Измерение напряжения 0...50 микровольт. Как правильно, AD620 и AD7714A-5 Опции

[Didro]

Добрый день,

требуется измерять напряжение от термопар и датчиков веса. Наименьший диапазон измерений - 0...50 микровольт с шагом 0.2 (~250 значений). Число каналов 5. Необходимо изменять диапазоны измерения до 50 милливольт.

На caxapa.ru и радиокоте посоветовали использовать усилитель с Ку. примерно 5000 и 24-х битный сигма-дельта АЦП. А именно AD620 и AD7714A-5.

Насколько правильным будет такое решение и какие альтернативы существуют ?
На что следует обратить внимание при выборе усилителя\АЦП ? Звон ? Нелинейности ? что-то еще ?

Спасибо,
Петров Александр

[_Pasha]

Необходимо изменять диапазоны измерения до 50 милливольт...

посоветовали использовать усилитель с Ку. примерно 5000 

Немного не вяжутся эти два положения.

Возьмите АЦП 24 бита и сделайте ему коммутируемую опору, поскольку на 5в дискрет АЦП будет 0,298 мкв, т.е. 167 шагов. На первый взгляд, AD620 или любой другой инструментальный усилитель не нужен. Все напрямую к АЦП

[Ivan12]

А лучше всего - напрямую AD7731/AD7730. Они как раз для таких приложений сделаны.

[Пушкарев Михаил]

Посмотрите на AD7705, AD7705. У Analog Devices есть и другие АЦП, специально предназначенные для работы с термопарами. А за разрешением особо гнаться нет смысла. Если оно и превзойдт многократно собственную погрешность первичного датчика, точность измерений это практически не повысит.

[_Pasha]

А лучше всего - напрямую AD7731/AD7730. Они как раз для таких приложений сделаны.

ага, ага: 26 баксов против например AD7705 7,6 их же. Товарисч! Кризис на дворе!

[vvs157]

На caxapa.ru и радиокоте посоветовали использовать усилитель с Ку. примерно 5000 и 24-х битный сигма-дельта АЦП. А именно AD620 и AD7714A-5.

У AD620 дрейф 1 мкВ/С - для К 5000 - слишком много. ICL7650 - подходит больше

Возьмите АЦП 24 бита и сделайте ему коммутируемую опору, поскольку на 5в дискрет АЦП будет 0,298 мкв, т.е. 167 шагов.

24 бит вы никогда не получите - реально только 21 - в DS это явно указано. 24 бита - это RMS

[_Pasha]

24 бит вы никогда не получите - реально только 21 - в DS это явно указано. 24 бита - это RMS

Спасибо за поправку. Привожу еще пример, но из ADS1242

21 BITS EFFECTIVE RESOLUTION
(PGA = 1), 19 BITS (PGA = 128)

[Denverrus]

И ad7731 и ads1242 имеют, получается, 21 эффективный бит. Это 0,715 мкВ на бит.
А изначально хотелось иметь не менее 0,2 мкВ.
Получается, надо ставить усь? На 10-100 примерно. чтобы с запасом?

[_Pasha]

Получается, надо ставить усь? На 10-100 примерно. чтобы с запасом?

Усь == PGA не драматизируйте

[Didro]

Спасибо, за ответы, ненадобность усилителя с Ку. 5000 стала очевидной.

И еще вопрос, надеюсь, не оффтопик.

Интерфейс у AD7714 обозначен как последовательный (Three-Wire Serial Interface: SPI™, QSPI™, MICROWIRE™ and DSP Compatible). Правильно ли я понимаю, что пи желании можно передавать данные в ПК по RS-232 используя контроллеры ala MAX232 ?
Т.е. что-то в духе - Работа АЦП с СОМ портом или простая система сбора данных.

На мысли про MAX232 навели такие рассказы из гугла:
1.

Q> How to interface an ADC output to MAX232?

A>If you are planning to do RS232 (Im assuming so) then to interface the two together would be a little tricky because RS232 requires a start bit, 8 bits of data (typically), and a stop bit. The ADC only puts out the 8 data bits (assuming its an 8 bit ADC). You would need some logic to generate the start and stop bits, generate the correct baud rate, plus generate the clock pulses for the ADC.

The best way would be to use a simple 8 bit microcontroller with a serial port. There are many out there so take your pick. This way you just have the micro clock in the data from the ADC, then output it on the serial port, directly to the MAX232. The micro takes care of the start and stop bits and of the timing.

Thats the way I would do it.

2. решение на базе MAX132 - описание, схема

3. решение на MAX232 и MCP3201 (12 битный АЦП) - описание.

