RTD и AD7718 - входные токи по REF Опции

[maharaj]

Делаю измерение температуры на платиновых RTD и АЦП AD7718. Два канала. Задействуются две пары входов (два дифф. входа) и еще пара REF2. Остальные входы АЦП и REF1 заняты для других измерений.

Собирался делать схем на основе типовой ратиометрической (например, как тут - двухканальная схема). Но обнаружился один нюанс и возникли сомнения. Подробнее опишу ситуацию и расчеты, потом задам вопрос.

Требуется довольно приличная точность измерений - 0.1 С. Так что выбраны датчики с бОльшим сопротивлением (1К), чтобы снизить влияние самонагрева. Рабочий ток 100-150 мкА.

Но у AD7718 довольно большой ток по входам REF (как и у других родственных АЦП AD77xx, для которых этот параметр вообще указан) - 0.5 мкА/В. На этом входе должно быть не менее 1 В, с запасом и для удобной шкалы - 2 В. Так что ток получается порядка 1 мкА - это лишь в 100 раз меньше тока через RTD.

Вопрос, как это может влиять на точность измерений. Температурный дрейф там очень мал (0.01 нА/В/С), но в целом про этот вход написано, что потребляемый ток меняется ("input impedance of each reference input is dynamic", стр. 33 дэйташита). Изменение этого тока на 1/10, то есть на 0.1 мкА, даст ошибку в измерениях в 0.25 С.

Если же этот ток не меняется (или меняется менее, чем на 1%), его влияние учтется при калибровке и не будет заметно.

Но! Я хочу использовать схему для двух каналов - два RTD последовательно. Но реально может быть подключен только один датчик. Тогда второй вход достаточно замкнуть. Рабочий ток несколько изменится, но ратиометрические измерения не чувствительны к этому. Если только нет добавочного тока, а он как есть - этот самый входной ток референсного входа!

При замыкании одного входа ток изменится 2-3%. Калибровка разбалансируется на такую же величину и получится ошибка, которая может превышать 0.1 С. То есть калибровка будет зависеть от того, включен один датичик или два (и вообще - датчики начинают влиять друг на друга). Калибровать на оба варианта - нереально.

Вторая проблема: напряжение на вход REF приходит с довольно большого сопротивления (10-15К). В дэйташите (та же стр. 33) говорится, что в таких случаях _не рекомендуется_ подключение конденсаторов между входами REF. Но датчики у нас выносные, провода до 3-5 м, среда не самая плохая в смысле электромагнитных помех, но все же - кабелей и приборов вокруг множество. Совсем без фильтрации по входу - боюсь могут быть проблемы с наводками...

И вообще - не вполне ясно, как влияет такое сопротивление по входу REF на работу АЦП и точность измерений.


Так вот вопрос - что с этим делать:
1) Замыкать вход второго датчика не накоротко, а аналогичным сопротивлением (1К), или же как-то иначе обеспечить малое изменение тока. (Но проблема помех остается.)

2) Поставить перед входом REF добавочный буферный повторитель с низким выходным сопротивлением (а перед ним можно уже сделать фильтрацию). Референсный резистор в указанноый выше схеме поставить в другое место - вниз, под датчики, на землю - тогда нужен только один повторитель перед REF(+), а REF(-) и нижний конец резистора сидят на земле.

3) Отказаться от готовой ратиометрии и измерять отдельно два напряжения - на датчике и потом на референсном резисторе - входы AIN очень высокоомные, токи не более 1 нА, описанных выше проблем не будет. Но нужно будет обеспечить малошумность тока, чтобы он не менялся между последовательными измерениями (вроде не сложно).
В этом варианте придется делить числа программно, в микроконтроллере.

4) Забить и сделать по-простому, авось проканает. Этот вариант мне почему-то нравится менее всего.

[Herz]

Вариант №2 выглядит самым логичным. И затрат больших не потребует. Как по мне, так и обсуждать тут нечего. Максимум - можно предусмотреть на плате перемычки: проверить в реальных условиях вариант №4, и если результаты всё-таки устроят, то дополнительный опер просто не устанавливать.

[sensor_ua]

Вариант 2 - разрисован в DS на LTC2410

[maharaj]

Вариант 2 - разрисован в DS на LTC2410

Ну да, у LTC-шек входные токи как минимум на порядок выше. Там не только по входам REF но и по AIN надо по-хорошему внешние буфера ставить. Потому и выбран указанный чип от Девиц - у него и буфера есть, и встроенный PGA и два независимых REF, и много входов...

Поставить буфер можно. Хотя, конечно, ставить лишний элемент не особо хочется. Кроме того, в любом случае нужно время от времени проверять абсолютное значение на REF2. Например, если в цепи датчика обрыв, то ток везде будет 0, и на REF и на входе с датчика будет нулевое напряжение. А АЦП требует референсное не ниже 1 В. И что он выдаст в случае, если оно меньше 1 В - это мне пока не ясно (в дэйташите не нашел, может искал плохо).

AD7718 позволяет те же ножки, что задействованы для REF2, использовать в качестве еще двух буферизованных входов - для абсолютных измерений (по REF1). Так что измерить абсолютное на REF2 можно будет без проблем.

С другой стороны, если все равно его надо измерять (для контроля работоспособности), так может делать это все время в процессе измерений (описанный выше вариант 3)? Тогда буфер перед REF2(+) не нужен, а вход REF2(-) вообще освобождается для других целей. Пока не решено, сколько всего нужно входов (ну с запасом на будущее развитие ), потому не знаю, потребуется ли мультиплексирование. Похоже, что все равно потребуется и один выход дела не решит, но вдруг...

