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

Miernik temperatury dla czujnika pt100

sbalicki 12 Gru 2012 11:47 21942 23
  • Miernik temperatury dla czujnika pt100

    Witam.

    Przedstawiony układ powstał z potrzeby zaliczenia jednego z kursów uczelnianych. Założeniami projektu były:
    - zasilanie 24V,
    - standardowe wyjście prądowe 4mA-20mA,
    - stopień wejściowy zrealizowany na OP07,
    - przetwornik A/C ICL7107 lub ICL7106 do pomiaru temperatury,
    - błąd pomiaru nie większy niż 2,5%

    Opis układu:
    Układ jest miernikiem temperatury wykorzystującym jako czujnik pomiarowy rezystor platynowy PT-100. Zakres mierzonych temperatur mieści się w przedziale od 0°C do 300°C. Błąd pomiaru temperatury dla układu wynosi 1%. Możliwy jest pomiar temperatury dla czujnika przy podłączeniu czteroprzewodowym oraz dwuprzewodowym (przełącznik widoczny na dole obudowy).

    Całość może być zasilana napięciem 12V-30V (dzięki zastosowaniu stabilizatorów napięcia 7809 (U6) oraz 7805 (U7)). Układ został wyposażony również w konwerter napięcia ICL7660 (U8) w celu uzyskania ujemnego napięcia zasilającego -5V do zasilenia sekcji wzmacniaczy operacyjnych oraz przetwornika A/C. Zastosowano również dwa układy (U3, U5) precyzyjnego źródła napięcia zaprojektowane na wartość 1,8V.

    Człon wejściowy miernika składa się ze źródła prądowego opartego na układzie LM334 (U4), które zasila czujnik stałym prądem 1mA oraz precyzyjnego wzmiacniacza operacyjnego OP07 (U1). Źródło prądowe zostało zaprojektowane z kompensacją temperaturową. W tym celu zastosowano dodatkową diodę prostowniczą oraz potencjometr do dokładnego ustawienia wartości prądu.

    Wzmacniacz OP07 pracuje w układzie różnicowym, mierząc spadek napięcia na PT-100. Zakres napięć wejściowych wynosi 100mV-212mV odpowiednio dla temperatur 0°C- 300°C. Sygnał ten jest wzmacniany 10-krotnie (1V-2,12V) i podawany na dzielnik napięcia (R5, R6 4-krotny) oraz bezpośrednio na wejście (U2) układu dopasowująco-przetwarzającego napięcie na prąd.

    Napięcie z dzielnika (250mV-530mV) jest podawane na wejście In+ układu ICL7107. Wejście In- jest podłączone do napięcia referencyjnego 250mV (dzielnik R35, R36), równego dolnej granicy napięcia In+. Zabieg ten ma na celu przesunięcie charakterystyki napięcia wejściowego w dół, tak aby przechodziła ona przez zero. Napięcie odniesienia dla przetwornika A/C (REF LO i REF HI) jest ustawiane za pomocą dzielnika napięcia R24 i R25 na około 933mV.

    W celu uzyskania wyjścia prądowego dla standardu 4mA-20mA zrealizowano układ przetwornika U/I opartego na pompie Howlanda zbudowanej z podwójnego wzmacniacza operacyjnego TL072. Jeden ze wzmacniaczy pracuje jako układ przesuwania poziomu napięcia. Napięcie wejściowe jest pomniejszane o wartość 720mV (otrzymywane z dzielnika napięcia R11, R12, R13 podłączonego do drugiego napięcia odniesienia) oraz wcmacniane około 1,42 raza. Dzięki temu na wyjściu otrzymujemy sygnał 0,4V-2V, który jest podawany na pompę Howlanda (drugi wzmacniacz TL072 z dodatkowym tranzystorem T1 zwiększającym maksymalny prąd wyjściowy). Prąd wyjściowy jest ustalany jako stosunek wartości napięcia wejściowego pompy do R19.

