X

Prośba o sprawdzenie schematu: pomiar termoparą J...

ziggi86 16 Jan 2010 21:07
  • #1 16 Jan 2010 21:07
    ziggi86
    Level 12  
    Helpful post? (0)
    Witam


    Chciałem prosić doświadczonych elektroników o sprawdzenie schematu.

    Jest to termometr cyfrowy na atmega48 wykorzystujący termoparę typu J (zakres pomiarowy do 250 stopni C).

    Pomiar realizowany jest za pomocą wzmacniacza pomiarowego U2 o stałym wzmocnieniu równym 100x.Napięcie odniesienia do wzmacniacza pomiarowego podłączone jest przez bufor (U4) i wynosi 2.048 V z układu U5. Z racji tego iż U4 zawiera 2 wzmacniacze to drugi wzmacniacz wykorzystałem jako bufor do zasilania kondensatorów filtrujących wejścia przetwornika ADC . Kompensacja zimnego złącza jest realizowana cyfrowo na mikrokontrolerze przy użyciu termistora RT1.

    Całość jest zasilana z baterii 9 V przez stabilizator L7805 + sprawdzanie zużycia baterii przez dzielnik R1/R3.

    Fototranzystor służy do ustawiania jasności wyświetlacza w zależności od oświetlenia pomieszczenia ;) w sumie bardziej bajer nijeżeli jest to do czegoś potrzebne ;)

    Jeyne czego nie jestem pewien to sam układ związany z termoparą, zmontowałem go na płytce stykowej i nawet działa, jednakże mam wątpliwości co do filtrowania sygnału wejściowego.

    Z góry dziękuje za wszelką pomoc.

    Prośba o sprawdzenie schematu: pomiar termoparą J...
  • #2 16 Jan 2010 21:35
    Dr_DEAD
    Level 28  
    Helpful post? (0)
    Filtracja jaką widziałem przy tych poziomach napięć różnicowych wyglądała następująco: 2 x R (u Ciebie jest to R6 i R9), 2 x Cm do masy (u Ciebie jest to C6 i C7), Cr różnicowy o wartości conajmniej 10 x Cm (u Ciebie go brak).

    Dodano po 5 [minuty]:

    Aha, i termistor to chyba niezbyt dobre rozwiązanie, obiło mi się o uszy że mają spore rozrzuty wartości i mocno się starzeją, w układach pomiarowych się ich raczej nie używa, prędzej do zabezpieczeń termicznych.
  • #3 16 Jan 2010 21:36
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    R6 i R7 nie mają czasem przesadnie dużej rezystancji? Ja bym wstawił 1k, no może góra 10k.
    R7 C5 - chyba pomyliłeś kolejność.
    R15 C8 - tak samo.

    Jeżeli już to poprawisz, to C5 i C8 umieścił bym blisko wejść procesora i raczej podłączył bym je do GND zamiast do Vref (procesor mierzy względem GND więc podłączenie ich do GND da lepszy efekt filtrowania).

    VCC oczywiście są podłączone do zasilania?

    Reszcie dokładnie się nie przyglądałem ale na pierwszy rzut oka wygląda w porządku.
  • #4 16 Jan 2010 22:13
    ziggi86
    Level 12  
    Topic author Helpful post? (0)
    Witam


    Dziękuje za odpowiedzi,

    Teraz tak...

    Dr_DEAD:

    Wiem o czym mówisz, myślałem jeszcze o jednym kondensatorze różnicowym tylko że w sumie odrazu można zrobić z tego filtr RFI na wejściu (2x4.02k rezystory,2xCm 1nF, 1x Cr 10 nF ) Tutaj mam małe wątpliwości jeszcze co do pull-upa R4 czy rzeczywiście nie jest on za mały/duży ?? jego wartość dobrałem eksperymentalnie:) ale układ na płytce stykowej działa.

    Co do termistora to nie zakładam dużej dokładności, więc poszedłem po najniższej lini oporu, w opcji jeszcze jest LM35 zamiast termistora lub jakiś termometr cyfrowy, ale to jeszcze rozwarze :)

    atom1477:

    Maiłeś racje co do zasilania VCC :> głupi błąd, który wyszedł by pewnie w trakcie montażu ;)

    Kolejność R7 i C5 wzięta z manualna str 257

    Prośba o sprawdzenie schematu: pomiar termoparą J...

    Przyznam się szczerze że też opcjonowałbym za podpięciem kondensatorów C5 i C8 do masy jednakże tak zaleca manual o ile nie ma w nim błędów...
  • Helpful post
    #5 16 Jan 2010 22:53
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    W sumie tak zażartowałem ale jeżeli naprawdę tego nie zauważyłeś i uratowałem projekt PCB to się cieszę.

