Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wzmocnienie / konwersja sygnału z czujnika tlenu.

zwirian 25 Cze 2010 10:43 3334 26
  • #1 25 Cze 2010 10:43
    zwirian
    Poziom 10  

    Witam

    Mam problem ze wzmocnieniem/ konwersją wartości napięcia z czujnika tlenu, (zakres na wyjściu czujnika 7…13mV) na sensowną wartość (idealnie by było 0..10V), którą mógłbym odczytać na wejściu sterownika PLC (Siemens).
    Jeśli nie da się w prosty sposób przeprowadzić konwersji na 0..10V to przynajmniej chcialbym wzmocnić sygnał stukrotnie (0.7…1.3V) tak by był widoczny na sterowniku.
    Niestety w tym przypadku rozdzielczość gra bardzo ważną rolę ponieważ zakres napięcia z czujnika jest bardzo wąski a zakres pomiaru czujnika to 0..100% zawartości tlenu w powietrzu.

    Na razie skupiam sie na doborze wzmacniacza. Mam dylemat czy powinienem wybrać wzmacniacz operacyjny np OP07 czy też może szukać jakiegoś schematu na wzmacniaczu pomiarowym np AD8221.
    Jak obudować te wzmacniacze to kolejna sprawa, w której również potrzebowałbym pomocy. Podpowiedzi na czym powinienem się skupic czy może jakieś wzory bedą drogocenne.
    Jeśli ktoś ma inny pomysł proszę się podzielić.
    Z góry dziękuję za pomoc!

    0 26
  • #2 25 Cze 2010 20:11
    jatzek j
    Poziom 21  

    Siemanko . Nie podajesz kolego żadnych wiadomości na temat rodzaju , typu , czujnika tlenu . Standardowe [ legalizowane ] czujniki tlenu praktycznie proporcjonalnie ,,pokrywają '' zakres od 0 do 21 % , ale nic nie wiadomo na temat czujników reagujących tylko na obniżenie zawartości tlenu . Osobnym problemem jest kalibracja tlenomierza nie mówiąc już o procesie starzenia czujnika prosto mówiąc standardowe czujniki są jak bateria ulegają ,, rozładowaniu '' .

    0
  • #3 25 Cze 2010 21:52
    zwirian
    Poziom 10  

    Witam,
    rozumiem, że trochę o czujnikach tlenu wiesz ale informacje, o które pytasz są nieistotne z punku widzenia rozwiązania problemu wzmocnienia czy też konwersji sygnału.
    Efekt bateryjki czy jak kto woli starzenia się czujnika rozwiązałem po przez periodyczną kalibracje. To rozwiązanie sprawdza się wyśmienicie i nie muszę do tego wracać.
    Poprzednio z danym czujnikiem użyłem zwykłego konwertera napięcia na sygnał prądowy 4..20mA. Teraz niestety muszę wpaść na bardziej wyrafinowany sposób konwersji sygnału ponieważ kalibracja gotowego konwertera jest bardzo czasochłonna o cenie samego urządzenia nie wspominając.
    Powtórzę pytanie: jak skonstruować układ wzmacniający lub konwertujący sygnał 7..13[mV] na sygnał 0..10[V]? Z których, wymienionych powyżej, wzmacniaczy powinienem skorzystać i jak jak je obudować.
    Jeśli ten temat powinien znaleźć się w dziale elektroniki to proszę moderatora o info albo o przeniesienie.
    Pozdrawiam

    0
  • #4 26 Cze 2010 23:37
    arturo13
    Poziom 15  

    Małe sprostowanie 7-14 mV to nie to samo co 0.7-1.4 V , więc może wzmocnienie nie 100x a tylko 10x ci wystarczy. Podejrzewam że masz sonde lambda gdzie napięcie dla lamda=1 wynosi 450 mV.

    0
  • #5 28 Cze 2010 10:11
    zwirian
    Poziom 10  

    Tak jest to sonda lambda.
    Z tego co mi wiadomo to 7[mV] = 0.007[V]. Wzmacniając 100-krotnie otrzymam 0.7[V]. Jeśli chce uzyskać sygnał 0.7[V] do 1.7[V] musze wzmocnić sygnał 100 a nie 10-cio krotnie.
    Widzę jednak, że pomocy muszę szukać w innym dziale. Wszystkim zainteresowanym dziekuję.
    Temat uważam za zamknięty.

    0
  • #6 28 Cze 2010 21:52
    malvit
    Poziom 17  

    Proszę o podanie typu czujnika to może coś na ten temat poradzimy.

