второе решение этой задачи, связанное с генерацией физической величины сопротивления при помощи полевого транзистора:
Пропускаем ток от генератора тока поверяемого прибора через последовательно соединённые полевик и небольшой образцовый резистор, инструментальными усилителями снимаем падение напряжений с полевика и образцового резистора, измеряем их двухканальным АЦП, по напряжению на образцовом резисторе рассчитываем ток от поверяемого прибора и перемножив это значение тока на величину нужного сопротивления получим значение напряжения, которое должно падать на полевике, если он имел бы это требуемое значение сопротивления. К выходу микропроцессора подключён ЦАП выход которого в свою очередь задаёт напяжение затвор-исток полевого транзистора. Изменяя цифровой код на выходе микропроцессора добиваемся требуемого значения падения напряжения на полевике, которое и будет подаваться наповеряемый прибор.
Если охватить полевой транзистор глубокой отрицательной обратной связью то можно получить неплохие результаты по точности, однако этот вариант сложнее и он более проблемный.

С Уважением, lightport.

[Axel]

Оба варианта можно было бы рассматривать, если найти способ обойти проблемы, связанные с "незаземленностью" выхода калибратора

[Edashkin]

- Подключаем вместо терморезистора конденсатор приемлемой ёмкости и, пока он заряжается, непрерывно измеряем: его сопротивление - поверяемым прибором, напряжение на нём - внешним высокоомным вольтметром. Далее, зная ёмкость конденсатора и напряжения, соответствующие отсчетам поверяемого прибора, узнаём ток и переводим Вольты в Омы.

[CeDeX]

to CeDeX:

У вашей задачи есть решение.
Терморезистор запитывается генератором тока от поверяемого прибора и этот ток для разных экземпляров прибора может иметь небольшой разброс.
Падение напряжения с терморезистора снимается по двум отдельным проводам(четырёхпроводка) и подаётся на поверяемый прибор. Терморизистор имеет нормируемую характеристику сопротивления от температуры, например при температуре 20 С он имеет сопротивление 100 Ом, и тогда если ток поступающий от генератора тока поверяемого прибора составляет
1 мА, то напряжение которое будет поступать на вход поверяемого прибора составит 100 мВ. Отсюда предложение, давайте мерять ток поступающий от поверяемого прибора при помощи АЦП, умножать его на величину нужного значения сопротивления и генерировать требуемое значение напряжения цифровым кодом с выхода микропроцессора при помощи 15 - 16 разрядного ЦАПа. Таким образом мы переходим от создания физической величины сопротивления к измерению тока(что можно сделать например подключив генератор тока к единственному эталонному резистору и измеряя падение напряжения на нём при помощи АЦП) расчёту значения и генерации величины напряжения. Данный калибратор и аттестовать будет достаточно просто, и большое количество точек шкалы могут быть сгенерированы программно с требуемым для Вас шагом.

Да я тоже постепенно склоняюсь к этому варианту.
По крайней мере я понял, что в моем случае это единственная альтернатива ультрапрецизионым резисторам.
Другой вопрос - добиться той же точности вряд ли удастся. Все же тут погрешность зависит от трех компонентов - измерения тока, расчета и генерации напряжения.
Но попробовать такое сделать стоит.
Да и одно но (о нем говорил Axel) - это будет работать только по 4 проводам. Но это скорее особенность, а не недостаток.

Большой спасиб всем кто напряг свои извилины.

[lightport]

to CeDeX:

Насчет достижимой точности, я с Вами не согласен, так как при коммутации ультрапрецезионных резисторов у Вас последовательно с ним включается два непрецезионных переходных сопротивления геркона ( лучшие 0.007омх2 и более, обычные 0.12омх2 ), для устранения влияния которых нужно напряжения на поверяемый прибор снимать прямо с ультрапрецезионного резистора, пропустив их через еще два герконовых ключа. То есть нужно четыре геркона для одного эталонного резистора и Вы избавляетесь от погрешности вносимой герконами и подводящими проводами, остается только погрешность ультрапрецезионного резистора от изменения температуры.
Если же сохранить схему коммутации с двумя герконами , то для поддиапазона 50 ом абсолютная погрешность при изменении переходного сопротивления всего в 0.003 ом может составить (2х 0.003ом=0.006ом) и относительная погрешность составит 0.006/50*100%=0.012, %
Для варианта АЦП-МП-ЦАП (16разрядные ЦАП и АЦП) при измерении напряжения в поддиапазоне 200ом-обеспечивается 65535 градаций, и соответственно 50ом- 16385градаций (следовательно относительная погрешность измерения во всем диапазоне 1/16385*100%=0.006%, с учетом примерно такой-же ЦАП по генерации выходного напряжения получим в худшем случае те же 0.012% или меньше ( при равномерном распределении суммируются среднеквадратично), а кол-во точек для калибровки больше 49000.
Так что по достижимой точности оба варианта по крайней мере сравнимы,
а по функциональным возможностям и количесту оборудования второй вариант предпочтительнее,хотя и сложнее.
С уважением. Lightport