    A to co podałeś to jest rysunek wnętrza AVRa a nie sugerowanego podłączenia się do pinu.
  • #6 16 Jan 2010 23:01
    ziggi86
    Level 12  
    Topic author Helpful post? (0)
    Ok, racja, moje nie doczytanie :>:>

    Dziękuje za pomoc :)
  • #7 18 Jan 2010 10:15
    Dr_DEAD
    Level 28  
    Helpful post? (0)
    ziggi86 wrote:

    Wiem o czym mówisz, myślałem jeszcze o jednym kondensatorze różnicowym tylko że w sumie odrazu można zrobić z tego filtr RFI na wejściu (2x4.02k rezystory,2xCm 1nF, 1x Cr 10 nF ) Tutaj mam małe wątpliwości jeszcze co do pull-upa R4 czy rzeczywiście nie jest on za mały/duży ?? jego wartość dobrałem eksperymentalnie:) ale układ na płytce stykowej działa.

    Dla termopar widziałem jeszcze bardziej rozbudowane filtrowanie, dwa filtry o topologii filtru RFI jeden za drugim, pierwszy o wartościach ok 2x1k, 2x1n, 1x10n, drugi o wartościach 2x10k, 2x100n, 1x1u (co do wartości rezystorów mogę się mylić). Dopiero za tym wszystkim podpięte było podparcie i to chyba bezpośrednio czyli R4=0 (bo termopara tak naprawdę jest oddzielonym galwanicznie źródłem napięcia).

    Dodano po 3 [minuty]:

    Co się tyczy filtrów RFI to wydaje mi się że w takim przypadku Cm nie powinny być podpięte do masy tylko do ekranu, obudowy-ekranu lub zacisku przeznaczonego do podpięcia uziemienia.
  • #8 18 Jan 2010 10:25
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    A czy nie stosuje się obciążania termopary jakiś rezystorem? Powiedzmy 1k? Dla termopary dającej jakieś mikroskopijne napięcie będzie to żadne obciążenie, ale dla sygnałów zakłócających które raczej mają wysokie napięcie ale małą wydajność prądową będzie to duży tłumik.
    To nie jest pytanie retoryczne. Ja naprawdę pytam. Bo sam mam układ na termoparach do zrobienia i nie wiem.
  • #9 18 Jan 2010 11:50
    Dr_DEAD
    Level 28  
    Helpful post? (0)
    atom1477 wrote:
    A czy nie stosuje się obciążania termopary jakiś rezystorem? Powiedzmy 1k? Dla termopary dającej jakieś mikroskopijne napięcie będzie to żadne obciążenie, ale dla sygnałów zakłócających które raczej mają wysokie napięcie ale małą wydajność prądową będzie to duży tłumik.
    To nie jest pytanie retoryczne. Ja naprawdę pytam. Bo sam mam układ na termoparach do zrobienia i nie wiem.

    Nie spotkałem się z takim rozwiązaniem, chyba dlatego że wydajność prądowa takiej termopary jest żadna i nawet takie obciążenie mogłoby spowodować błędy pomiarowe. Zwróć uwagę na to że termopara jest praktycznie zwarciem (więc ma małą impedancję) i zakłócenia się w niej nie indukują, a właściwie to się indukują ale mają bardzo małe wartości (jako napięcie różnicowe, a nie względem ziemi).
  • #10 18 Jan 2010 13:06
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    No i właśnie z tego powodu że termopara ma małą impedancję powiedział bym że mało ją też obchodzi rezystancja obciążenia. Zresztą kiedyś termopary podłączało się do galwanometrów które w zasadzie są miernikami prądu. Jak na mierniki prądu galwanometry mają dużą rezystancję, ale w ogóle to małą bo z kilka kR.
    To zostawię miejsce na rezystor i później sprawdzę co on zmienia. No i napiszę.
  • #11 18 Jan 2010 13:38
    ziggi86
    Level 12  
    Topic author Helpful post? (0)
    Ale z tego co mi się osobiście wydaje to nie ma sensu podłączać tutaj rezystora 1k do termopary,już prędzej bym szedł stronę filtrów co już zostało tutaj przytoczone, poza tym jeśli używasz wzmacniacza pomiarowego to ma on dość duże tłumienie sygnału współbieżnego :) (CMRR) i ma to na zadanie wytłumić część zakłóceń. (jeśli źle to rozumiem to proszę to sprostowanie :))

