Измерить напряжение с потенциометра, Очень маленькое изменение, хочется чего-то элегантного Опции

[Сергей Борщ]

Задача в следующем: потенциометр отслеживает положение вала редуктора. Редуктор, двигатель и потенциометр вместе с приведенной схемой находятся внутри герметично запаянного прибора. Вскрывать прибор для внесения изменения в схему нельзя. Наружу выведены только контакты X1-X5. Штатно между X1, X5 подается питание (думаю, около 20 В), сигнал снимается с выводов X2, X3, X4 относительно X5 и идет в усилитель.

Мне нужно получить в контроллере положение движка потенциометра. Все было бы хорошо, если бы не пара R5, R7. Благодаря этому шунту напряжение на движке потенциометра меняется от примерно 577мВ до 633 мВ, а хотелось бы на входе контроллера получить напряжение от примерно нуля до примерно 5 В. Сигнал будет оцифровываться с частотой около 20 Гц, разрядность АЦП - 14 бит. Я не очень большой спец в аналоговой схемотехнике, а хотелось бы получить не архисложную схему из доступных компонентов, желательно без подгонки резисторов лазером. Конструкция любительская, финансирование из своего собственного кармана, измерительные усилители по 20 евро за штуку не потяну - нужно "оживить" три таких прибора.

Пока приходит в голову соорудить источник опорного напряжения, получить на нем потенциал, близкий к потенциалу в точке соединения R6, R7, R9 (577 мВ), разницу между этим потенциалом и напряжением с движка подавать на инструментальный усилитель и потом выход этого усилителя еще смещать вниз, но подозреваю, что шумов и температурных погрешностей в такой схеме наберу по самое "не хочу". Может у кого-то будут более элегантные идеи?

[Сергей Борщ]

Ну смотрите, давайте для начала отбросим всякий дрейф потенциометра со временем, температурой и его гистерезисом при движении в разных направлениях и будем считать его "идеальным потенциометром".

Не, с потенциометром все очень хорошо. Как и с той частью схемы, которая находится в герметичном объеме. Я имел ввиду температурные дрейфы моей части схемы. Имел печальный опыт, когда классическая схема измерительного усилителя из операционника и четырех резисторов плавала от дуновения ветра над столом и просто косого взгляда. Или то была схема на двух ОУ?

Далее рассмотрим измерительную часть. У вас есть АЦП 14 бит (идеальный) это ~16300 значений. Теперь возьмем для этого АЦП опорное 2В, и получим 120мкВ одно значение. Таким образом для вашего диапазона 55мВ вы получите 450 значений. Для Вас это приемлемая точность? Нет, поставьте опорник на 1В, получите 900 значений.

"Маловато будет". На выходе редуктора висят две стрелки, за ход большой малая делает 12 оборотов. Хотелось получить точность позиционирования малой стрелки порядка 2 градусов, т.е. 360/2*12 = 2160 отсчетов АЦП минимум. Лучше больше, дабы программной калибровкой устранить разброс параметров схемы.

Зависит от того, на что нагружены X3 и X4.

Ни на что. Снаружи нет ничего, что подключим, тем и нагрузим.

Если этого недостаточно, то можно включить после х2 усилитель операционный со смещением на 4В. и усилением в 10 раз.

Вот со смещением у меня была сложность - никак не мог придумать как его красиво получить.

Такой вопрос, а Вы уверены, что
1. Реальное разрешение потенца даст желаемую Вам точность, и не будет ли дискрет онного потенца больше чем разрешение ацп?
2. Откуда уверенность в востпроизводимости и точности характеристики потенциометра?

Там хороший многооборотный проволочный потенциометр ППМФ. С другим аналогичным прибором, у которого наружу были выведены просто все три конца потенциометра, никаких проблем не возникло (этим прибором управляет ATmega88, потенциометр обмеряется внешним 14-битным АЦП последовательного приближения на рассыпухе - ШИМ от проца, счетверенное ОУ LM324, жмень резисторов/конденсаторов).

И да, стабильности стабилитрона 818 Е достаточно будет? Я к тому что Вам понадобится опора откуда нить рядом с потенцем.

Он там стоит внутри и много лет летал (и до сих пор летает) во многих экземплярах. Никто не жаловался.

Поближе к реальности:

Вот так вот просто? Вечером отмакетирую... Заранее спасибо, а если заработает - с меня пиво и хорошая компания

Вопрос- ...похоже, что Х3 - Х4 - это точки обратной связи операционного усилителя?

Там схема на транзисторах-трансформаторах, сам черт ногу сломит. Прикрепил внизу. Может вы разберетесь? Идея использовать эти резисторы как резисторы обвески операционного усилителя очень интересна, спасибо.

При крайних изменениях движка резистора R6 напряжение на выходе операционника будет изменяться примерно от минус 1,3В до плюс 2,2В (примерно); А этот диапазон уже легко "обмерить"....

Отрицательного напряжения у меня в схеме нет. Хорошо бы придумать, как без него и остаться.

...скорее всего R8 и R10 находятся в одинаковых условиях, что должно бы обеспечить приемлемую стабильность коэффициента усиления....
Но только в случае, что никто не подключен еще к этим же выводам.....

Нет, только выводы наружу прибора.

Примените дискретный преобразователь угол поворота => код

Увы, снаружи доступны только указанные выводы. Оба конца редуктора внутри герметичного объема.

Вот оригинальная схема включения, если кому-то интересно. У меня имеется в наличии только то, что в квадратике с надписью "Указатель УТ-7А". Резистор R13 имеет сопротивление 5.1 МОм, на него можно не обращать внимания.



P.S. Не ожидал такого большого количества ответов.

[ikm]

Не, с потенциометром все очень хорошо. Как и с той частью схемы, которая находится в герметичном объеме. Я имел ввиду температурные дрейфы моей части схемы. Имел печальный опыт, когда классическая схема измерительного усилителя из операционника и четырех резисторов плавала от дуновения ветра над столом и просто косого взгляда. Или то была схема на двух ОУ?
"Маловато будет". На выходе редуктора висят две стрелки, за ход большой малая делает 12 оборотов. Хотелось получить точность позиционирования малой стрелки порядка 2 градусов, т.е. 360/2*12 = 2160 отсчетов АЦП минимум. Лучше больше, дабы программной калибровкой устранить разброс параметров схемы.

Если вы хотите получить 2000+ отсчётов на АЦП, значит в встроенного потенциометра должно быть как минимум 2000+ витков по которым ходит движок. Если их там нет, то и нет смысла ничего усиливать, так как шаг самого потенциометра больше. А то,что стрелка крутится, так вы сами написали что там редуктор, и он вполне легко может изменять передаточное число с необходимым отношением.