Повышение точности измерения микровольтовых напряжений, Измерение напряжения с термопар дериватографа при пом. ADS1258 Опции

[glserg]

Добрый день,

Вопрос по схеме измерения микровольтовых напряжений при помощи высокоразрядного АЦП. Схема сделана по даташитам, но не обеспечивает требуемую точность.

Схема используется в проекте "дериватограф" для измерения напряжения с термопар.
Для оцифровки используется 24-разрядный АЦП ADS1258.

АЦП подключен согласно даташиту.


Схема формирования опорного напряжения взята из аппнота "ECG Implementation on the TMS320C5515 DSP Medical Development Kit" (устройство измерения ЭКГ), но убран операционный усилитель

используемая:


Общий вид платы:
разводка:


обратная сторона:



Схема и разводка в DipTrace прикреплены

При тестовом измерении напряжения (от батарейки, дифференциальное подключение) значение, выдаваемое с АЦП, плавает в пределах +- 200 мкВ, чего недостаточно.

АЦП теоретически способен обеспечить точность на уровне 1 мкВ.

Можно ли повысить точность измерения и если да - то каким образом?

Спасибо

Прикрепленные файлы

 Scheme.7z ( 17.19 килобайт ) Кол-во скачиваний: 21

 

[glserg]

Добрый день.

Вы пишете, что используемый АЦП "слишком быстрый".
Не могли бы вы посоветовать другой АЦП?

Требования к измерению следующие:
Диапазоны измерения -100..+100 мВ и -10..+10 мВ.
Погрешность измерения не более 5 мкВ, желательно 1 мкВ.
Общее количество каналов для измерения - 5.
Частота - не менее 100 Гц на канал.

Спасибо.

[Tanya]

Требования к измерению следующие:
Диапазоны измерения -100..+100 мВ и -10..+10 мВ.
Погрешность измерения не более 5 мкВ, желательно 1 мкВ.
Общее количество каналов для измерения - 5.
Частота - не менее 100 Гц на канал.

Спасибо.

Ну не знаю, зачем Вам такое быстродействие. Вот в более (бедных / медленных) родственниках, например, ADS1234 и подобных меньше потребление и среднеквадратичный шум.
Вот посмотрите характеристики серийных приборов HP (Aglent), Keithley etc. Можно в описании увидеть, как зависят разрядность и погрешность от скорости. Еще там можно прочесть, что параметры гарантируются после прогрева и при стабильной температуре в комнате. Там еще фильтры регулируемые.

[Stanislav]

Ну не знаю, зачем Вам такое быстродействие. Вот в более (бедных / медленных) родственниках, например, ADS1234 и подобных меньше потребление и среднеквадратичный шум.

Там нужно минимум 100 Гц на канал, уважаемая. А их ажно 16 штук быть может. За это данный АЦП и любят.
А вы что предлагаете?
Смотрю в книгу - вижу фигу называется.
Теоретики...

У вас дрейф из-за термо-эдс.

Правда?

Абсолютно все сделано неправильно.

Подскажите, как надо лучше.

Нужно переделывать печатную плату, корпус и входные разъемы.

Каким образом переделать предлагаете?

Там еще кроме батарейки есть резисторы на плате.

А точно есть? Внимательно смотрели?
Фото Автор темы выложил в первом же посте.

Странный выбор АЦП. Почему бы не взять более заточенный под термопары AD7792/93 со встроенным усилителем и и неплохой опорой?

А сколько у него входов?
И какая частота выборки на канал?

ЗЫ. Пропала тема... Бедный автор...

Сообщение отредактировал Stanislav - Jan 23 2014, 17:07

[_pv]

Странный выбор АЦП. Почему бы не взять более заточенный под термопары AD7792/93 со встроенным усилителем и и неплохой опорой?

А сколько у него входов?
И какая частота выборки на канал?

AD77xx медленные, а вот если AD7194, то входов столько же - 16se/8diff, 4.8ksps. при 4 выборках на установление фильтра скорость переключения каналов 1200Гц, если ТС надо 5 каналов, то вполне хватает.
а вот встроенный pga там очень даже неплохой, правда на максимальной частоте шумы АЦП заметно выше (непропорционально корню из полосы), но если поставить 2400sps и (по 100Гц на 6 каналов), то на шкале 150мВ собственные шумы АЦП будут <0.5мкв, при 20мв шкале еще раза в два поменьше.