    0
  • #7 29 Cze 2010 11:39
    zwirian
    Poziom 10  

    Czujnik, który w tej chwili używam:

    International Technologies Dr. Gambert GmbH, model: Industrial O2 Sensor, I - 06

    0
  • #8 29 Cze 2010 19:31
    malvit
    Poziom 17  

    Podpowiadając rozwiązanie, czujnik jest ogniwem paliwowym które wytwarza napięcie 7- 13 mV i napięcie to wychodzące z czujnika wzmocnił bym wzmacniaczem pomiarowym na przykład wspomnianym przez ciebie AD8221. Zakres napięć wyjściowych tego wzmacniacza to max 18V. Następnie podamy sygnał na dowolny komparator gdzie napięcie odniesienia będzie równe wzmocnionemu sygnałowi minimalnemu z czujnika. Czyli gdy będzie na wejściu minimalne napięcie czujnika komparator będzie w stanie równowagi i na jego wyjściu będzie 0V. Wzrost napięcia czujnika spowoduje, że na wyjściu komparatora pojawi się napięcie będące różnicą napięcia odniesienia i wzmocnionego sygnału z czujnika. Oczywiście potrzebne będzie dobranie elementów tak aby sygnał końcowy spełniał twoje wymogi. Mam nadzieję, że wystarczająco jasno wytłumaczyłem koncepcję rozwiązania twojego problemu. Jeżeli koncepcja jest akceptowalna to można przejść do szczegółów.

    0
  • #9 29 Cze 2010 20:42
    petermon
    Poziom 21  

    Hm, proponuję zastosowanie produktu gotowego, jeśli koledze przysparza kłopotu wyszukanie tematu na elektrodzie, gdyż temat wyczerpany już nie jeden raz był...(https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic619528.html)

    0
  • #10 30 Cze 2010 11:49
    zwirian
    Poziom 10  

    Wydaje mi się, że jednak temat nie został wyczerpany skoro podajesz link, w którym prawie nic nie ma.
    Jeśli chodzi o zastosowanie gotowych rozwiązań to odsyłam do informacji zawartej w moim drugim poście.

    Dzięki za podsunięcie rozwiązania malvit. Jedno pytanie: czy przypadkiem dobranie napięcia odniesienia tak by idealnie pokrywało się z sygnałem wzmocnionym nie będzie kłopotliwe z punktu widzenie dokładności pomiaru?
    Dla mnie decydującą sprawą jest otrzymanie pomiaru procentowego z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku.

    0
  • #11 30 Cze 2010 12:10
    malvit
    Poziom 17  

    Myślę, że przy zastosowaniu precyzyjnego źródła odniesienia nie powinno być z tym problemu. Jeżeli będą kłopoty( myślę, że nie) to spróbujemy coś pokombinować w ramach samego wzmacniacza pomiarowego ale właśnie ze względu na dokładność odrzuciłem to rozwiązanie. Jeżeli wartość z czujnika przesuniemy w zakres wyższych napięć wyjściowych ze wzmacniacza pomiarowego łatwiej będzie zachować dokładność źródła odniesienia.

    0
  • #12 01 Lip 2010 15:49
    zwirian
    Poziom 10  

    Jest sporo do czytania jeśli chodzi o nasze rozwiązanie.
    Z tym precyzyjnym źródłem odniesienia jeśli dało by się takie źródło łatwo regulować w małym zakresie byłoby to rewelacyjne rozwiązanie jeśli chodzi o kalibrację układu, którą niestety muszę przeprowadzać co jakiś czas aby odczyty z czujnika były prawidłowe.

    Przeszukałem trochę forum i znalazłem taki temat:

    https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.ph...t=ad8221&sid=c7b03be9c074f3d95bc8dcb0efe89f0a

    po kosmetycznych zmianach:

    Wzmocnienie / konwersja sygnału z czujnika tlenu.

    Z tym MAXem nie jestem pewien. Pytanie czy powinienem go zastąpić jakimś osobnym źródłem symetrycznym?

    Proszę o podpowiedź bo jeśli nie ma konieczności stosowania innego źródła i układ jest poprawny to zabiorę się za komparator i źródło odniesienia.

