Преобразователь СОПРОТИВЛЕНИЕ-НАПРЯЖЕНИЕ, нужна помощь Опции

[smk]

У меня есть датчик, реагирующий изменением сопротивления. Сигнал с датчика оцифровывается и обрабатывается уже в цифровом виде. Суть проблемы в том, что датчик изменяет сопротивление от 200 кОм до 100 Ом, но "рабочим" является участок от 50 кОм до 500 Ом. Оцифровка на всем диапазоне изменения сопротивления приводит к фактическому снижению разрядности из-за оцифровки "лишнего" участка диапазона сопротивления. Еще важный момент - через датчик не стоит пропускать большой ток, по этому его нужно ограничивать, например величиной 25 мкА, пусть будет до 100 мкА если по другому никак. Таким образом нужен драйвер датчика, обеспечивающий при изменении сопротивления датчика от 50 кОм до 500 Ом изменение выходного напряжения от 0 В до 5 В (грубо), при питании не более 5 В. Вот такое решение и нужно. Очень хотелось бы услышать идеи, а лучше примеры если кто делал похожее. Буду очень благодарен!

[alexander55]

У меня есть датчик, реагирующий изменением сопротивления. Сигнал с датчика оцифровывается и обрабатывается уже в цифровом виде. Суть проблемы в том, что датчик изменяет сопротивление от 200 кОм до 100 Ом, но "рабочим" является участок от 50 кОм до 500 Ом. Оцифровка на всем диапазоне изменения сопротивления приводит к фактическому снижению разрядности из-за оцифровки "лишнего" участка диапазона сопротивления. Еще важный момент - через датчик не стоит пропускать большой ток, по этому его нужно ограничивать, например величиной 25 мкА, пусть будет до 100 мкА если по другому никак. Таким образом нужен драйвер датчика, обеспечивающий при изменении сопротивления датчика от 50 кОм до 500 Ом изменение выходного напряжения от 0 В до 5 В (грубо), при питании не более 5 В. Вот такое решение и нужно. Очень хотелось бы услышать идеи, а лучше примеры если кто делал похожее. Буду очень благодарен!

Лучше всего сделать токовый вход, а сам шунт поставить в плате АЦП.
Вопрос.
Такие приборы обычно делают по стандартам 0...20 мА, 4...20 мА, 4...24 мА. Что за такой нежный прибор, что нельзя сделать по стандарту ?
Не верю (Станиславский).

[smk]

Что за такой нежный прибор, что нельзя сделать по стандарту ?

Проблема тут не в нежности и стандартах, а в том что протекающий ток приведет к паразитному изменению сопротивления. Эффект неизученный и не нормированный. Известно только что при токе в сотни микроампер паразитное влияние не регистрируется (пока).

Что за такой нежный прибор, что нельзя сделать по стандарту ?

Проблема тут не в нежности и стандартах, а в том что протекающий ток приведет к паразитному изменению сопротивления. Эффект неизученный и не нормированный. Известно только что при токе в сотни микроампер паразитное влияние не регистрируется (пока).

[rezident]

Нужно либо делать на ОУ схему сдвига уровня+масштабирование, либо подать на АЦП (если в АЦП это предусмотрено) два опорных напряжения, соответствующих верхнему и нижнему диапазону входного сигнала. Для запитки самого датчика нужен источник тока. В АЦП, позволяющих измерять RTD, такие источники тока уже встроенные имеются.

[smk]

Нужно либо делать на ОУ схему сдвига уровня+масштабирование,

вот это нравится. вопрос как? Питание однополярное 5 В и другого не будет.

Сообщение отредактировал smk - Oct 10 2007, 11:49

[tyro]

вот это нравится. вопрос как? Питание однополярное 5 В и другого не будет.

Сделать "виртуальную" землю посредине питания и относительно ее все измерять.

[smk]

Сделать "виртуальную" землю посредине питания и относительно ее все измерять.

Чет пока не соображу как это схемотехнически. Как подключить датчик?

[alexander55]

вот это нравится. вопрос как? Питание однополярное 5 В и другого не будет.

Варианты на выбор.
1.Есть масса ОУ с однополярным питанием, типа OP491 (аж 4 штуки в корпусе, питание низковольтное).
У Вас сигнал однополярный, все хорошо сходится.
2.Можно сделать усилитель на 1 транзисторе, чтобы уменьшить влияние наводок.

[tyro]

Чет пока не соображу как это схемотехнически. Как подключить датчик?

В простейшем случае - делитель на двух резисторах между питанием и землей. Точка их соединения и есть "виртуальная" земля. Получаете землю и двуполярное питание. Есть так же микросхемы, которые выполняют эту функцию - получение "виртуальной" земли.
Относительно "виртуальной" земли и накручиваем всю схему: исток тока - сдвиг уровня - масштабировние.

[smk]

Есть масса ОУ с однополярным питанием, типа OP491 (аж 4 штуки в корпусе, питание низковольтное).
У Вас сигнал однополярный, все хорошо сходится.