[Igor_S]

Ne bejte za wopros, no interesno - a chem ne podhodit D/A, imejushij tokowyj wyhod? Po-moemu, takih bolshinstwo, i preobrazowanie "tok-naprjazhenie" delaetsja otdelnym (wnutrennim) operacionnikom. Kak prawilo, tokowyj wyhod w takih D/A dostupen, eto po-suti R/2R matrica podkljuchennaja k reference.

[GeorgyBey]

[quote=CeDeX,Dec 10 2004, 08:59]
Задача: прибор должен имитировать переменный резистор с точностью до 0.01 Ом.

Подскажите, добрые люди, как же это можно по другому сделать, мож микруха какая специальная есть.

Пошурши сдесь : http://www.cqham.ru/super/tech/digpots.htm

Можно включить параллельно "N-ком" потенциометр и "100N-ком" потенц. Точность установки - сумачешшая будет!

[radimir]

Могу согласиться что потенциометров прецизионных нет. Но матрицы R-2R наверняка есть, ну не может быть чтоб не было. Могу еще посоветовать подключать готовые прецизионные резисторы через электронные ключи или переключатели - например DG201 и MAX333 (Maxim/Dallas). Конечно их открытые каналы имеют некоторое малое сопротивление, но оно хотя бы аддитивно и его можно учитывать.

хе. есть то они может и есть тока фик найдешь когда надо... пытался...

[yornik]

Так что, все же на полевике, включенном последовательно с маленьким прецизионным резистором, не получается чисто аналоговое решение сделать (на прецизионном резисторе меряем ток и операционниками-умножителями регулируем напряжение на затворе полевика, чтобы общее падение напряжения на цепи получить соответственно требуемому сопротивлению)? Конечно, прецизионный аналоговый перемножитель ставить - та еще задача, но ведь можно и нелинейную иметь зависимость сопротивления от внешнего управляющего напряжения? Или основная фишка как раз в том, чтобы откалибровать прецизионный прибор, не имея другого, более точного, прецизионного прибора (путем покупки целого ряда готовых эталонов-резисторов)?

[KOME]

Задача: прибор должен имитировать переменный резистор с точностью до 0.01 Ом.

Решение: поставил несколько прецизионных резисторов (напр. краснодарский завод ЗИП или др.) и коммутирую один из них герконовым реле.

Плохо в этом то, что получается только несколько фикс. значений сопротивления за большую цену и нехилые габариты.

Подскажите, добрые люди, как же это можно по другому сделать, мож микруха какая специальная есть.
Очень хочется менять значение сопротивления в некотором диапазоне с некоторым шагом, а не ограничиваться лишь несколькими значениями.

Лет 20 назад делал девайс для калибровки температурных криогенных датчиков. Датчики подключались по четырехпроводной схеме; для проведения самокалибровки к девайсу через дополнительные каналы четырехпроводного коммутатора подключались резисторы с2-29 0.1% разных номиналов. При использовании 12-ти битного АЦП на основе 594ПА1 с опорой КС191Ф, программируемого инструментальногусилителя на ОУ LM317A, ключей 564КП1 погрешность девайса составила 0.1% с учетом самокалибровки, но без учета погрешности калибровочных резисторов (калибровочные резисторы дополнительно калибровались прибором Щ31) в диапазоне 100ом-200ком.

[andrejl]

2 Axel:
А какая проблема - развязал два блока используя DC-DC и если нужно, для интерфейса - оптронами и все.

[khach]

Была когда-то подобная задача. Взяли 10 оборотный прецизионный переменый резистор и насадили его на вал шагового двигателя. Упаковали все в коробочку- шаговиком управляли по RS232. Точность была 200 шагов*10 оборотов ~ 11 бит. Потом приделали микрошаг и калибровку записали во флеш - 13 бит точности выдавили.