Другим варианом я вижу использовать AVR (нпр., ATMega8) соединять его по SPI с AD7714 и по UART с MAX232 - но как-то сложно получается.

Спасибо,
Петров Александр

[vvs157]

А изначально хотелось иметь не менее 0,2 мкВ.
Получается, надо ставить усь? На 10-100 примерно. чтобы с запасом?

В принципе 200 нВ - это на грани чувствительности этих АЦП при использовании встроенного PGA. И еще не следует забывать, что у этих АЦП собственный приведенный ко входу дрейф порядка 1 мкВ/С, поэтому нужен либо усилитель с ПКД и дрейфом <20 нВ/С (ICL7650, MAX432 итп) или периодически проводить штатную коррекцию нуля АЦП (что не всегда удобно). Если Вы собрались "воевать" 50 мкВ с точностью 200 нВ, то надо помнить, что, например, контакт двух разнородных металлов дает несколько мкВ/C термоЭДС, поэтому вся конструкция должна быть очень аккуратно спроектирована еще и с точки зрения выравнивания тепловых градиентов, в противном случае вы рискуете получить очень "интересные" результаты

Интерфейс у AD7714 обозначен как последовательный (Three-Wire Serial Interface: SPI™, QSPI™, MICROWIRE™ and DSP Compatible). Правильно ли я понимаю, что пи желании можно передавать данные в ПК по RS-232 используя контроллеры ala MAX232 ?

Это не совсем то, что обычно понимается под RS-232. Это как бы ручное дерганье ногами интерфейса, что не совсем предсказуемо при использовании переходников USB<->RS232. Чистый RS232 - это с использованием доп. контроллера, преобразуещего SPI в RS232

[777777]

И ad7731 и ads1242 имеют, получается, 21 эффективный бит. Это 0,715 мкВ на бит.

Это как ты посчитал? При использовании диапазон входных напряжений 80 мВ, 19 бит = 524288 единиц, 80000 мкВ/524288=0.15 мкВ

А изначально хотелось иметь не менее 0,2 мкВ.

Легко, даже достаточно вытянуть 19 разрядов.

[Пушкарев Михаил]

И, все-таки, исходные данные какие-то странные. При входном сигнале 0-50 мкВ даже для термопары типа S диапазон измеряемой температуры составляет всего 4-10 градусов. При отклонении от НСХ даже в 1 градус погрешность измерения составит без калибровки системы до 25 %. Зачем при этом высокое разрешение АЦП?

[_Pasha]

Легко, даже достаточно вытянуть 19 разрядов.

А потом - скользящее среднее на максимально возможную ширину "окна" уже с/ш подымут минимум в 2 раза. Но обычно для тензомостов ширина окна 8 отсчетов, так что даже больше

[vvs157]

И, все-таки, исходные данные какие-то странные. При входном сигнале 0-50 мкВ даже для термопары типа S диапазон измеряемой температуры составляет всего 4-10 градусов. При отклонении от НСХ даже в 1 градус погрешность измерения составит без калибровки системы до 25 %.

Если термопара используется в дифференциальном режиме, то проблемы температуры опорного спая нет. Есть только проблема, насколько температура спая соответствует температуре объекта. При "ловле" 200 нВ это может соответствовать менее 0.02 С, что может быть совсем не тривиально.

[777777]

А потом - скользящее среднее на максимально возможную ширину "окна" уже с/ш подымут минимум в 2 раза. Но обычно для тензомостов ширина окна 8 отсчетов, так что даже больше

Для AD7730 не нужны никакие самодельные "скользящие средние". У него есть отличные цифровые фильтры, которые это делают гораздо лучше. И вообще - что это за мода пошла: вместо того, чтобы устранять причину помех, пытаться их ликвидировать усреднением, да еще таким примитивным?

[Tanya]

Для AD7730 не нужны никакие самодельные "скользящие средние". У него есть отличные цифровые фильтры, которые это делают гораздо лучше. И вообще - что это за мода пошла: вместо того, чтобы устранять причину помех, пытаться их ликвидировать усреднением, да еще таким примитивным?

Кажется подозрительным упорство, с которым Вы расхваливаете встроенные в АЦП некоторых производителей фильтры.
Может, человеку нужно сделать на N секунд фильтр?
И, наконец, сообщите же, какой же способ усреднения по Вашему мнению самый изощренный и наилучший.

На что следует обратить внимание при выборе усилителя\АЦП ? Звон ? Нелинейности ? что-то еще ?

Вы это про дериватограф?
Еще бы определились, какие там нужны постоянные времени.

[Евгений Германов...]