    Z tego co czytałem to branży automotive ;) bada się opór termopary w celu diagnostyki czujnika, czy np się nie uszkodziła więc nie wydaje mi się żeby trzeba było podłączyć dodatkowego obciążenia(ewentualnie o bardzo małej rezystancji, tylko po co ?). Natomiast z drugiej strony rozbierałem swój multimetr gdzie jest termopara typu K ;) i tam np jest połączenie sygnałów z termopary jest zrealizowane przez rezystor smd o wartości 1000 (100*10^0 Ohm?), tylko że multimetr kosztował mnie 40 zł a poza tym pomiar temperatury odniesienia jest zrealizowany za pomocą diody 1N4148 :) (ale tak też czasem się robi w czysto analogowych rozwiązaniach "cold junction" ) więc nie wiem czy warto się tym sugerować :)

    Quote:
    Dopiero za tym wszystkim podpięte było podparcie i to chyba bezpośrednio czyli R4=0 (bo termopara tak naprawdę jest oddzielonym galwanicznie źródłem napięcia).


    W sumie przy zastosowaniu dwóch filtrów to pull up mógłby być równy 0 (R4=0). A co do oddzielonego galwanicznie źródła napięcia to zależy od termopary, czy jest sama końcówka termopary połączona z obudową czy nie. U mnie np jest podłączona do obudowy i w sumie jak tylko lekko dotknę obudowy lub ekranu to już skacze napięcie na wyjściu, nie wiem jak to zniwelować, ale podejrzewam że się nie da :/(o ile Cie dobrze zrozumiałem o co Ci chodzi :) )
  • #12 18 Jan 2010 14:12
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    Ja również stosuje „prawię diodę” 1N4148. Prawie bo to jest tranzystor BC857. Tranzystor bo był w SMD i łatwiej będzie mi go przylutować od strony druku pod złączami ARK.
    Takie coś spokojne pozwala uzyskać dokładność 1*C. Mi to wystarczy bo będę mierzył temperatury do 1200*C z dokładnością do 5*C.
    Nie wiem jak u Ciebie. Ale skoro stosujesz termistor to się domyślam ;)
  • #13 18 Jan 2010 14:54
    ziggi86
    Level 12  
    Topic author Helpful post? (0)
    u mnie założeniem było uzyskanie 5 stopni dokładności przy pomiarze do 250 stopni, z tąd termistor.

    Ale zamierzasz to rozwiązać problem temperatury odniesienia czysto analogowo czy cyfrowo ? cyfrowo jest prościej, przeglądałem kilka not aplikacyjnych microchipa i National semiconductor na temat termopar, i microchip proponuje właśnie to rozwiązanie które zastosowałem - czyli czysto cyfrowo.

    Co do umieszczenia czujnika kompensacyjnego to jeszcze nad tym nie myślałem, poza tym że kryje się on pod nazwą "izothermal block " i fajnie by było gdyby miał jakiś kontakt cieplny z zimnym końcem termopary.

    Np w multimetrze dioda nie jest przy samej wtyczce tylko około 7mm od niej i nie ma żadnego połączenia pomiędzy nimi(termicznego), więc chyba zdecyduje się na podobne rozwiązanie.
  • #14 18 Jan 2010 15:24
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    No oczywiście że cyfrowo. Temperatura zimnego końca zresztą ma być także wyświetlana więc i tak muszę ją mieć w mikrokontrolerze jako osobny parametr.
    Co do zimnego końca no to ja właśnie umieszczę go po stronie druku pod złączem ARK2 gdzie będą przykręcone końce termopary. Aż takiego gradientu temperatury się nie spodziewam, tym bardziej że cześć płytki na której będzie „termometr” i złącze ARK będzie przechodziło przez otwór na zewnątrz obudowy. Pomiędzy wnętrzem a zewnętrzem gradient może być, ale już pomiędzy złączem a termometrem to raczej nie. Nie 5*C.
    Ten "termometr" będzie miał jedno pole lutownicze wspólne z polem lutowniczym jednego z pinów złącza ARK.
  • Helpful post
    #15 18 Jan 2010 22:40
    Dr_DEAD
    Level 28  
    Helpful post? (0)
    ziggi86 wrote:
    A co do oddzielonego galwanicznie źródła napięcia to zależy od termopary, czy jest sama końcówka termopary połączona z obudową czy nie. U mnie np jest podłączona do obudowy i w sumie jak tylko lekko dotknę obudowy lub ekranu to już skacze napięcie na wyjściu, nie wiem jak to zniwelować, ale podejrzewam że się nie da :/(o ile Cie dobrze zrozumiałem o co Ci chodzi :) )

