Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Kategoria: Kamery IP / Alarmy / Automatyka Bram
Montersi
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Piezoelektryczny czujnik ciśnienia - tylko część zmienna AC

Kubbaz 21 Wrz 2015 15:13 945 6
  • #1 21 Wrz 2015 15:13
    Kubbaz
    Poziom 26  

    Witam wszystkich Elektrodowiczów!

    Otóż mam czujnik piezoelektryczny ciśnienia firmy PCB Piezotronics PCB 113B28 o czułości 15,17 mV/kPa zasilany przez diodę CR220-E3 (jako źródło prądowe 2,2 mA - faktycznie daje 2,0 mA - wartość zmierzona miliamperomierzem) z napięcia 24,0 V.
    Otóż chcę odczytywać tylko wartość składowej zmiennej (AC) bez składowej stałej.
    Na katodzie tej diody CR220-E3 przylutowałem kondensator ceramiczny 1 µF/50 V i dałem za nim rezystor 100 kΩ do masy i z punktu połączenia kondensatora i rezystora mierzę na oscyloskopie sygnał z czujnika.
    Poniżej schemat:

    Piezoelektryczny czujnik ciśnienia - tylko część zmienna AC

    Okazało się, że wartość sygnału na wyjściu (OUT) jest ok. 2x mniejsza niż przed kondensatorem separującym składowa stałą. Próbowałem zmieniać wartości i kondensatora (od 10 nF do 10 uF) i rezystora (od 51 kOhm do 1 MOhm), ale w zasadzie poprawa jest znikoma.

    Jak rozwiązać ten problem?
    Będę bardzo wdzięczny za pomoc!

    Pozdrawiam serdecznie,
    Kuba

  • #2 21 Wrz 2015 17:59
    excray
    Poziom 38  

    Sprawdzałeś oscyloskopem? Sygnał za kondensatorem będzie już przemienny więc przetwornik ADC może nie widzieć ujemnych składowych.

  • #3 25 Wrz 2015 12:44
    nsvinc
    Poziom 34  

    To co masz za kondensatorem wypadałoby spolaryzować w połowie napięcia zasilania ADC.

    Z drugiej strony, jeśli planujesz użyć procesora, to znacznie lepszym rozwiązaniem będzie dolnoprzepustowy filtr z wzmocnieniem (drugiego rzędu) jako antialias, do procka wpuszczać wyjście z tego filtra, w procku nadpróbkowanie (np. 8x, zależy od tego filtra), decymacja, i cyfrowy filtr górnoprzepustowy IIR.

  • #4 25 Wrz 2015 13:41
    tomek_602
    Poziom 15  

    Po pierwsze, skoro ma polaryzację prądową, to jest to czujnik z przetwornikiem piezorezystancyjnym, a nie piezoelektrycznym.

    Po drugie, taki przetwornik ma bardzo dużą impedancję wyjściową i sygnał spada, bo jego impedancja tworzy dzielnik z opornikiem. Daj wtórnik separacyjny.

    Po trzecie, piesek mojego poprzednika to swińtuch.

  • #5 25 Wrz 2015 14:18
    nsvinc
    Poziom 34  

    tomek_602 napisał:
    Po drugie, taki przetwornik ma bardzo dużą impedancję wyjściową i sygnał spada, bo jego impedancja tworzy dzielnik z opornikiem. Daj wtórnik separacyjny.

    Racja. Dobrze sprawdzi się opamp z bardzo małym Vos i Ibias, najlepiej chyba z wejściami FET. A dopiero za nim filtr.

    tomek_602 napisał:
    Po trzecie, piesek mojego poprzednika to swińtuch.

    On tylko dobitnie obrazuje co się stało w jeden z moich portów USB :)

  • #6 27 Wrz 2015 10:20
    Kubbaz
    Poziom 26  

    tomek_602 napisał:
    jest to czujnik z przetwornikiem piezorezystancyjnym, a nie piezoelektrycznym

    Budowa czujnika ciśnienia dynamicznego PCB 113B28:
    Dokumentacja techniczna producenta czujnika ciśnienia dynamicznego, str. 4 PDFu, pkt./akapit 2.0 "Description", pierwsze zdanie pod rysunkiem czujnika:
    PCB 113B28
    Cytat:
    Each utilizes the acceleration-compensated Series
    113 quartz piezoelectric element coupled to a source
    follower type miniature electronics.