2 Herz
Перемычки не помогут - если без буфера, то нельзя ставить фильтры от РЧ-помех. А если поставить и измерить с буфером, в реальных условиях, то потом уже без буфера не обойтись - не отпаивать же конденсаторы фильтра?

[Tanya]

Требуется довольно приличная точность измерений - 0.1 С. Так что выбраны датчики с бОльшим сопротивлением (1К), чтобы снизить влияние самонагрева. Рабочий ток 100-150 мкА.

Но! Я хочу использовать схему для двух каналов - два RTD последовательно. Но реально может быть подключен только один датчик. Тогда второй вход достаточно замкнуть. Рабочий ток несколько изменится, но ратиометрические измерения не чувствительны к этому. Если только нет добавочного тока, а он как есть - этот самый входной ток референсного входа!

При замыкании одного входа ток изменится 2-3%. Калибровка разбалансируется на такую же величину и получится ошибка, которая может превышать 0.1 С. То есть калибровка будет зависеть от того, включен один датичик или два (и вообще - датчики начинают влиять друг на друга). Калибровать на оба варианта - нереально.

Немного несогласная я.
Десятая градуса - это неприличная точность. Еще бы знать диапазон изменения...

Странные вещи Вы пишите...
С двумя последовательными датчиками все нормально, а одним датчиком уже нельзя температуру измерять?
Это интересная новость.

Саморазогрев датчика, который стационарно закреплен, не так страшен, как его малюют... Поверьте.
Это важно только для плохого - неконтролируемого теплообмена...
В Вашем случае 1 ма может вызвать ошибку в десятую градуса только на миллиметровом датчике без подложки, висящем в воздухе...
Без проводов... Или в вакууме. Это навскидку...
Можно импульсно питать еще... Если часто не нужно. Только время между подачей питания и измерением контролировать. точность-чувствительность повышается.

Напишите, что Вы собираетесь экономить, применяя такие изысканные заморочки...
Почему датчиков два? Они в одном месте стоят?

[maharaj]

Десятая градуса - это неприличная точность. Еще бы знать диапазон изменения...

В каком смысле "неприличная" - слишком малая или наоборот слишком высокая?
Точность такая нужна в диапазоне от 0 С до +50 С.
На самом деле задача - это термостатирование. И требование 0.1 градуса - это к поддержанию температуры. А измерять надо, видимо, несколько точнее.

Напишите, что Вы собираетесь экономить, применяя такие изысканные заморочки...
Почему датчиков два? Они в одном месте стоят?

Экономить? Ничего не собираюсь. Наоборот - хочу сделать плату с большим запасом и избыточностью. Так как никто пока точно не знает, что именно понадобится в итоге. Делаем устройство для себя, в одном экземпляре - какая уж тут экономия. Ну то есть экономия есть - своих усилий, чтобы потом не переделывать.

Датчиков два, так как то место, где хотим навести термостатирование - оно на самом деле не очень для термостатирования подходит, так как не очень-то закрыто от внешней среды. Но тут ничего сделать нельзя - это часть научной установки, и закрыть исследуемые образцы в настоящем термостате не можем - они под объективом микроскопа. Вот пытаемся сделать термостатирование "на месте". Применяя разные хитрости.

Да, не всегда мы сможем засунуть рядом с образцом второй датчик - это зависит от конкретных условий эксперимента. Так что в этих случаях придется довольствоваться одним, который чуть дальше от непосредственно интересующей нас точки (образца, который под микроскопом).

Странные вещи Вы пишите...
С двумя последовательными датчиками все нормально, а одним датчиком уже нельзя температуру измерять?
Это интересная новость.

Это не новость, а результат расчетов. Измерять, конечно, можно. Но точность может немного съехать. Все написал выше (в 1-м сообщении).

Саморазогрев датчика, который стационарно закреплен, не так страшен, как его малюют... Поверьте.
Это важно только для плохого - неконтролируемого теплообмена...
В Вашем случае 1 ма может вызвать ошибку в десятую градуса только на миллиметровом датчике без подложки, висящем в воздухе...

Верно. 1 мА на 100 Ом - это 0.1 Вт мощности. Для предполагаемых к использованию мелких датчиков с 0.6 С/Вт это даст 0.06 С от самонагрева. У нас датчик будет не совсем в стационарных условиях. Хотя, конечно, не в воздухе. Скорее всего, вы правы, и реальный самонагрев будет мал и некритичен (даже с сумме с другими источниками ошибок).

[Tanya]

Верно. 1 мА на 100 Ом - это 0.1 Вт мощности. Для предполагаемых к использованию мелких датчиков с 0.6 С/Вт это даст 0.06 С от самонагрева. У нас датчик будет не совсем в стационарных условиях. Хотя, конечно, не в воздухе. Скорее всего, вы правы, и реальный самонагрев будет мал и некритичен (даже с сумме с другими источниками ошибок).

Все вы путаете... В 1000 раз ошибаетесь... Объясните, зачем два датчика, если они в разных местах... И зачем их последовательно соединять...
Если это у Вас самодельная единичная вещь... И нужно очень локально измерять температуру, то может, тонкая-тонкая термопара лучше будет? Есть еще волластоновые платиновые проволоки 5-10 микрон.
А точность десятая градуса... практически, не точность...

[maharaj]

А точность десятая градуса... практически, не точность...

В смысле 0.1 С - недостойная задача для серьезного разработчика?
А какая достойная - 0.01 С, 0.001 С?

Все вы путаете... В 1000 раз ошибаетесь...