требуется измерять напряжение от термопар и датчиков веса. Наименьший диапазон измерений - 0...50 микровольт с шагом 0.2 (~250 значений). Число каналов 5. Необходимо изменять диапазоны измерения до 50 милливольт.

На caxapa.ru и радиокоте посоветовали использовать усилитель с Ку. примерно 5000 и 24-х битный сигма-дельта АЦП. А именно

По моему на сахаре и коте над вами пошутили и весьма жестоко.
По вашему ТЗ вам с избытком хватит 8 разрядного АЦП ну на крайняк(с запасом) 10 разрядов.Это если вы примените усилитель.Если не примените то 24 разрядный АЦП вам тем более не поможет-утонете в шумах.Фраза о необходимости изменения диапазона явно нуждается в уточнении-кто,когда,зачем и почему принимает решение о небходимости.
Если серьезно-поставте усилок,если надо менять Ку-то с коммутируемым Ку,а после 8-10 разрядный АЦП и вас тут же посетит счастье.
А 5000 усиления маловато будет.

[Tanya]

По моему на сахаре и коте над вами пошутили и весьма жестоко.
По вашему ТЗ вам с избытком хватит 8 разрядного АЦП ну на крайняк(с запасом) 10 разрядов.Это если вы примените усилитель.Если не примените то 24 разрядный АЦП вам тем более не поможет-утонете в шумах.Фраза о необходимости изменения диапазона явно нуждается в уточнении-кто,когда,зачем и почему принимает решение о небходимости.
Если серьезно-поставте усилок,если надо менять Ку-то с коммутируемым Ку,а после 8-10 разрядный АЦП и вас тут же посетит счастье.
А 5000 усиления маловато будет.

Мне кажется, что Вы не совсем правы, если это дериватограф. Там есть специфика. И 24-разрядный преобразователь подойдет.

[Евгений Германов...]

Мне кажется, что Вы не совсем правы, если это дериватограф. Там есть специфика. И 24-разрядный преобразователь подойдет.

Может быть,однако в первом тексте автора об этом ни слова.А про 250 дискретов есть.А если есть 250 то проще сделать усилок с большик КУ и взять недорогой,я бы даже сказал,дешёвый АЦП разрядов на 10.
А что про дериватограф ,это там где метром железа экранировать надо,это тоже его вопрос?

[Tanya]

Может быть,однако в первом тексте автора об этом ни слова.А про 250 дискретов есть.А если есть 250 то проще сделать усилок с большик КУ и взять недорогой,я бы даже сказал,дешёвый АЦП разрядов на 10.
А что про дериватограф ,это там где метром железа экранировать надо,это тоже его вопрос?

Метр железа, подвал в 100 километрах от города на устойчивой платформе, питание от батарей и много чего еще было бы неплохо, но хлопать дверью там нельзя никак. Даже кашлять громко не надо бы.

[777777]

Кажется подозрительным упорство, с которым Вы расхваливаете встроенные в АЦП некоторых производителей фильтры.

Думаете, они мне приплачивают? Просто на AD7730 мне удалось сделать АЦП, у которого не прыгает даже младшая единица, при этом он работает на диапазоне +-10 мВ, а сам датчик выдает сигнал от 0 до 3 мВ (датчик хреновенький, лучше конечно так не делать, но это уже не от меня зависит). Так вот, я тоже поначалу долго с ним мучился, потом заставил себя прочитать в даташите главу о фильтрах (тяжело было, да ). После их правильной настройки получился замечательный результат. Значит с хорошим датчиком (который бы выдавал хотя бы 20 мВ) получить 18-19 разрядов не проблема безо всяких дополнительных ухищрений.

Может, человеку нужно сделать на N секунд фильтр?

Что такое "на N секунд фильтр"? Я этого не понимаю. Если сигнал не имеет шума, то никакого фильтра не должно потребоваться. Нужно лишь принять необходимые схемотехнические меры - поставить по питанию конденсаторы, развести его правильно, желательно по одной стороне, переходные отверстия для него делать большого диаметра, землю от сильноточных микросхем и индикаторов вести отдельным проводом, чтобы скачки не влияли на АЦП (возможно это нужно поставить первым пунктом) - короче все те меры, которые описаны во всех учебниках, но которые почему-то все игнорируют.

Но бывают случаи, когда шум есть уже в самом сигнале.

И, наконец, сообщите же, какой же способ усреднения по Вашему мнению самый изощренный и наилучший.