    0
  • #13 01 Lip 2010 16:40
    malvit
    Poziom 17  

    W twoim przypadku nie jest konieczne zasilanie symetryczne dlatego też można zasilić jednym napięciem. Zastosowanie napięcia symetrycznego do zasilania AD utrudniło by później część komparacyjną. Podsumowując możesz ominąć MAXA ale oczywiście zasilić napięciem stabilizowanym. Jeżeli chodzi o precyzyjne regulowane napięcie odniesienia to nie musi ono być na cały zakres ponieważ do kalibracji potrzebne będzie napięcie z wzmocnionego 7mV plus minus przewidywane odchylenia napięcia czujnika które jak wynika z parametrów czujnika nie powinny przekroczyć 10%

    0
  • #14 02 Lip 2010 11:57
    zwirian
    Poziom 10  

    Witam

    Tak jak radziłeś zmieniłem zasilanie AD. Dodałem również źródło odniesienia z tym, że nie jestem pewien czy nie powinienem wstawić układ z OP Amp z regulacją do 5[V], taki jak jest w dokumentacji (Buffered Reference), czy wystarczy to co jest?

    Układ wygląda tak:

    Wzmocnienie / konwersja sygnału z czujnika tlenu.

    Jeśli jest ok zabieram się za komparator choć muszę się przyznać, że nie mam pojęcia jak to ugryźć.. Czy ADCMP582 będzie dobry? Ma napięcia wejściowe -2..3[V] czyli aż nadto co potrzebuje..

    0
  • #15 02 Lip 2010 13:47
    malvit
    Poziom 17  

    Jako komparator proponuję zastosować układy serii LM lub Max.Układ bez sprzężenia zwrotnego ze względu na potrzebę zachowania liniowości pomiaru. Dlatego też niezbędne wzmocnienie należy zapewnić na wzmacniaczu pomiarowym. Wspomniany ADCMP582 może być ale wydaje mi się że jest ontrochę przewymiarowany (szybki na 8GHz). Co do źródła to wydaje mi się że wystarczy ale to się okaże dopiero po złożeniu całośći. Komparator dobierz tak aby mógłbyć zailany z istniejącego zasilacza.

    0
  • #16 02 Lip 2010 16:03
    zwirian
    Poziom 10  

    Dobra, znalazłem układzik LM393. Podłączyłem go do układu:

    Wzmocnienie / konwersja sygnału z czujnika tlenu.

    Trochę rysunek obcięło ale mam nadzieje, że wszystko co potrzebne jest widoczne.

    Domyślam się, że trzeba będzie go obudować tak by na wyjściu otrzymać pełen zakres od 0..10[V] Szukałem w datashecie standardowych ustawień ale nie mogę nic sensownego znaleźć. Jakaś podpowiedź?

    0
  • #17 02 Lip 2010 18:50
    malvit
    Poziom 17  

    Dobrać wzmocnienie wzmacniacza pomiarowego w ten sposób aby na wyjściu komparatora uzyskać pełen zakres zmiany napięcia czujnika. pragnę przypomnieć, że napięcie wyjściowe komparatora ma 1 do 2V mniejsze od napięcia zasilania. Być może to wystarczy do uzyskania rządanego zakresu( tu już praktycznie trzeba byłoby sprawdzić układ) Jeżeli nie to proponuję wykorzystać drugą część LM393. Należałoby dobrać jego wzmocnienie tak aby uzyskać wymagany zakres. Może jednak wystąpić tu kłopot związany z tym co wspomniałem powyżej, że wzmacniacz tego typu ma ograniczone napięcie wyjściowe do poziomu 1 - 2V poniżej napięcia zasilania. w przypadku trudności rozwiązaniem może być zastosowania wzmacniacza rail-to-rail, który napięcia wyjściwe ma takie jak napięcie zasilania. jest jeszcze jedno wyjście po wzmacniaczu pomiarowym przetwornikiem A/D przejść na obróbkę cyfrową i dodać jakiś mikroprocesor ale wydaje mi się, że do tego rozwiązania niepotrzebne chociż ułatwia obróbkę sygnału.

    0
  • #18 05 Lip 2010 11:53
    zwirian
    Poziom 10  

    Proszę mnie sprawdzić:
    dla rezystora 0.1% o wartości 8.25k wzmocnienie po zaokrągleniu wynosi 1693.4 czyli na wyjściu wzmacniacza powinienem otrzymać minimalnie 11.85[V] oraz maksymalnie 22.01[V]. Następnie dobieram źródło odniesienia, które wygeneruje mi 11.85[V] i zasilam jedną nóżkę komparatora. Na drugiej będę miał wzmocniony sygnał z czujnika. Komparator wzmocni różnice tych dwóch napięć i poda (przy wzmocnieniu 1) na wyjście. Czy wszystko zrozumiałem prawidłowo?