Не надо придираться к опечатке. Ясно же, что там не Вт, а мВт.
Но вообще надо сказать, что приводимое в дэйташите на датчики значение 0.6 K/mW не похоже на коэффициент в воздухе. Слишком мало. Примерно такое же тепловое сопротивление у аксиального резистора 0.125 Вт, который во много раз крупнее нашего датчика (размер датчика 1.7х1.3х1мм).

Объясните, зачем два датчика, если они в разных местах... И зачем их последовательно соединять...

Два датчика потому, что в некоторых случаях нужно измерять температуру в нескольких местах. Вызвано это тем, что температура различных предметов может отличаться - даже если они находятся в одной комнате. Понимаю, что кому-то это может показаться странным, но что поделаешь - это физический факт.

Измерять же одним датчиком температуру сразу в двух местах мы еще не научились. Пытаемся, но увы...
Вот в следующем квартале начнем осваивать квантовую телепортацию, и тогда...

Зачем соединять датчики последовательно: вижу Вы совсем не в теме - такое соединение (2 или большего числа датчиков) используется часто. Это типовое решение, многократно описанное в дэйташитах, апноутах и статьях.
Например, посмотрите схему в WP от Девиц - стр 3, рис. G1.

Такое решение позволяет использовать один общий для всех них прецизионный резистор и общий референсный вход для ратиометричского измерения. Через всю цепочку (датчики и резистор) идет один и тот же ток. Но измерения для каждого датчика производятся независимо и вообще говоря датчики тут друг на друга влиять не должны. Такое решение - альтернатива коммутируемым датчикам.

Если это у Вас самодельная единичная вещь...

Давайте будем это называть не "самодельная", а custom. Делаем сами не потому, что хотим дешевле, чем готовое фирменное, а потому, что того, что нам нужно - готового нет. Это вообще типично для наших приборов - такие задачи.
С точки зрения качества сделать нужно не хуже фирменного прибора. Это не первое наше устройство (и, надеюсь, не последнее ). Платы сделаем на заводе, монтаж - тоже профессиональный. А разработка/отладка - да, своя.

И нужно очень локально измерять температуру, то может, тонкая-тонкая термопара лучше будет? Есть еще волластоновые платиновые проволоки 5-10 микрон.

Не могли бы Вы подсказать конкретную марку такой термопары (производителя, модель, где купить )?

Хотя, вообще говоря, термопары не так удобны для точных измерений как RTD. Вы же понимаете, какие там возникают проблемы при необходимости получить точность 0.1 С.

"Проволока 5-10 микрон" - и что мне с ней делать? Мне нужен щуп, который экспериментатор сможет опускать в жидкость рядом с образцом. Неужели я буду делать из этой проволоки самодельный RTD - по крайней мере все описанные выше проблемы измерений тут будут. И еще больше.

[Tanya]

В смысле 0.1 С - недостойная задача для серьезного разработчика?
Зачем соединять датчики последовательно: вижу Вы совсем не в теме - такое соединение (2 или большего числа датчиков) используется часто. Это типовое решение, многократно описанное в дэйташитах, апноутах и статьях.
Например, посмотрите схему в WP от Девиц - стр 3, рис. G1.

Такое решение позволяет использовать один общий для всех них прецизионный резистор и общий референсный вход для ратиометричского измерения. Через всю цепочку (датчики и резистор) идет один и тот же ток. Но измерения для каждого датчика производятся независимо и вообще говоря датчики тут друг на друга влиять не должны. Такое решение - альтернатива коммутируемым датчикам.
Не могли бы Вы подсказать конкретную марку такой термопары (производителя, модель, где купить )?

Приличная точность начинается от тысячной. До миллионных. Дальше - не в курсе.
Сразу бы и написали, что на резисторах хотите экономить. Вот пишите про один и тот же ток... А выше, что неудобно... Мостовые схемы лучше.
Вам бы взять хороший счетверенный ОУ и три проволочных резистора (один переменный или магазин сопротивлений), и стрелочный прибор.
Получился бы и измеритель и ПИД регулятор...
Продолжаю Вас уверять, что в жидкости можно допустить саморазогрев много больший, чем десятая градуса. Можете проверить, меняя ток.
Термопары делают в тех местах, где делают неселективные фотодетекторы - болометры. Термостолбики. Там термопары последовательно стоят. И не десятую там измеряют...
Кстати... А как с разогревом датчика и среды лучом подсветки микроскопа?

[maharaj]

Приличная точность начинается от тысячной. До миллионных. Дальше - не в курсе.

Долго смеялся. Миллионная градуса - это прекрасно!
Вообще-то, и тысячная градуса не имеет физического смысла - в объекте размером больше 1 мм в разных его частях температура отличается сильнее, так что никакой единой температуры с такой точностью уже нет. Только если для нанообъектов, но там, увы, термодатчики неприменимы.

Вы явно не осознаете такого простого факта, что 0.1 С - это вовсе не точность 10%, как Вам, судя по всему, кажется. На самом деле все иначе: типично на датчике RTD падает порядка 100 мВ. Изменение температуры на 1 С дает изменение наряжения на 0.4 мВ. А 0.1 С - на 40 мкВ. Чтобы измерить с точностью 0.1 С нужно уметь измерять это напряжение с ошибкой меньше этих самых 40 мкВ, что в относительных величинах составляет 0.0004. Меньше тысячной.

В нашем случае, как я уже не раз говорил, требования более жесткие. Нам нужна не "средняя точность 0.1 С", а максимальная ошибка _не более_ этого значения. Это предельное значение. В таком случае средняя (типичная) точность измерений должна быть еще в разы меньше. 1 десятитысячная тут самое слабое требование.