    Chodziło mi raczej o oddzielenie galwaniczne od zasilania całego układu, czyli dowolny jeden koniec termopary możesz zawiesić na dowolnym potencjale i nie wynikną z tego żadne przepływy prądu, ale jak już wspomniałeś o uziemionej termoparze to dodam że narzuca ona z góry system uziemiana całego toru pomiarowego (termopara -> ekran przewodów -> przetwornik-miernik -> ekran przewodów -> odbiornik-jeżeli istnieje). Punkt uziemienia może być tylko jeden i w twoim przypadku został już wybrany.
  • #16 20 Jan 2010 18:38
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    No więc tego rezystora ma nie być. U mnie zaniżał napięcie z termopary gdzieś o 10% (rezystor 1k).
  • #17 20 Jan 2010 19:23
    ziggi86
    Level 12  
    Topic author Helpful post? (0)
    Spoko, ja PCB właśnie robię, zmieniłem termistor na LM35 w SO8 i dałem tuż przy złączu ARK termopary, dorzuciłem jeszcze filtr RFI na wejściu wzmacniacza i zrezygnowałem z rezystorów 100 k (wzmacniacz baaardzo się wzbudzał, oscylacje dochodziły do 1 V ;) ).

    Patrzyłem na sygnał wyjściowy ze wzmacniacza pomiarowego na karcie pomiarowej i nawet wygląda ok, w najbliższych dniach coś wrzucę z moich dokonań ;) narazie mam zaliczenia :/
  • #18 28 Feb 2010 12:13
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    Możecie mi napisać jaką rezystancję mają Wasze termopary?
  • #19 28 Feb 2010 12:52
    ziggi86
    Level 12  
    Topic author Helpful post? (0)
    Witam,


    Odkurzyłem projekt ;) już zrobiłem płytkę, teraz tylko oprogramować :)


    Moja typu J do 200 stopni C ma 7 Ohm w temperaturze pokojowej, nie wiem ile powinna mieć... gdzieś w notach aplikacyjnych bodajże microchipa znalazłem informacje że często mierzy się opór termopary w celach diagnostycznych.
  • #20 28 Feb 2010 15:23
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    Cholercia. Dużo.
    Szukam i szukam jakichś not katalogowych termopar ale nie widzę.
    I dlatego spytałem na forum.
    A taka typu K o doprowadzeniach długości 1m i średnicy doprowadzeń 0,5mm ile może mieć? No bo z obliczeń to wyjdzie mało. Na pewno nie kilka R.
    Pytam bo dodałem Pull-Upa o wartości 1M do sprawdzania czy termopara jest podłączona i zastanawiam się czy nie spowoduje mi on za dużego błędu.
    Wychodzi mi że termopara musi mieć mniej niż 5R, inaczej błąd przekroczy 1°C a założyłem sobie żeby właśnie 1°C nie przekroczyć.
  • #21 28 Feb 2010 23:36
    ziggi86
    Level 12  
    Topic author Helpful post? (0)
    Szukałem trochę na necie i wydaje mi się że skro nigdzie tego nie piszą to pewnie gdzieś to jest opisane, zobacz może do norm.

    Według microchipa :

    http://www.jimfranklin.info/microchipdatasheets/00844a.pdf

    Quote:
    Measuring the Resistance of the
    Thermocouple
    The most comprehensive thermocouple diagnostic is
    to measure the resistance. Thermocouple resistance
    per unit length is published and available. If the circuit
    can inject some current and measure the voltage
    across the thermocouple, the length of the thermocouple
    can be determined. If no current flows, there is an
    open circuit. If the length changed, then the thermocouple
    is shorted. This type of diagnostic is best performed
    under the control of a microcontroller.


    więc wydaje mi się że raczej gdzieś to jest i jak coś to szukałbym w normach.

    Kiedyś jak bawiłem się pt100 to zdziwiłem się że pomiaru nie robi się kompensacji przewodów(w sprzęcie do pomiaru pobieranej energii cieplnej), a potem okazało się że podłączenie czujnika łącznie z przewodami jest unormowane i ma znany opór, a resztę można już policzyć na mikrokontrolerze.
  • #22 28 Feb 2010 23:44
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    Tylko że do norm trzeba mieć dostęp a do zastosowania amatorskiego to odpada.
  • #23 28 Feb 2010 23:58
    ziggi86
    Level 12  
    Topic author Helpful post? (0)
    coś takiego znalazłem:


    http://www.acdc.nist.gov/acdc.nist.gov/Calibrations_files/100%20kHz%20J.%20Res.%20Final.pdf


    ale nie czytałem całego, ale może się przyda.