    Sposób zasilania czujnika PCB 113B28:
    Dokumentacja techniczna producenta czujnika ciśnienia dynamicznego, str. 5 PDFu, pkt./akapit 4.0 "Operation", pierwsze zdanie akapitu:
    PCB 113B28
    Cytat:
    It is only necessary to supply the sensor with a 2 to 20
    mA constant current at +20 to +30 VDC
    through a
    current-regulating diode or equivalent circuit.


    Wg mnie, po przeczytaniu dokumentacji technicznej tego czujnika PCB 113B28 (w zasadzie tylko tych dwóch akapitów tj. 2.0 "Desxription"i 4.0 "Operation"),
    to czujnik ten jest czujnikiem piezoelektrycznym (z wbudowanym jakimś wewnętrznym kondycjonerem/wzmacniaczem, który widoczny jest na rysunku
    w pkt./akapicie 2.0 "Description" i musi być zasilany prądowo, prądem o wartości od 2,0 mA do 20,0 mA przy napięciu prądu od 20,0 V DC do 30 V DC.

    Ja zasilam ten czujnik z zasilacza laboratoryjnego KORAD napięciem 24,0 V DC przez diodę/źródło prądowe CR220-E3 Vishay (już nie produkowana) o prądzie 2,2 mA ±10 %. Z pomiarów dynamicznych przy ciśnieniach dynamicznych od 0,05 bar do 0,50 bar czujnik ten, zasilony przeze mnie w wyżej opisany sposób działa poprawnie, nie mniej jednak występuje ten dziwny spadek napięcia za kondensatorem separującym składowa stałą sygnału wyjściowego z czujnika.

    Co do reszty Waszych wypowiedzi - porad, w szczególności o wtórniku napięcia na wzmacniaczu operacyjnym (dobry pomysł), to wypowiem się jutro, po tym jak jeszcze raz zerknę na schemat elektroniczny całego układu wejściowego :).

  • #7 28 Wrz 2015 01:56
    tomek_602
    Poziom 15  

    Napisałem, że to przetwornik piezorezystancyjny kierując się tym, że wymaga zewnętrznej polaryzacji stałoprądowej i Twoim opisem stosowania filtru odcinającego składową stałą.
    Przetwornik piezorezystancyjny wymaga zasilania, pod wpływem przyłożonego ciśnienia zmienia swoje parametry, co przekłada się na zmianę sygnału wyjściowego i przetwarza zarówno składową stała jak i zmienną ciśnienia. Przetwornik piezoelektryczny sam wytwarza sygnał, nie wymaga zasilania (sam przetwornik, a nie wbudowana elektronika), ale z jego zasady działania wynika, że reaguje tylko na składową zmienną.

    Z instrukcji wynika, że przetwornik jest rzeczywiście piezoelektryczny, i dlatego oczywiście daje sygnał zmienny. Zasygnalizowano to w punkcie 6, a nieco wyraźniej napisano w punkcie 8, choć w żadnym miejscu nie wyrażono tego wprost. Nie podano też wprost dolnej częstotliwości granicznej pisząc tylko, że jet ona zależna od stałej czasowej rozładowania przetwornika, a stałą tę określono jako ≥1s.
    Niepotrzebnie stosowałeś więc filtr, chyba że celowo chciałeś podwyższyć dolną częstotliwość graniczną lub symetryzować przebieg względem zera (ale z Twojego opisu nie wynika, aby tak było).

    W instrukcji podano impedancję wyjściową <100Ω, więc nie ma po co dawać wtórnika separacyjnego, bo przyczyna spadku sygnału musi być inna niż tworzenie się dzielnika na wyjściu.

    Zakładając że wszystkie elementy Twojego stanowiska pomiarowego były w pełni sprawne i prawidłowo użyte, najłatwiej jest podejrzewać nieprawidłowe wymuszenie ciśnienia lub błędną interpretację wyniku.
    - Co było źródłem zmiennego ciśnienia, jaki był jego przebieg czasowy (kształt i częstotliwość) i jak określono jego wartość?
    - Jaki parametr sygnału na oscyloskopie przyjąłeś jako określający wartość składowej zmiennej ciśnienia: amplitudę, czy wartość międzyszczytową?
    Przykładowo, jeśli wymuszenie wyrażone było w wartości odpowiadającej skokowi ciśnienia (co dla przebiegu okresowego odpowiada wartości międzyszczytowej), a na oscyloskopie patrzyłeś na amplitudę, to byłaby to akurat połowa.

 
Promocja -20%
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
tme