[Tanya]

А сколько у него входов?
И какая частота выборки на канал?
AD77xx медленные, а вот если AD7194, то входов столько же - 16se/8diff, 4.8ksps. при 4 выборках на установление фильтра скорость переключения каналов 1200Гц, если ТС надо 5 каналов, то вполне хватает.
а вот встроенный pga там очень даже неплохой, правда на максимальной частоте шумы АЦП заметно выше (непропорционально корню из полосы), но если поставить 2400sps и (по 100Гц на 6 каналов), то на шкале 150мВ собственные шумы АЦП будут <0.5мкв, при 20мв шкале еще раза в два поменьше.

Не нужны автору такие быстрые - он заблуждается, как я думаю. Не могу себе представить термопарное измерение чего-либо с высокой точностью и скоростью. Бессмысленно это - температура по объему неоднородная. И уж точно лучше пять одноканальных, чем один с коммутатором.
Вот вспомнилось. Видела как-то раз "быстрый" дериватограф. Микротаблеточка лежит на термопаре. Типа - экспрессанализ. Но полная туфта и по чувствительности и по точности определения не только теплоты, но даже температуры фазового перехода. Перегретый маркетинг.

[_pv]

Не нужны автору такие быстрые - он заблуждается, как я думаю. Не могу себе представить термопарное измерение чего-либо с высокой точностью и скоростью. Бессмысленно это - температура по объему неоднородная. И уж точно лучше пять одноканальных, чем один с коммутатором.

быстрому АЦП всегда оверсэмплинг можно сделать побольше и превратить его в медленный, а вот наоборот как-то не очень.
и шумы у "быстрого" ad719x меньше чем у медленного asd1232 на одинаковаых скоростях.
а если измерения не быстрые, то АЦП со встроенным мультиплексором, который сам еще и каналы умеет перебирать, куда удобнее чем 5 одноканальных.
шумы конечно выше так как помимо перебора 5 каналов еще и ждать несколько выборок пока фильтр установится после каждого переключения, то есть по сравнению с одноканальным надо работать на частоте в 20 раз выше и поиметь соответственно в 4-5 раз больше шумов, но врядли у ТС точность упрётся в собственные шумы АЦП, так что одноканальные тут не лучше.

[Stanislav]

быстрому АЦП всегда оверсэмплинг можно сделать побольше и превратить его в медленный, а вот наоборот как-то не очень.

Вот это верно.
Кроме того, вовсе не обязательно использовать АЦП на предельной частоте выборки. Её снижение в 2 или более раза на шумах и линейности сказывается весьма благотворно, по причине более полного устаканивания внутренних переходных поцессов.
На месте ТС, я бы сделал оверсемплинг с частотой, скажем, 400-800 выб/с на канал, а потом проредил в 4-8 раз, уже в цифрЕ.
Или включил бы режим внутреннего усреднения в 4 или 16 раз.
О шумах АЦП при этом можно будет забыть.

ЗЫ. Да, опорник нужен не 2,5, а 4,5-5 вольт. Погрешности при этом меньше будут.

шумы конечно выше так как помимо перебора 5 каналов еще и ждать несколько выборок пока фильтр установится после каждого переключения, то есть по сравнению с одноканальным надо работать на частоте в 20 раз выше и поиметь соответственно в 4-5 раз больше шумов, но врядли у ТС точность упрётся в собственные шумы АЦП, так что одноканальные тут не лучше.

Действительно, так.
Погрешности собственно А/Ц преобразования больше зависят от качества опоры.
При условии нормировки сигналов на входе, НЧ шумы и дрейфы опорника достаточно выдержать в пределах примерно 10 мкВ СКЗ. Вероятно, это потребует термостатирования. Тогда влиянием АЦП на точность можно будет пренебречь.
Одноканальные хорошо ставить только рядом с источником, тогда можно использовать их внутренние усилители и не бояться наловить помех по дороге. Недостатки - нужно калибровать каждый по отдельности, термостатировать труднее, проводов будет побольше, ну и цена...

Сообщение отредактировал Stanislav - Jan 23 2014, 20:01