Сразу бы и написали, что на резисторах хотите экономить.

И опять я долго смеялся. Резистор стоит 1 (прописью: "один") доллар. Пока я тут трачу время на не очень содержательные беседы с Вами, стоимость этого моего рабочего времени многократно больше цены резистора или десятка резисторов.

Не в резисторе дело. У АЦП один вход REF (у AD7718 их два, но один у нас уже занят). А для каждой ратиометрической цепи (прециз. резистора) нужен отдельный такой вход. Так что на одном АЦП можно измерять один датчик. Или же их надо коммутировать. Или же их надо включать последовательно. Ой, и только не говорите мне, что надо на каждый датчик взять свой АЦП. Это уже будет даже не смешно.

Вам бы взять хороший счетверенный ОУ и три проволочных резистора (один переменный или магазин сопротивлений), и стрелочный прибор.

Таня, нужно и меру знать. Действительно уже не смешно.

Продолжаю Вас уверять, что в жидкости можно допустить саморазогрев много больший, чем десятая градуса.

Да конечно можно! Вот кипятильник работет с большим нагревом и как хорошо работает!

Термопары делают в тех местах, где делают неселективные фотодетекторы - болометры.

То есть моделей Вы не знаете. Почему-то я не удивлен.

А как с разогревом датчика и среды лучом подсветки микроскопа?

Среда прозрачная. Объекты в ней - микроскопические. Это живые клетки. Их мало (единицы).

[Tanya]

Долго смеялся. Миллионная градуса - это прекрасно!


И опять я долго смеялся. Резистор стоит 1 (прописью: "один") доллар. Пока я тут трачу время на не очень содержательные беседы с Вами, стоимость этого моего рабочего времени многократно больше цены резистора или десятка резисторов.

Не в резисторе дело. У АЦП один вход REF (у AD7718 их два, но один у нас уже занят). А для каждой ратиометрической цепи (прециз. резистора) нужен отдельный такой вход. Так что на одном АЦП можно измерять один датчик. Или же их надо коммутировать. Или же их надо включать последовательно. Ой, и только не говорите мне, что надо на каждый датчик взять свой АЦП. Это уже будет даже не смешно.


Таня, нужно и меру знать. Действительно уже не смешно.


Среда прозрачная. Объекты в ней - микроскопические. Это живые клетки. Их мало (единицы).

Хорошо смеется тот, кто умеет. И Вы меня насмешили рассуждениями о температуре. И не только.

Так и не поняла, что Вы экономите... Даже где еще больше скажу - можно даже 10-разрядный АЦП контроллера использовать... при таком диапазоне и точности....
А нагрев подсветкой - это тут самое серьезное.
А термостолбики мой знакомый доставал. Где, я не знаю.

[maharaj]

Даже где еще больше скажу - можно даже 10-разрядный АЦП контроллера использовать... при таком диапазоне и точности....

Флаг Вам в руки - вот в своих разработках Вы и будете использовать хоть 10-битные, хоть 8-битные АЦП, хоть 4-битные. Что Вы там намеряете - Ваше дело. Я же глупостями заниматься не собираюсь. И разговоры на таком уровне мне также неинтересны.

[Herz]

Поставить буфер можно. Хотя, конечно, ставить лишний элемент не особо хочется.

Почему? Дорого? Места не хватает?

2 Herz
Перемычки не помогут - если без буфера, то нельзя ставить фильтры от РЧ-помех. А если поставить и измерить с буфером, в реальных условиях, то потом уже без буфера не обойтись - не отпаивать же конденсаторы фильтра?

Не понял, почему нельзя? И чем Вас так заботят РЧ-помехи? В Вашем-то медленном устройстве?

Экономить? Ничего не собираюсь. Наоборот - хочу сделать плату с большим запасом и избыточностью. Так как никто пока точно не знает, что именно понадобится в итоге. Делаем устройство для себя, в одном экземпляре - какая уж тут экономия.

Так что ж тогда за боязнь лишнего элемента? Будь то точного резистора, ОУ или даже АЦП? По принципу: чем проще, тем надёжнее? Или просто не умеем с ними работать?

И опять я долго смеялся. Резистор стоит 1 (прописью: "один") доллар. Пока я тут трачу время на не очень содержательные беседы с Вами, стоимость этого моего рабочего времени многократно больше цены резистора или десятка резисторов.

Ой, и только не говорите мне, что надо на каждый датчик взять свой АЦП. Это уже будет даже не смешно.

Таня, нужно и меру знать. Действительно уже не смешно.

Да конечно можно! Вот кипятильник работет с большим нагревом и как хорошо работает!

То есть моделей Вы не знаете. Почему-то я не удивлен.

А Вы, батенька, хамоват.

Флаг Вам в руки - вот в своих разработках Вы и будете использовать хоть 10-битные, хоть 8-битные АЦП, хоть 4-битные. Что Вы там намеряете - Ваше дело. Я же глупостями заниматься не собираюсь. И разговоры на таком уровне мне также неинтересны.

Тогда Вы не по адресу. Буду удивлён, если кто-то здесь захочет общаться с Вами на таком уровне. Советую не тратить своё драгоценнейшее время и больше подобных вопросов не задавать. Раз Вы и так всё знаете лучше.

[maharaj]

>Поставить буфер можно. Хотя, конечно, ставить лишний элемент не особо хочется.
Почему? Дорого? Места не хватает?

Места, конечно, не очень много... Тут даже дело не вообще месте на плате, а в том, что все эти входные цепи надо по возможности делать компактными. Цена элемента, как я уже говорил, роли не играет. Изделие не серийное, экономить тут смешно.

