Измерение высоких напряжений с помощью АЦП, на входе 1кВ, на выходе 1В., Насколько реально? Опции

[V000va]

Есть импульсный блок питания с регулируемым выходным напряжением от 600 до 1000В. Необходима регулировка выходного напряжения от компьютера и измерение оного, посему без процессора не обойтись. Выбрал Atmega8, по всем каналам развязал от всех высоковольтных и сетевых цепей. Через ШИМ Atmega8 выставляю выходное напряжение от 600 до 1000В. Через линейную оптопару меряю выходное напряжение, на входе делитель 1:1000, с которого снимаем от 0 до 1В, на выходе от 0 до 1В подаем на АЦП Mega8.
Собрано все на макетке, поставил дроссели по питанию, конденсаторы, заэкранировал плату процессора, хотелось бы и сам ИБП в экран обернуть, да нечем пока.
Выставляю 700В, за 10 выборок, напряжение скачет от 0.592В до 0.793В, т.е. точности измерений никакой. Пробовал плату ближе-дальше к ИБП ставить, выносил на проводах на расстояние до метра, все равно, точность измерения очень низкая.

Реально ли вообще мерить такие напряжения с таким коэффициентом деления или все утонет в помехах?
Как лучше организовать такое измерение?

Сообщение отредактировал V000va - Feb 3 2012, 23:38

[Tanya]

точность измерения очень низкая.

Реально ли вообще мерить такие напряжения с таким коэффициентом деления или все утонет в помехах?
Как лучше организовать такое измерение?

Не придавайте мистический смысл коэффициенту деления... Если посмотреть на обычный резистор очень внимательно, то в нем можно разглядеть множество делителей...
Обычно большее напряжение измеряют с таким коэффициентом. А вот пример именно такого напряжения с таким же делителем - блоки питания у Хамаматсу. Никто не жаловался.

[jartsev]

Если время измерения не криично, то залепляете параллельно нижнему резистору конденсатор и всё ок. Измеряю 6 кВ с точностью (точнее с шумом) до 1 В.

[yakub_EZ]

Через линейную оптопару меряю выходное напряжение, на входе делитель 1:1000, с которого снимаем от 0 до 1В, на выходе от 0 до 1В подаем на АЦП

С этого места пожалуйста поподробнее. Что то я не припомню простых нормальных линейных оптопар для постоянного тока. Подайте постоянный сигнал на неё и посмотрите что на выходе на осциллографе на большой развёртке. Луч будет рисовать затейливые картины переходных процессов с очень большими периодами. Кроме того оно ещё от температуры зависит.
Это только предположение, про применяемую оптопару пока ничего не известно, может и впрямь есть что то подходящее.

[V000va]

Не придавайте мистический смысл коэффициенту деления... Если посмотреть на обычный резистор очень внимательно, то в нем можно разглядеть множество делителей...
Обычно большее напряжение измеряют с таким коэффициентом. А вот пример именно такого напряжения с таким же делителем - блоки питания у Хамаматсу. Никто не жаловался.

Это вы о чем? Какой смысл? Какие блоки питания? Кто жаловался? Мысли в слух?

Если время измерения не криично, то залепляете параллельно нижнему резистору конденсатор и всё ок. Измеряю 6 кВ с точностью (точнее с шумом) до 1 В.

Какое включение/схему вы применяли?
оригинальная топология такая:


Я добавил конденсаторы 0.1мкФ по входам и выходам, входные резисторы 33К, конденсатор ОУ 100пФ.


Все это идет на Мегу8 и измерительный вольтметр (0-2В) для внешних наблюдений. Что интересно, измерительлный вольтметр показывает более-менее точно, т.е. у него показания не пляшут.
Плата с процом заэкранирована, экран пустил на общий минус. Без экрана вообще регистры слетали, работать не возможно.

Подайте постоянный сигнал на неё и посмотрите что на выходе на осциллографе на большой развёртке. Луч будет рисовать затейливые картины переходных процессов с очень большими периодами. Кроме того оно ещё от температуры зависит.

Посоветуйте что-то стоящее тогда, перед тем как применять оптопару, я её проверял, без осциллографа правда, но точность показания на входе и на выходе в диапазоне 0-2В вполне адекватная для моих целей. Точность до 10% на выходе вполне приемлема для меня.

Кто что скажет по поводу аналоговых или цифровых фильтров на входе/выходе? Может через аналоговую токовую петлю это все запустить?

[xemul]

Кто что скажет по поводу аналоговых или цифровых фильтров на входе/выходе?

Вы можете объяснить назначение и включение конденсаторов, добавленных на выходе?
Vin - средняя точка делителя 1:1000? 33К как-нибудь учитывались в этом делителе?

[V000va]

Вы можете объяснить назначение и включение конденсаторов, добавленных на выходе?
Vin - средняя точка делителя 1:1000? 33К как-нибудь учитывались в этом делителе?

Я сначало собрал макет с оптопарой, проверил, что он работает, затем перенес как есть, поэтому 33к в делителе не учитывается. Да сигнал с делителя 1000:1 поступает на резистор 33К. Конденсаторы это так, ставил чтоб посмотреть их влияние на схему и уменьшение помех, да так и оставил.
А как правильно включить тогда? Опыта построения фильтров старше 1-го порядка нет.

[jartsev]

оригинальная топология такая:

Мама не горюй! А зачем Вам нужна опторазвязка? Усложнить жизнь?