Это верно. Затык собственно в самой схеме. Чет не могу придумать... да еще ток этот... можно конечно наплевать на него, если испытания покажут достаточную точность. Но всеравно сначала нужен сам преобразователь... идеи по части схемотехники есть?

Относительно "виртуальной" земли и накручиваем всю схему: исток тока - сдвиг уровня - масштабировние.

гдето так я и представляю себе это. Еще подстройка +/-10% на краях... саму схему не представляю пока.

[tyro]

Это верно. Затык собственно в самой схеме. Чет не могу придумать... да еще ток этот... можно конечно наплевать на него, если испытания покажут достаточную точность. Но всеравно сначала нужен сам преобразователь... идеи по части схемотехники есть?


гдето так я и представляю себе это. Еще подстройка +/-10% на краях... саму схему не представляю пока.

До компа, где можно нарисовать схему доберусь только позно вечером (на котором сижу сейчас имеется только интернет, марьяж и office ). Если ждет до утра, то в чем рисовать или сойдет и jpg ?

[smk]

Если ждет до утра, то в чем рисовать или сойдет и jpg ?

Сойдет все.

[blackfin]

Затык собственно в самой схеме. Чет не могу придумать... да еще ток этот... можно конечно наплевать на него, если испытания покажут достаточную точность. Но все равно сначала нужен сам преобразователь... идеи по части схемотехники есть?

Если "наплевать на ток", можно использовать готовый измеритель комплексного сопротивления от ADI: AD5933. Решение, конечно, избыточное, но если цена и точность устроит, можно попробовать. Ну, или "скопировать" схемотехнику измерения.

[rezident]

По поводу расширения диапазона посмотрите Getting the Full Potential from your ADC от TI. Но вы до сих пор ничего не сообщили об используемом вами АЦП, чтобы можно было что-то посоветовать о конкретной схемотехнике.

[TheMad]

Насколько я тут вообще понял, задача сводится к созданию стабилизатора тока на 25 мка с малым падением напряжения на нем. Попробуйте классическую схему стабилизатора тока на операционнике и полевике. Точность установки тока в такой схеме зависит от точности резисторов и напряжения смещения операционника. Я бы поставил AD820(обладает малым смещением) в эту схему и задал падение 100мВ. Транзистор который я написал - конечно из пушки по воробьям, подойдет гораздо более слабый, но этот очень распространен. Я делал аналогичный стабилизатор на 0.8 мА - работает отлично.
Какая вам нужна точность установки тока?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[smk]

Но вы до сих пор ничего не сообщили об используемом вами АЦП

10-ти разрядный, что в AVR стоит

Какая вам нужна точность установки тока?

грубо 50 +/-25 мкА. Я писал, что вопрос предельного тока не изучен, но известно что 0,1 мА и менее влияния на точность практически не оказывают.

Хорошо, ток стабилизировали. Теперь осталось выполнить само преобразование 50...0,5 к -> 0...5 В

[Hardman]

Вот кусочек схемки масштабирующего усилителя со смещением, преобразует в 0-5 вольт 0..20ma, 0..10 вольт, T1(-50..+150 градусов). В вашем случае необходимо применить ОУ R-to-R выходом, ну и пересчитать немного схемку.

[smk]

Напряжение на датчике при 50кОм будет 1,25 В, а при 0,5 В - 12,5 мВ. Пусть будет 5 В при 50кОм, а при 0,5 кОм можно и так оставить... т.е. мы имеем 2,5 мВ на каждые 100 Ом. Принимая во внимание разрядность АЦП получаем дискретизацию грубо 5 мВ. Нижний предел устраивает, осталось при 50 кОм получить 5В... Если ток установить равным 100 мкА... хотелось бы конечно 25 мкА...

Сообщение отредактировал smk - Oct 10 2007, 18:00

[tyro]

Сойдет все.

Прикрепленная схема имеет диапазон выходного напряжения (относительно земли) от 0.46372 до 4.6379 вольт при изменении сопротивления датчика от 500 ом до 50 ком. (эмулировалось в ORCAD). Зависимость линейная, но для суммы - сопротивления датчика плюс 5ком.
Подстройка усиления резистором R6, тока через датчик R2.
Если делать с "Виртуальной" землей, то и измерять выходное напряжение придется относительно нее, т.е. получится либо двухполярный выход, либо меньший диапазон.
P.S. Под рукой не оказалось модели современного ОУ, который может брать сигнал от "земли", используя который можно существенно снизить значение R3, может даже до нуля, не теряя линейности. В общем это только "идея" реализации.

Прикрепленные файлы

 _____.rar ( 90.27 килобайт ) Кол-во скачиваний: 56

 

[smk]

tyro, благодарю, опробую в железе - напишу. Пока не совсем сообразил что ограничивает диапазон напряжений..

[tyro]

tyro, благодарю, опробую в железе - напишу. Пока не совсем сообразил что ограничивает диапазон напряжений..

Если в железе - то вместо стабилитрона -> TL431 -там легко менять стабильное выходное напряжение от 2.5 до 36 вольт. Диапазон выходного напряжения ограничен ОУ - насколько близко к "питаниям" простирается его выходное напряжение в линейной зоне , и насколько близко к "земле" может работать входной каскад в линейной зоне.