    Z tym ograniczeniem napięcia 1-2V poniżej napięcia zasilania jest kłopot spory. Znalazłem układ TS861 z tym, że martwi mnie Input Offset, który ma w nocie katalogowej od 3 do 18[mV]..

    Może się komuś przyda to napiszę, że nie da się przy użyciu standardowego rezystora otrzymać zakresu idealnie 10V, (w najlepszym razie otrzymuję 10.16[V]). Sprawdziłem błąd i wynosi on po wzmocnieniu plus/minus 0.03[mV] co w przeliczeniu daje 0.000017[mV] przed wzmocnieniem, czyli jest na tyle mały, że można go pominąć. Wszystko oczywiście dla dokładności pomiaru 0.01%.

    Jeśli chodzi o rozwiązanie z uC to myślałem żeby zastosować jakąś ATmege ale to będzie ostateczność, ponieważ w tym rozwiązaniu musiałbym zastosować konwerter CA, żeby otrzymać sygnał analogowy czego jednak chce uniknąć.

    0
  • #19 05 Lip 2010 19:34
    malvit
    Poziom 17  

    wydaje się być wszystko prawidłowo. Jeżeli chodzi o offset to proponuję przymierzyć się do LM239D lub LM339D które w układach regulacji temperatury zastosowane jako komparator zachowywały mi się bardzo przyzwoicie ich Vcc to 30V.

    0
  • #20 06 Lip 2010 13:50
    zwirian
    Poziom 10  

    Ostatecznie schemat wygląda tak:

    Wzmocnienie / konwersja sygnału z czujnika tlenu.

    Zamówiłem scalaki i jutro będę lutował. Dam znać jakie są wyniki..
    Pozdrawiam

    0
  • #21 06 Lip 2010 15:20
    malvit
    Poziom 17  

    Jedna uwaga na LM336 brakuje rezystora między zasilaniem a katodą. Jego wartość to 2,7kom .

    0
  • #22 08 Lip 2010 12:57
    zwirian
    Poziom 10  

    Witam,
    układzik zlutowany.. Niestety pojawiło się kilka problemów..
    Pierwszy to właśnie zasilanie odniesienia, które nie zależnie od nastaw potencjometru podaje 23.9[V]. Układ połączony jest tak jak na rysunku z uwzględnieniem wspomnianego wcześniej rezystora o wart 2.7k.
    Kolejny problem to wzmocnienie sygnału 7..13[mV]. Sygnał ten podaje z zasilacza regulowanego z dokładnością do 0.1[mV] na wzmacniacz AD8221. Zastosowałem rezystor Rg= 48 Ohm co powinno dać wzmocnienie mniej więcej 1039. Co oznacza, że powinienem otrzymać na wyjściu wzmacniacza 7.273[V]. Ja otrzymuje sztywne 5.719[V]. Zauważyłem, że gdy zmieniam sygnał podawany na wzmacniacz w zakresie 0d 0 do 2.2[mV] sygnał na wyjściu wzmacniacza zmienia się od 4.919 do 5.765. Po przekroczeniu progu 5.765 wartość ta staje w miejscu i nie idzie dalej nawet jeśli podam 100[mV] z zasilacza. Nie wiem czy to jest związane ze źródłem napięcia referencyjnego (u mnie 5V podawane z układu REF02)? Czy powinienem dać Uref większe od wzmocnionego napięcia jakie chce uzyskać?

    Jeszcze dodam, że cała koncepcja jak najbardziej działa jedyny problem to te zakresy..

    0
  • #23 08 Lip 2010 19:51
    malvit
    Poziom 17  

    Najpierw proponuję uruchomić sam wzmacniacz pomiarowy. Pomierzyć napęcie wyjściowe przy 0V na wejściu i odłączonym Uref. sprawdzić jak zachowuje sie wzmacniacz przy zmianie napięcia na wejściu, czy przy zakresie 7 -13 mV nie wchodzi w stan nasycenia. jakie jest napięcie zasilania układu?

    0
  • #24 08 Lip 2010 22:15
    zwirian
    Poziom 10  

    Napięcie zasilania wynosi dokładnie 9.95[V], napięcie referencyjne 5[V], napięcie odniesienia w tej chwili reguluję w zupełnie inny sposób niż na poprzednim schemacie(ważne, że działa i mam pełną regulacje od 0 do 12[V], jak reszta zadziała to wtedy się tym zajmę).

    Jeśli wchodzi w stan nasycenia to w jaki sposób można temu zapobiec?