Поставить буфер можно. Если оно нужно. А это пока не вполне ясно. Хотя, склоняюсь к тому, что придется поставить - какой-нибудь зеродрифт ОУ с малыми входными токами.

Не понял, почему нельзя?

Нельзя, потому что если уже впаяны конденсаторы фильтров, то нельзя напрямую на вход REF. Об этом ясно сказано в дэйташите:

Because the input impedance of each reference input is dynamic, resistor/capacitor combinations on these inputs
can cause dc gain errors, depending on the output impedance of the source that is driving the reference inputs. ...
Deriving the reference input voltage across an external resistor will mean that the reference input sees a significant external source impedance. External decoupling on the REFIN(+) and REFIN(–) pins would not be recommended in this type configuration.

И чем Вас так заботят РЧ-помехи? В Вашем-то медленном устройстве?

Устройство не просто медленное, а я бы сказал "сильно небыстрое". Скорость измерений - разы в секунду.
Собственно, вся серия AD77, как и другие аналогичные АЦП, специально спроектирована так, что в цифре давит сетевые помехи (гармоники 50 Гц). Но то НЧ помехи. А вот РЧ - к ним, как ни странно, низкочастотные устройства часто оказываются даже более чувствительны, чем к высокочастотные. Просто потому, что активные элементы на частотах помех уже не работают, а сами помехи детектируются на нелинейностях (и полупроводниковых, и даже просто на контактах) и могут давать в результате помехи уже вполне себе НЧ, в полосе прибора. И могут получиться ошибки с уровнями вплоть до мВ. А измерять надо до единиц мкВ. Так что нужно ставить фильтры по входам. Что, в частности, сказано и в дэйташитах.

Так что ж тогда за боязнь лишнего элемента? Будь то точного резистора, ОУ или даже АЦП? По принципу: чем проще, тем надёжнее? Или просто не умеем с ними работать?

Ну-ну... Что это за такие необоснованные подозрения?
Боязни нет. Но если не относиться к этому строго и просто так добавлять в схему одно, другое, третье - получится монстр, который работать не будет.
Что касается точных резисторов - видели бы Вы, сколько их у меня в аналоговом тракте измерений, в усилителе сигналов детекторов (это уже не температура, а собственно то, что измеряется в эксперименте). Десятки. Но там они действительно необходимы.
И даже АЦП. Если надо - поставлю два. Но ставить по АЦП на каждый вход (которых минимум 7-8) - это, согласитесь, неразумно.

А Вы, батенька, хамоват... Раз Вы и так всё знаете лучше.

Если бы я знал все - не спрашивал бы тут совета.
Конечно, глупости в репликах можно просто игнорировать. С другой стороны, когда я читаю тред на какую-то тему, в которой плохо разбираюсь, там тоже нередко кто-то из участников пишет что-то, скажем мягко, не вполне правильное. И если другие участники просто игнорируют эти сообщения - новичку непонятно, так оно или нет. Это гуманитарный аспект.
Что до моего тона, который Вас задел, то это напрасно. Я писал вполне дружелюбно, иронизируя. Если бы я всерьез называл все своими именами - это выглядело бы намного жестче.

Сообщение отредактировал maharaj - Oct 16 2009, 18:00

[sensor_ua]

Вы сами себя ограничиваете странными решениями. Во-первых, выбор АЦП, на который есть DS с ревизией аж 0 от 2001 года. Почему вдруг такой динозавр? Почему не по-проще, ну или, если хочется лишнего входа Ref, то AD7794? да и ещё в таком узком диапазоне измеряемых температур... Во-вторых, некая "удобная шкала" - мягко говоря наносное, как и странный резистор 10-15 кОм где-то перед REF. В-третьих, выбор именно 1 кОм RTD - априори принятая уверенность, что полученный результат будет лучше, - на основании чего? а почему не 500 Ом? а почему вдруг на 100 Ом такой точности не получить? В-четвертых, неясно, какой диапазон рабочих температур АЦП и опорного резистора, и какая дополнительная погрешность по этой температуре ожидается. В-пятых - о сенсоре не было слова - точность от сенсора и опоры, а от всего остального погрешности
0.1 градуса при диапазоне измерений от -40 до +60 град. Цел. (что уж говорить о 0..50) достаточно уверенно получается и на 16-бит АЦП при RTD 100 Ом. Но при определенном умении можно на 24-бит АЦП 0.15 градуса с трудом получать (пару раз отлечивал разные грабли).

[Herz]

...
Если бы я знал все - не спрашивал бы тут совета.
...
Это гуманитарный аспект.
...
Если бы я всерьез называл все своими именами - это выглядело бы намного жестче.

Так Вы сюда за советом пришли или с гуманитарной миссией?
По-моему, следовало бы с уважением (если уж не с благодарностью) относиться к тем, кто пытается Вам помочь А в том, на что указывала Tanya, есть немало рационального - жаль, что Вы не захотели этого заметить. Но даже если некоторые из полученных Вами советов по каким-то причинам неприемлемы, возмущаться отнятым у Вас временем и называть их глупостью.... По меньшей мере, неприлично.

Что касается конденсаторов фильтра и рекомендаций, процитированных Вами из DS. Ставить конденсаторы для защиты от помех именно на референсные входы в ратиометрической схеме просто нелогично. Кроме того, не думаю, что "мелкие" емкости от RF-помех "can cause dc gain errors", что может заботить Вас в "медленной" схеме. К тому же, стоило бы оценить реальное влияние ВЧ-шума на погрешность измерений в рабочей полосе. Вполне может оказаться, что не так страшен чёрт, когда он "размазан"...
А по большому счёту, дискуссия на эту тему выеденного яйца, как говорится... Ставьте уже буфер и забудьте о проблеме.