Тогда мы должны
1. оценить амплитуду полезного сигнала и амплитуду шума
2. оценить частотный спектр полезного сигнала и спектр шума.
3а. Если они накладываются, то сообщить заказчику, что ничего сделать невозможно.
3б. Если нет - то выяснить, на сколько децибел нужноподавить шум, чтобы он стал меньше 1 единицы АЦП
4. По разности частот между полезным сигналом и шумом посчитать крутизну спада фильтра, чтобы при отсутствии подавления полезного сигнала он обеспечивал требуемое подавление шума.
5. Зная крутизну можно определить требуемый порядок фильтра и сгенерировать его. Вот он и будет наилучшим.

А если его подбирать, меняя количество слагаемых в среднеарифметическом, то это - кружок "умелые руки" при дворце пионеров.

Сообщение отредактировал 777777 - Mar 7 2009, 12:19

[Евгений Германов...]

Просто на AD7730 мне удалось сделать АЦП, у которого не прыгает даже младшая единица, при этом он работает на диапазоне +-10 мВ,

Das ist fantastisch!!!!!!!!!!!!!
Особенно если учесть,что уровень собственных шумов (в разных таблицах и при разных условиях) от 40 до 435 нВ.

а сам датчик выдает сигнал от 0 до 3 мВ (датчик хреновенький, лучше конечно так не делать, но это уже не от меня зависит). Так вот, я тоже поначалу долго с ним мучился, потом заставил себя прочитать в даташите главу о фильтрах (тяжело было, да ). После их правильной настройки получился замечательный результат. Значит с хорошим датчиком (который бы выдавал хотя бы 20 мВ) получить 18-19 разрядов не проблема безо всяких дополнительных ухищрений.

А как же ссылка выше о том что стоит как столб?????Вы сколько разрядов остановили???Сначала определитесь сами затем хвастайтесь.

1. оценить амплитуду полезного сигнала и амплитуду шума
2. оценить частотный спектр полезного сигнала и спектр шума.
3а. Если они накладываются, то сообщить заказчику, что ничего сделать невозможно.
3б. Если нет - то выяснить, на сколько децибел нужноподавить шум, чтобы он стал меньше 1 единицы АЦП

А если заказчик платит????А вы ему сообщаете.Где вы видели сигнал свободный от шума и шум свободный от сигнала.
Это ж голубая(розовая,фиолетовая) мечта любого разработчика.

[Tanya]

Но бывают случаи, когда шум есть уже в самом сигнале.


5. Зная крутизну можно определить требуемый порядок фильтра и сгенерировать его. Вот он и будет наилучшим.

А если его подбирать, меняя количество слагаемых в среднеарифметическом, то это - кружок "умелые руки" при дворце пионеров.

Это трудно мне комментировать. Видимо, терминология разная.
А почему Вы ограничиваете фантазию в фильтрах?
И, кажется мне, преувеличиваете способность математики думать за нас.

[Didro]

Спасибо за ответы и комментарии.

Вы это про дериватограф?

Да. АЦП действительно ищем для дериватографа (Tanya имеет в виду это мое сообщение)

Метр железа, подвал в 100 километрах от города на устойчивой платформе, питание от батарей и много чего еще было бы неплохо, но хлопать дверью там нельзя никак. Даже кашлять громко не надо бы.

Ну это точно не про наш дериватограф У нас Q1000D (МОМ) - вот аналогичный (картинка). Только наш без компьютера, сопряжением с компьютером как раз и занимаемся в настоящий момент. Информация по дериватографу - Нагрев до 1000С, точность – 0,2С, 1мг.

По вашему ТЗ вам с избытком хватит 8 разрядного АЦП ну на крайняк(с запасом) 10 разрядов.

Более точно по ТЗ - 200 нВ шаг при диапазоне 0... 50 мВ.

А 5000 усиления маловато будет.

Да, потребуется Ку примерно 6250 при 10 битах и коммутируемый Ку. Решение с 24 битами и предусилителем на небольшой Ку показалось более разумным. Но опыта нет, так что ... будем его зарабатывать

Если не примените то 24 разрядный АЦП вам тем более не поможет-утонете в шумах.

Использовать внутреннею фильтрацию в АЦП ? (Ей Богу плохо себе представляю сейчас, что это даст)

[777777]

Das ist fantastisch!!!!!!!!!!!!!
Особенно если учесть,что уровень собственных шумов (в разных таблицах и при разных условиях) от 40 до 435 нВ.

Все правильно. Единица АЦП=300 нВ

А как же ссылка выше о том что стоит как столб?????Вы сколько разрядов остановили???Сначала определитесь сами затем хвастайтесь.

Сначала прыгало на десятки единиц. После правильной настройки фильтров все остановилось.

А если заказчик платит????А вы ему сообщаете.Где вы видели сигнал свободный от шума и шум свободный от сигнала.
Это ж голубая(розовая,фиолетовая) мечта любого разработчика.