[V000va]

Мама не горюй! А зачем Вам нужна опторазвязка? Усложнить жизнь?

Да ладно вам , нужно управление и контроль от ПК, все равно развязка нужна.
Давайте по существу лучше предлагайте.

Мне бы сейчас понять, насколько реально померять 0-1В встроеным АЦП Атмеги8 с точностью 5-10%. Если это реально, то как это осуществить.


Сейчас у меня мысли такие:
1. програмное усреднение результата измерений
2. НЧ фильтр на входе ОУ, не плохо бы и на выходе (пока не знаю как)
3. Поднять входное напряжение до диапазона 0-10В, а выходное до 0-5В, дабы уменьшить влияние помех. И через опторазвязку на процессор.
4. Аналоговая токовая петля?

[jartsev]

Да ладно вам , нужно управление и контроль от ПК, все равно развязка нужна.
Давайте по существу лучше предлагайте.

Мне бы сейчас понять, насколько реально померять 0-1В встроеным АЦП Атмеги8 с точностью 5-10%. Если это реально, то как это осуществить.


Сейчас у меня мысли такие:
1. програмное усреднение результата измерений
2. НЧ фильтр на входе ОУ, не плохо бы и на выходе (пока не знаю как)
3. Поднять входное напряжение до диапазона 0-10В, а выходное до 0-5В, дабы уменьшить влияние помех. И через опторазвязку на процессор.
4. Аналоговая токовая петля?

Дык если нужна развязка, развязывать нужно по интерфейсу, а не по измерительной части.
А через оптопару вообще ничего намерить нельзя, имхо.

[yakub_EZ]

Посоветуйте что-то стоящее тогда, перед тем как применять оптопару, я её проверял, без осциллографа правда, но точность показания на входе и на выходе в диапазоне 0-2В вполне адекватная для моих целей. Точность до 10% на выходе вполне приемлема для меня.

Вот в этом месте мистика начинается. Показания с данной оптопары "устраивают" вольтметр, а АЦП в неадеквате. Тут либо схема генерит, либо шум большой.
А вообще, как советует jartsev, измеряли бы вы напрямую, гальванически связанно, а потом данные выдавали любым логическим способом через интерфейс. Думаю что проще и дешевле будет обойтись цифровой оптопарой и популярным МК, нежели возится с линейной.

[Guest_@Ark_*]

А вообще, как советует jartsev, измеряли бы вы напрямую, гальванически связанно, а потом данные выдавали любым логическим способом через интерфейс. Думаю что проще и дешевле будет обойтись цифровой оптопарой и популярным МК, нежели возится с линейной.

Полностью поддерживаю предыдущих ораторов. Входы АЦП МК достаточно высокоомные, чтобы обойтись минимальными токами при измерениях. И чем меньше "наворотов" в измерительной цепи, тем лучше результат. Для измерения высоковольтных напряжений доcтаточно обычного высокоомного (мегаомного) делителя, с выходом непосредственно на вход АЦП МК. Можете добавить на ногу МК небольшой конденсатор, чтобы избавиться от необходимости программых усреднений. Развязка входного сигнала, в данном случае, не только не нужна, но и вредна. Проще и правильнее развязать питание МК и выходной цифровой интерфейс.
P.S. Освободившийся оптрон лучше применить для развязки управляющего сигнала ШИМ, предварительно проанализировав, есть ли в этом необходимость.

Сообщение отредактировал @Ark - Feb 5 2012, 13:25

[rudy_b]

Если вас устраивает точность 10%, требуется гальваническая развязка и не жалко отожрать ток в десяток микроампер от источника 1 кВ, то можно сделать стандартный преобразователь напряжение частота.

Небольшая емкость заряжается током делителя. Когда напряжение на ней достигает заданного значения - она импульсно разряжается через светодиод оптрона. Если длительность импульса разряда сделать порядка 10 мксек при токе 5 ма, то частота импульсов будет порядка 100 Гц (10 мка тока делителя => резистор 100 МОм при напряжении 1 кВ) и процессор будет просто измерять частоту следования этих импульсов.

[vladec]

Зачем такие навороты, если даже "земли" не объединены можно обойтись квази гальванической развязкой, для этого достаточно простого диференциального усилителя с резисторами в делителях на несколько мегаом, при этом надо только проследить, что бы предельные значения по напряжению у резисторов были в порядке, обычно они порядка 400В и надо включать несколько последовательно.

[V000va]

Спасибо! Попробую наверное мерять с высоковольтной стороны. Правда при этом теряет смысл всякая опторазвязка, которую я сделал для ОС и схемы защиты ...

Еще тогда вопрос, если с высковольтной стороны поставить АЦП и измерительный вольтметр, в случае использования общего делителя, как их лучше развязать? Или лучше 2 делителя использовать?

И еще, Атмеговский АЦП рассчитан на измерение сигналов от источников с выходным сопротивлением 10к и меньше, как это учесть при построении делителя?

The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of approximately 10 kΩ or
less. If such a source is used, the sampling time will be negligible. If a source with higher imped-
ance is used, the sampling time will depend on how long time the source needs to charge the
S/H capacitor, with can vary widely. The user is recommended to only use low impedant sources
with slowly varying signals, since this minimizes the required charge transfer to the S/H
capacitor.

Сообщение отредактировал V000va - Feb 6 2012, 19:07