И даже АЦП. Если надо - поставлю два. Но ставить по АЦП на каждый вход (которых минимум 7-8) - это, согласитесь, неразумно.

Зависит от того, что есть критерий разумности. Абсолютной крамолы я и в этом варианте не вижу. Что важнее в Вашем случае: результат или путь к нему?
Надеюсь, не злоупотребил Вашим временем...

[maharaj]

По-моему, следовало бы с уважением (если уж не с благодарностью) относиться к тем, кто пытается Вам помочь А в том, на что указывала Tanya, есть немало рационального - жаль, что Вы не захотели этого заметить. Но даже если некоторые из полученных Вами советов по каким-то причинам неприемлемы, возмущаться отнятым у Вас временем и называть их глупостью.... По меньшей мере, неприлично.

Я отношусь в благодарностью к тем, кто пытается мне помочь.
Однако это не относится к случаям, когда кто-то просто развлекается. В советах вроде того, что требования к точности должны быть не хуже 1/1000 градуса или что тут можно использовать 10 битный АЦП МК, нет ничего рационального. По сути это не советы, а либо действительно непроходимая глупость, либо издевательство.

Что касается конденсаторов фильтра и рекомендаций, процитированных Вами из DS. Ставить конденсаторы для защиты от помех именно на референсные входы в ратиометрической схеме просто нелогично.

Напротив: именно при ратиометрии это как раз логично. Одно дело когда референс - это локальный опорник (при абсолютных измерениях), а совсем другое, когда к нему идет многометровый внешний провод от датчика.

Кроме того, не думаю, что "мелкие" емкости от RF-помех "can cause dc gain errors", что может заботить Вас в "медленной" схеме.

"Не думаю" - не выглядит как достаточно веский аргумент. Хотелось бы какие-то цифры. А с этим проблемы - в документации нет никаких численных данных о влиянии емкостей. Или вы знаете цифры? Тогда не молчите, скажите!

На самом деле емкости все же не такие уж мелкие - обычно в таких местах ставят единицы нФ. А какую ошибку это может дать - непонятно. Но мне кажется вполне реальной опасность получить заметную ошибку.

Как раз недавно смотрел ДШ на зеродрифт ОУ LMP2021. Там говорится о том, что входной ток зависит от емкости на входе. А все потому, что там на входе ключи - коммутация для создания этого самого зеродрифта, все время тикает. И графики приведены. Добавление 20 пФ меняет ток на 20 пА. И также графики для аналогов от конкурентов - там при той же емкости ток раза в два выше. Теперь вместо 20 пФ ставим 2000 пФ (для фильтра) и частота коммутации у нас не около 1КГц, как в зеродрифтах, а МГцы. И что будет с токами? Может там вместо 20 пА получиться не один десяток нА? ИМХО, вполне может.

К тому же, стоило бы оценить реальное влияние ВЧ-шума на погрешность измерений в рабочей полосе. Вполне может оказаться, что не так страшен чёрт, когда он "размазан"...

Это сделать не так просто. Например, недалеко от прибора стоит усилитель, с которого ВЧ сигнал по коаксиалу идет на модулятор (акустооптика). И коаксиал этот идет рядом с кабелем к термодатчикам. Ну да, кабель возьмем экранированный. И коаксиал "светить" наружу не должен. И генератор/усилитель/модулятор экранированы. А все же там 60-80 МГц и до 5 Вт мощности. Переменной. И как оценить влияние? Ну да, прямой путь - сделать и измерить. Но в установку добавляется то одно, то другое. Все варианты заранее не измерить. И переделывать потом уже возможности не будет. Что отсюда следует: что нужно делать заранее с многократным запасом. Чтобы ВЧ-помехи на вход АЦП гарантированно не попадали.

А по большому счёту, дискуссия на эту тему выеденного яйца, как говорится... Ставьте уже буфер и забудьте о проблеме.

Зачем так нервничаете и торопитесь? Я же уже написал, что склоняюсь к тому, чтобы так и сделать.
Скоре всего поставлю. Но не ранее, чем учту все проблемы и возможности.

>Но ставить по АЦП на каждый вход (которых минимум 7-8) - это, согласитесь, неразумно.
Зависит от того, что есть критерий разумности. Абсолютной крамолы я и в этом варианте не вижу. Что важнее в Вашем случае: результат или путь к нему?

Для меня важен результат. Но, как Вы понимаете, не всякий путь приводит к нужному результату.

И вообще все зависит от задачи. Если требуется быстрая и синхронная оцифровка, тогда да - по АЦП на вход, иначе никак. Там это не просто разумно, но неизбежно.
Но для измерений температуры это неразумно, а кроме того в нашем случае просто нарушит одно из требований к устройству - входы получатся неравнозначными, то есть при перестановке датчика на другой вход потребуется перекалибровка.

[sensor_ua]

нарушит одно из требований к устройству - входы получатся неравнозначными, то есть при перестановке датчика на другой вход потребуется перекалибровка.

Где ж такие одинаковые сенсоры берёте?

[maharaj]

Где ж такие одинаковые сенсоры берёте?

Сенсоры, конечно, неодинаковые. Для каждого своя калибровка.
Но если калибровка зависит не только от сенсора, но и от номера входа, в которому его подключили - это уже перебор.