    Pozdr
  • #24 01 Mar 2010 00:07
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    Dzięki.
    Widzę że chyba nie będzie źle. Więcej niż 20R chyba termopara nie będzie miała.
    A to wystarczy tylko 4 razy zwiększyć ten rezystor podciągający.
  • #25 01 Mar 2010 09:13
    krzemowy
    Level 19  
    Helpful post? (0)
    Wszystko zależy od wykonania termopary. W poprzedniej pracy zajmowałem się czujnikami temperatury(zamawianie, wymiana itp.). Używaliśmy zasadniczo dwóch typów termopar typu K: płaszczowe fi 3mm z płaszczem długości kilkanaście cm(różne wersje były, krótsze i dłuższe) oraz płaszczowe fi 1.5mm z płaszczem długości 80 oraz 100 cm(tak, takie długaśne i cieniutkie żeby się dało je wpuścić w wąski kanalik). Kabel miał długość 2 metry, był to kabel kompensacyjny 2x0.22mm^2. Rezystancja tych grubszych termopar(razem z kablem) wynosiła 10-12 omów(tak, był dość duży rozrzut) a tych cieńszych rzędu 30 omów. Sporą rezystywność ma jedna z żył kabla - kiedyś na szybko robiłem ze ścinków takich kabli rezystory dużej mocy ;) i wymierzyłem że jedna z żył ma kilkakrotnie większą oporność niż druga. I jeszcze jest jedna kwestia - od złącza termopary do układu pomiarowego leciało jeszcze z 9 metrów kabla kompensacyjnego, więc sumaryczna rezystancja całego obwodu była jeszcze sporo większa.

    Obserwując zachowanie urządzeń pomiarowych w momencie odłączenia bądź awarii termopary zauważyłem że wejścia pomiarowe mają wysoką impedancję. Teoretycznie moduły miały funkcję sygnalizowania awarii ale rzadko to działało, zazwyczaj dawało się bez dotykania styków generować sobie dość dowolnie wartość temperatury.

    Atom, jakbyś potrzebował dokładniejszych informacji ew. przykładowych gotowych rozwiązań do wglądu to postaram się coś uszkodzonego wyszperać.
  • #26 01 Mar 2010 12:38
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    Dzięki za info.
    Potrzebowałem tylko ogólnych informacji żeby wiedzieć na co się przygotować.
    Termopary i tak będę miał narzucone i będzie to jeden konkretny model. Więc i tak ostatecznie to sobie po prostu zmierzę ich rezystancję. Ale już widzę że chyba będę musiał dać wyłączanego Pull-Upa. Bo Pull-Up o jakiejś gigantycznej rezystancji rzędu 10...22MΩ to raczej odpada.
  • #27 24 Aug 2013 13:40
    figa_miga
    Level 19  
    Helpful post? (0)
    Czy kompensacja zimnego końca będzie potrzebna jeśli będzie on w temperaturze otoczenia 10-20st, a sama termopara będzie w 80-300st?. Scalaki stricte do termopary to nieco drogie rozwiązanie przy setce sztuk. Zastanawiam się czy nie podłączyć jej do zwykłego wzmacniacza rail to rail. Wystarczy mi błąd 5-8% w tym zakresie 80-300st.
  • #28 24 Aug 2013 16:10
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    5% względem czego?
    Bo dla 80°C względem 0°C 5% to jest 4°C a względem 0K to jest 17°C.
    I jak widać w jednym przypadku nie trzeba kompensacji a w drugim trzeba.
  • #29 24 Aug 2013 17:44
    figa_miga
    Level 19  
    Helpful post? (0)
    Względem prawidłowej wartości temperatury
  • #30 24 Aug 2013 20:24
    atom1477
    Level 43  
    Helpful post? (0)
    To nie rozumiem.
    Bo błąd będzie różny zależnie od przyjętej skali (°C, K).
    Np. jaki błąd ma napięcie 10V zmierzone jako 10.1V?
    1%? A nie bo 2%. Bo sobie ktoś przyjął że mierzy względem 5-ciu V.
    Tak samo tutaj. Masz 80°C ale to jest 80° tylko względem przyjętego zera w skali Celsiusza.
    A to wcale nie jest prawdziwe zero, tak jak zerem nie było te 5V opisane wyżej.
    Teraz rozumiesz?
  Search 4 million + Products
Browse Products