    Może zmniejszyć wzmocnienie do 100 i wtedy podać na komparator, który wzmocniłby 10-krotnie tą wartość i podał na wyjście? Zmieni to cokolwiek?
    Gdzieś wyczytałem, że drastyczne zmniejszenie rezystora odpowiedzialnego za wzmocnienie wzmacniacza pomiarowego prowadzi właśnie do stanu nasycenia. Ja w tej chwili mam rezystor o wartości 33 Ohm. Z noty AD8221 są podane przykładowe wzmocnienia i największe jest rzędu 999 czyli wartość rezystancji Rg=49 Ohm, może mniejszych rezystancji nie powinienem stosować?
    Jutro sprawdzę wedle Twoich rad i będę kombinował. Dzięki wielkie!

    0
  • #25 13 Lip 2010 10:18
    zwirian
    Poziom 10  

    Wedle rad kolegi:
    Dla 0[V] na wejściu przy odłączonym napięciu ref Uwy=3.612[V] z tym, że drugie i trzecie miejsce po przecinku nieustannie się zmienia.
    Dla 0[V] na wejściu i Uref=5[V] mam 4.894[V] na wyjściu.
    Dla 0[V] na wejściu i Uref=Gnd mam 1.112[V] na wyjściu.
    Gdy zaczynam podawać napięcie na wejściu napięcie na wyjściu zmienia się od 4.894 do 5.793[V] i staje.
    Kolejną dziwną rzeczą jest ze komparator reaguje dopiero od momentu przekroczenia napięcia odniesienia o 1[V] tzn. Napięcie odniesienia wynosi np. 6.321 a napięcie ze wzmacniacza wynosi 5.248. Dopiero od tego punktu napięcie z komparatora zaczyna wzrastać. I to nie od zera tylko od 0.059[V]. (Komparator nigdy nie pokazuje 0[V]).
    Jakieś pomysły?

    0
  • #26 14 Lip 2010 18:17
    malvit
    Poziom 17  

    Układ wzmacniacza pomiarowego nie zachowujesię tak jak powinien, proponuję przy zwartym do GND U ref sprawdzić liniowość wzmacniacza. Próby proponuję przeprowadzić przy wzmocneniu 100( Rg= 500om). Należy także oscyloskopen sprawdzić czy nie pojawiają się zakłócenia. Przy tej klasy wzmacniaczu powinien zachowywać liniowo. Mam pytanie w jaki sposób podajesz napięcie na wejście wzmacniacza. Czy jest to podanie napięcia pomiędzy wejście dodatnie i wejście ujemne wzmacniacza. Spróbój między wejście ujemne a masę wstawić rezystor 10 kom i sprawdzić jak zachowuje się układ. Brak prawidłowej pracy wynika prawdopodobnie z braku punktu odniesienia nap wejściowego przy jednobiegunowym zasilaniu.

    0
  • #27 15 Lip 2010 14:20
    zwirian
    Poziom 10  

    Wzmacniacz zachowuje sie jak najbardziej liniowo. Gdy zmieniłem wzmocnienie na 100 Przy regulacji napięcia imitującego czujnik otrzymuje:
    przy 7mV mam 5.2417
    przy 13mV mam 5.4536
    z tym, że 3 i 4 miejsce po przecinku nie jest stabilne. Gdy jednak podłącze czujnik z kablem ekranowanym tylko 4 miejsce po przecinku jest niestabilne ale w małym zakresie.

    Po podłączeniu rezystora 10k do masy czujnika/zasilania imitującego czujnik otrzymuje sztywną wartość 4.9894 V na wyjściu wzmacniacza. Mimo zmiany napięcia wejściowego (+ do wejścia dodatniego, - do wejścia ujemnego dokładnie jak na wcześniej zamieszczonych schematach) napięcie to się nie zmienia.

    Jeszcze pytanko, czy ekran z kabla czujnika podłączony do masy zasilania głównego to dobry pomysł?

    Gdy mam wzmocnienie 100 w sumie wszystko by było fajnie, bo nawet komparator podaje od 0 do 10 (w zależności jakim napięciem go zasilę..) tylko, że:
    - 0 nie jest 0-rem tzn tak jak pisałem wcześniej jest to 0.081 (znowu zależy jakim napięciem zasilam komparator..)
    - wzmocnienie komparatora bynajmniej nie jest liniowe. Gdy zbliżam się do minimalnej wartości napięcia na wejściu zmiana na wyjściu komparatora jest większa niż gdy zbliżam się do wartości maksymalnej na wejściu.

    Zakłócenia sprawdzę jak tylko dorwę się do oscyloskopu i dam znać.

    0
  Szukaj w 5mln produktów