[sensor_ua]

Сенсоры, конечно, неодинаковые. Для каждого своя калибровка.
Но если калибровка зависит не только от сенсора, но и от номера входа, в которому его подключили - это уже перебор

Калибровка штука системная - она "не принадлежит" сенсору. Да, калибровочная характеристика сенсора задаётся, но это характеристика первичного преобразователя, а это не то же, что калибровка канала измерения. Отдельная же калибровка вторичных преобразователей (их каналов) по некоему эталону - неблагодарная работа. Вы бы хотя бы определились, что же предполагается быть "одинаковым" и насколько.
Учитывая разброс сенсоров, без индивидуальной калибровки каналов измерения получить указанную точность измерения температуры непростая, но более, IMNHO, бессмысленная задача.

[maharaj]

Вы сами себя ограничиваете странными решениями. Во-первых, выбор АЦП, на который есть DS с ревизией аж 0 от 2001 года. Почему вдруг такой динозавр? Почему не по-проще, ну или, если хочется лишнего входа Ref, то AD7794?

Не, не ограничиваю. Это текущий рассматриваемый вариант. С удовольствтем рассмотрю Ваши предложения.

Про "динозавра": далеко не всегда новее значит лучше. У 7794 по сравнению с 7718 есть как преимущества, так и недостатки. О них ниже.

Все АЦП 77-й серии сделаны на основе одного и того же ядра. Отличаются конфигурацией, да немного параметрами. У всех одни и те же характеристики с точки зрения того вопроса, то я задавал вначале - то есть токи по рефенсному входу. Так что не важно, будет это 7718 или 7794 - вопрос остается.

Почему 7718, а не 7794: Да, 7794 в некоторых отношениях лучше. Больше реальная точность (хотя в данном случае это не имеет значения, и так достаточно), есть выходы возбуждающего тока (однако они занимают те же ножки, что и пара входов; эту цепь можно сделать и внешней), больше диапазон допустимых уровней реф (работает при меньших реф, чем 7718) и, наконец, пожалуй самый важный, с моей точки зрения плюс - правильно сделаны отслеживание и индикация отсутствия реф - это на случай повреждений проводов или просто неподключенных датчиков.

И входов у 7794 тоже вроде как много, но тут нюанс: у 7718 можно любые входы использовать как балансные или как несимметричные (single ended). Именно последнее мне также нужно - один реф и 2 балансных входа я предполагал занять под RTD, а еще один реф и 4 остальных входа - в виде single ended, причем относительно земли. Мне нужны именно такие 4 выхода. А 7794 не позволяет измерять сигналы относительно земли. Любой InX- должен быть не ниже 100 мВ. Так что либо 7718, либо два АЦП.

странный резистор 10-15 кОм где-то перед REF. В-третьих, выбор именно 1 кОм RTD - априори принятая уверенность, что полученный результат будет лучше, - на основании чего? а почему не 500 Ом? а почему вдруг на 100 Ом такой точности не получить?

"Странный резистор" - опорный, на нем падает ток для получения реф сигнала. Напряжение на реф должно быть не ниже 1 В. Ток порядка 0.1 мА. Вот и выходит не 1К, как в схемах с 100-Омными датчиками, а 10К.

Сопротивление RTD выбрано высоким только из соображения минимизации самонагрева. Те датчики, что хотим использовать бывают 100 или 1000 Ом. На 100-Омном самонагрев может давать ошибку порядка 5 тысячных - это половина макс. допустимой ошибки.

В-четвертых, неясно, какой диапазон рабочих температур АЦП и опорного резистора, и какая дополнительная погрешность по этой температуре ожидается.

Прибор будет работать при комнатной температуре, более того - в термостатированном помещении (температура воздуха +/-0.5 градуса, также поддерживается стабильная низкая влажность). Поэтому тут на опорный резистор и АЦП могут влиять: опять же самонагрев, нагрев от усилителей мощности и тд. Внешний нагрев постараемся исключить - конструктивно уберем мощную часть подальше. Самонагрев АЦП - не более 1-2 С. Не влияет. Самонагрев резистора - порядка 0.5 С, при его ТКС 5ppm это дает ошибку менее тысячной градуса - пренебрегаем.

В-пятых - о сенсоре не было слова - точность от сенсора и опоры, а от всего остального погрешности

Ссылка на сенсор выше. Погрешности - ну да, если бы тут писали официальный метрологический документ, то нужно было бы внимательнее использовать слова. А так можно по-проще.

0.1 градуса при диапазоне измерений от -40 до +60 град. Цел. (что уж говорить о 0..50) достаточно уверенно получается и на 16-бит АЦП при RTD 100 Ом. Но при определенном умении можно на 24-бит АЦП 0.15 градуса с трудом получать (пару раз отлечивал разные грабли).

Ну да, если сигнал с RTD надлежащим образом усилить (чтоб он не был на порядок меньше опорного), то хватит и 16 бит. На самом деле реальная точность 7718 для сигналов со шкалой 160/320 мВ и будет 16/17 бит. Так что это по сути и есть 17-битный АЦП, зато в нем уже все усиление внутри, высокоомные буферы, ничего добавлять не надо. Вот только входы реф подкачали малость. Но тоже поправимо.

Калибровка штука системная - она "не принадлежит" сенсору. Да, калибровочная характеристика сенсора задаётся, но это характеристика первичного преобразователя, а это не то же, что калибровка канала измерения. Отдельная же калибровка вторичных преобразователей (их каналов) по некоему эталону - неблагодарная работа.