Вы знаете способ отфильтровать сигнал от шума когда они находятся в одной полосе частот? Я не знаю. Если не считать экзотики типа синхронного детектирования - но это отдельная специфика.

И, кажется мне, преувеличиваете способность математики думать за нас.

Интересное выражение. Долго думал...
Вообще-то, по моему глубокому убеждению, любая схема должна рассчитываться, номинал каждого резистора и конденсатора (разве что кроме каких-нибудь подтяжек к питанию - и то...) Если их ставить исходя из своей интуиции или надеяться подстроить потом - ничего не выйдет. Например, режим при котором операционный усилитель не будет возбуждаться рассчитать совсем несложно имея даташит - но почему-то этого никто не делает. Если же он в схеме начинает возбуждается - а, фигня, прилудим 30 пик к резистору и он перестанет. Но ведь при этом нет никакой гарантии, что это навсегда - а если он оказался на границе устойчивости и при температуре емкость уплывет? А это ведь может произойти у заказчика, когда наступила зима - а уже выпущена крупная партия. А как у нас делают источники питания - это вообще тихий ужас. Неудивительно, что их предпочитают покупать готовые.
...или может вы имели в виду что-то другое?

[Евгений Германов...]

Ну это точно не про наш дериватограф У нас Q1000D (МОМ) - вот аналогичный (картинка).

Про ваш,не сомневайтесь.

Да, потребуется Ку примерно 6250 при 10 битах и коммутируемый Ку. Решение с 24 битами и предусилителем на небольшой Ку показалось более разумным. Но опыта нет, так что ... будем его зарабатывать
Использовать внутреннею фильтрацию в АЦП ? (Ей Богу плохо себе представляю сейчас, что это даст)

Не уверен,но Татьяна утверждает,что 24 это счастье.
Но что то до АЦП вам всё равно придется ставить-весьма желательно ограничить полосу сигнала до АЦП.
Про внутреннюю фильтрацию-есть хорошо-нет тоже хорошо. Лучше когда есть.
Основной по этой теме 777777.Он 0 разряд останавливает.

Долго думал...

Заметно

Причина редактирования: За - Кстати шесть семерок-это не две бутылки всемирно известного портвейна 777

[Tanya]

Да, потребуется Ку примерно 6250 при 10 битах и коммутируемый Ку. Решение с 24 битами и предусилителем на небольшой Ку показалось более разумным. Но опыта нет, так что ... будем его зарабатывать

Дериватограф - это гибрид термовесвов (тервогравитометра) с примитивным сканирующим калориметром, не так ли?
Поэтому высокоразрядный ацп нужен тут для того, чтобы руками не переключать сдвиг нулевой линии, как делали раньше.
А усилитель попробуйте (забыла точно цифры) от AD из счетверенных с автозеро сделать один параллельным путем. Или (или И) такую же конструкцию на клонах 07 для более быстрых процессов.

[Didro]

Дериватограф - это гибрид термовесвов (тервогравитометра) с примитивным сканирующим калориметром, не так ли?

Воистину так

Поэтому высокоразрядный ацп нужен тут для того, чтобы руками не переключать сдвиг нулевой линии, как делали раньше.
А усилитель попробуйте (забыла точно цифры) от AD из счетверенных с автозеро сделать один параллельным путем. Или (или И) такую же конструкцию на клонах 07 для более быстрых процессов.

Понятно, спасибо!

[Vasilij_1]

А потом - скользящее среднее на максимально возможную ширину "окна" уже с/ш подымут минимум в 2 раза. Но обычно для тензомостов ширина окна 8 отсчетов, так что даже больше

Как програмно, хотя бы на Си, реализовать эту преславутую скользящую среднюю?

[Herz]

Как програмно, хотя бы на Си, реализовать эту преславутую скользящую среднюю?

Почему "хотя бы"? А поиском не пробовали?

[sensor_ua]

Я бы посмотрел в сторону усилителей с Zero-Drift, например, AD8555 или с меньшей интеграцией - собрал бы диффусилитель с Ку 5-10 на тех же AD8552/AD8629 c диффвыходом (входная часть измерительной тройки) и на 24АЦП. Последнее у меня используется в серийном изделии при измерении давления - полная шкала 8 мВ, АЦП - всего-лишь ADS1245 (24-бит, без PGA), обеспечиваемая погрешность с учётом многотемпературной калибровки и медианной фильтрации лучше 0.1% полной шкалы в диапазоне рабочих температур -40...+60 градю Цел. - реальные отклонения лучше 0.025% (точнее не могу - калибратора точнее нет, помпа дыхание ловит, да и сенсор уже на пределе).