[TheMad]

Хорошо, ток стабилизировали. Теперь осталось выполнить само преобразование 50...0,5 к -> 0...5 В

Так вот и даем этот стабильный ток в датчик. Напряжение на нем и есть готовый результат. См.мою схему. Или обязательно иметь обратную зависимость? Поставьте инвертер на ОУ.

[alexander55]

Так вот и даем этот стабильный ток в датчик. Напряжение на нем и есть готовый результат. См.мою схему. Или обязательно иметь обратную зависимость? Поставьте инвертер на ОУ.

Возможен и другой подход.
Стабилизация напряжения и выделение сигнала на шунте.

[smk]

Диапазон выходного напряжения ограничен ОУ - насколько близко к "питаниям" простирается его выходное напряжение в линейной зоне , и насколько близко к "земле" может работать входной каскад в линейной зоне.

ОУ планируется AD8542, он R-t-R. Теперь вот еще что полезно... возможно понадобится сузить диапазон до 30 кОм ... 0,5 кОм, например...

Так вот и даем этот стабильный ток в датчик. Напряжение на нем и есть готовый результат. См.мою схему. Или обязательно иметь обратную зависимость? Поставьте инвертер на ОУ.

Так оно и получается примерно.

Стабилизация напряжения и выделение сигнала на шунте.

Ток будет сильно гулять. Важно чтоб не "догулял" до 100 мкА и более, но предпочтительно всеж меньший ток, повторяемость измерений лучше.

[myriad]

Я для измерения сопротивления изоляции давно использую прицепленную схему. Основная идея - там логарифмический усилитель токового отношения. Никаких источников стабильного тока и напряжения, только токоограничивающий резистор (зато образцовые прецизионные резисторы ). При небольших переделках, думаю, вам сойдет.

Прикрепленные файлы

 101_179.pdf ( 15.77 килобайт ) Кол-во скачиваний: 289

 

[alexander55]

Я для измерения сопротивления изоляции давно использую прицепленную схему. Основная идея - там логарифмический усилитель токового отношения. Никаких источников стабильного тока и напряжения, только токоограничивающий резистор (зато образцовые прецизионные резисторы ). При небольших переделках, думаю, вам сойдет.

Использование логарифмических усилителей при большом диапозоне изменения сопротивления очень хорошая идея.

[Alexandr]

Вам категорически нужно от 0 до 5В? А от 50мВ до 5В не подойдет? Если подойдет, то, как Вам уже показали, делаете источник тока на 25мкА, получаем интересующий нас диапазон от 12,5мВ до 1,25В. Затем усививаем в 4 раза на операционнике и получаем нужный диапазон. Операционник должен быть Rail-to-rail. На его выходе для входных напряжений более 1,25В все равно будет 5В. А далее уже программно отсекаем коды АЦП для напряжений менее 50мВ

[smk]

Если подойдет, то, как Вам уже показали, делаете источник тока на 25мкА, получаем интересующий нас диапазон от 12,5мВ до 1,25В. Затем усививаем в 4 раза на операционнике и получаем нужный диапазон. Операционник должен быть Rail-to-rail. На его выходе для входных напряжений более 1,25В все равно будет 5В. А далее уже программно отсекаем коды АЦП для напряжений менее 50мВ

Так и сделано.

[tyro]

ОУ планируется AD8542, он R-t-R. Теперь вот еще что полезно... возможно понадобится сузить диапазон до 30 кОм ... 0,5 кОм, например...

Тогда, что бы остаться в "диапазоне" выходных напряжений увеличить резистор R6.
"Гуляние" каких-либо токов в приведенной схеме не предусмотрено (ток через датчик всегда постоянен и равен 25 мка) .

[Анатольевич]

У меня есть датчик, реагирующий изменением сопротивления. Сигнал с датчика оцифровывается и обрабатывается уже в цифровом виде. Суть проблемы в том, что датчик изменяет сопротивление от 200 кОм до 100 Ом, но "рабочим" является участок от 50 кОм до 500 Ом. Оцифровка на всем диапазоне изменения сопротивления приводит к фактическому снижению разрядности из-за оцифровки "лишнего" участка диапазона сопротивления. Еще важный момент - через датчик не стоит пропускать большой ток, по этому его нужно ограничивать, например величиной 25 мкА, пусть будет до 100 мкА если по другому никак. Таким образом нужен драйвер датчика, обеспечивающий при изменении сопротивления датчика от 50 кОм до 500 Ом изменение выходного напряжения от 0 В до 5 В (грубо), при питании не более 5 В. Вот такое решение и нужно. Очень хотелось бы услышать идеи, а лучше примеры если кто делал похожее. Буду очень благодарен!

А почему не поставить микросхему AD7785. Это 20-битный сигма-дельта АЦП с встроенными программируемыми источниками тока и PGA. Конечно температурные дрейфы не очень, но зато реализация
на одной микросхеме, гибкость (изменение тока, PGA, компенсация длинной линии).
Размер корпуса 5 на 6.4 мм.