Конечно. Я и говорю о калибровке всего канала, всего устройства. Но входов два. И сенсоры отключаемые. И кроме того, нужны запасные, так как тоненький щуп с сенсором будут каждый раз вручную вводить в место измерения - наверняка поломают не одну штуку за год. Поэтому нужно откалибровать измеритель с каждым из сенсоров. Калибровать будем не у себя (у нас такого оборудования нет), так что это надо сделать единовременно. Организовать такое мероприятие для каждого сенсора, по мере надобности - нереально. Раз в год сделать (пере)калибровку для нескольких сенсоров - это возможно.

Потом при подключении сенсора (изменении аппаратной конфигурации) программа из ПК будет загружать в контроллер нужный профиль - для указанного номера сенсора. Но если при этом пользователь должен будет еще и не ошибиться входом, это наверняка приведет к тому, что в какой-то момент подключат не в тот вход, и измерения пойдут с ошибкой, например, в 0.2 С. А потом данные разных серий экспериментов окажутся несогласующимися друг с другом... Именно поэтому входы должны быть равнозначны. Что, вроде бы, совершенно несложно сделать.

[Herz]

Напротив: именно при ратиометрии это как раз логично. Одно дело когда референс - это локальный опорник (при абсолютных измерениях), а совсем другое, когда к нему идет многометровый внешний провод от датчика.

Не соглашусь. Преимущество ратиометрической схемы именно в её дифференциальности. Применяя же "выборочное" фильтрование, Вы лишаете её этого качества.

Как раз недавно смотрел ДШ на зеродрифт ОУ LMP2021.

Зачем Вам "зеродрифт"? Возьмите "конвенциональный" хороший ОУ.

Зачем так нервничаете и торопитесь? Я же уже написал, что склоняюсь к тому, чтобы так и сделать.
Скоре всего поставлю. Но не ранее, чем учту все проблемы и возможности.

Вам показалось. Опять. Воля Ваша, можете учитывать хоть влияние глобального потепления на работу Вашего термометра, но я не вижу, чем бы Вам грозил дополнительный буфер... Похоже на слона из мухи.

[maharaj]

Не соглашусь. Преимущество ратиометрической схемы именно в её дифференциальности. Применяя же "выборочное" фильтрование, Вы лишаете её этого качества.

Пардон! Дифференциальная - значит "разностная". А "ратиометрия" - измерения отношения. В первом случае математическая операция вычитания, во втором - деления.

Дифференциальность никуда не девается. Четерехпроводное подключение, два сигнальных провода от датчика идут к двум входам АЦП, Ain+ и Ain-, образующим как раз один дифф. вход. И фильтрация РЧ там (по обоим линиям), конечно же есть. Это стандартное включение.

Теперь если не ставить фильтрацию по реф. входу - вот тут как раз и получится "выборочное" фильтрование. Сигнал для числителя дроби (отношения) фильтруем, для знаменателя - нет. Именно этого я и хочу избежать. Помех не должно быть ни по одному из входов.

Зачем Вам "зеродрифт"? Возьмите "конвенциональный" хороший ОУ.

Я не затем его смотрел, не для этого места, не для этой схемы.
Тут, действительно, можно и не зеродрифт. На фоне сигнала порядка 1 Вольт дрейф в единицы мкВ не будет влиять. А такой дрейф бывает и у просто "хорошего ОУ". С другой стороны, с ходу не соображу, не будет ли также важно абсолютное смещение (а не только дрейф), или же оно компенсируется калибровкой и все.

я не вижу, чем бы Вам грозил дополнительный буфер... Похоже на слона из мухи.

Если нет нужного элемента - плохо. Если есть ненужный - тоже плохо. Это принципиальная вещь. Да и энтропийный фактор не стоит забывать.

Да, я в прошлый раз спрашивал про цифры - влияние емкости по реф. входу. Ну так вот, цифры нашлись. Эта тема подробно рассмотрена в AN-608 (Input Buffers on Sigma-Delta ADCs). Речь там идет сначала об измерительных входах и о влиянии емкостей при использовании АЦП в режиме без входных буферов (в обход). Там же в разделе о реф. входе говорится "The reference inputs on the ADC also go directly to a switched capacitor input stage, so similar comments with regards to maximum resistance and capacitance apply."

Еще больше цифр нашлось в ДШ на AD7719, стр. 32. Там видно, что да оно влияет, влияет нехило и даже при не очень больших емкостях. И как-то очень резко растут ошибки - в 1.5 раза увеливаем RC и уже вместо 20 бит точности остается лишь 16. Чтобы получить не хуже 16 бит при 10 К резисторе, емкость можно ставить не более 150-200 пФ. Что на порядок меньше того, что ставят в фильтры. И это данные для сигнальных входов, а там токи в 4 раза ниже, чем на реф. Так что для реф ограничение еще в несколько раз жестче. В общем окончательно ясно, что без буфера по реф не обойтись. Даже при опорном резисторе 1К (это если датчики 100 Ом) и то, наверное, лучше его ставить.

[Herz]

Пардон! Дифференциальная - значит "разностная". А "ратиометрия" - измерения отношения. В первом случае математическая операция вычитания, во втором - деления.

Да, конечно. Выразился я некорректно.

Дифференциальность никуда не девается. Четерехпроводное подключение, два сигнальных провода от датчика идут к двум входам АЦП, Ain+ и Ain-, образующим как раз один дифф. вход. И фильтрация РЧ там (по обоим линиям), конечно же есть. Это стандартное включение.

Теперь если не ставить фильтрацию по реф. входу - вот тут как раз и получится "выборочное" фильтрование. Сигнал для числителя дроби (отношения) фильтруем, для знаменателя - нет. Именно этого я и хочу избежать. Помех не должно быть ни по одному из входов.

Само собой. Это я и имел в виду: либо фильтровать всё, либо - ничего.