    Kalibracja miernika polega na odpowiednim ustawieniu poziomów napięć za pomocą potencjometrów R12, R23 oraz R31. Temperaturę można zadawać rezystorem dekadowym (100Ω - 0°C, 212Ω - 300°C). W pierwszej kolejności należy dopasować wartość prądu zasilającego czujnik PT-100 na 1mA obracając potencjometrem R23. W następnej kolejności należy mierzyć prąd z wyjścia prądowego 4mA-20mA i dla maksymalnych zakresów ustawić możliwie zbliżone wartości prądów za pomocą R12. Kalibracja końcowa polega na dostrojeniu wskazań wyświetlacza dla przetwornika A/C. Dla maksymalnych zakresów (0-300) ustawiamy możliwie najmniejszą odchyłkę za pomocą R31. Poprawnie skalibrowany miernik nie powinien przekraczać wartości błędu 1% zarówno dla wskazań wyświetlacza jak i dla wyjścia prądowego (przy zastosowaniu rezystorów 1%).

    Schematu płytki na razie nie zamieszczam, ponieważ ma ona jeszcze kilka niepoprawionych błędów.

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    sbalicki
    Poziom 12  
    Offline 
    Specjalizuje się w: mikrokontrolery
    sbalicki napisał 61 postów o ocenie 31, pomógł 4 razy. Mieszka w mieście Wrocław. Jest z nami od 2006 roku.
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #2
    szczepar
    Poziom 20  
    Witam.

    Moje pytanie czy nie próbowałeś robić tego bez żródła prądowego ?

    Tu masz link do tego jak wykonać to bez użycia żródła prądowego.

    Code:
    http://www.ti.com/lit/an/slyt442/slyt442.pdf
  • #3
    sbalicki
    Poziom 12  
    Nie, nie próbowałem. Wiedziałem o takim rozwiązaniu, tj. linearyzacji charakterystyki czujnika PT-100, jednak dla mojego zakresu 0-300 nie było potrzeby stosowania takiego układu. Otrzymany błąd mieści się w założeniach projektu, więc dałem sobie spokój.
  • #4
    szczepar
    Poziom 20  
    1.) Ten błąd , to błąd pomierzony ? Czy wyliczony.

    2.)Jak jest z stabilnością wskazania układu rzeczywistego?
    Jeśli temperatura w jakiej pracuje układ zmieni się o 5 stopni , o ile "popłynie" wskazanie (przy założeniu stałej rezystancji czujnika w tym czasie) ?

    3.)Dodatkowo jaką impedancję wyjściową przedstawia sobą tak zrobiona pompa Howland-a.
    Sprawdzałeś jak zmienia się wartość prądu w zależności od wartości obciążenia ?
    Po za tym ciekawa konfiguracja pompy , autorskie rozwiązanie , czy gdzieś podpatrzone (jeśli podpatrzone to poproszę o źródło). Można wiedzieć czemu takie rozwiązanie ?

    4.) Czemu pompa Howland-a ? Sens jej stosowania jest wtedy kiedy potrzebujemy prąd o zmiennej polaryzacji. W przypadku prądu który nie zmienia polaryzacji o wiele wygodniejszym rozwiązaniem są układy U/I dla prądu unipolarnego.

    5.) Sam PDF - Z jakiego środowiska jest wykonany export do tego PDFa ?
    Podoba mi się bookmark i chętnie bym się temu przyjrzał dokładniej.
  • #5
    sbalicki
    Poziom 12  
    1. Błąd jest błędem wyliczonym na podstawie wskazań wyświetlacza oraz pomiaru prądu pompy Howlanda. Temperatura była zadawana przez rezystor dekadowy wg tabeli oporności pt100.

    2. Układ nie był testowany pod tym względem, ponieważ nie było to w założeniach. Kompensacja została dodana w trakcie opracowywania jako lepsze rozwiązanie wg producenta układu lm334. W wolnym czasie postaram się to sprawdzić, bo sam jestem ciekaw, ale obecnie nie mam na to czasu.

    3. Wyjście prądowe było testowane jedynie na zwarciu. Tu również postaram się przeprowadzić dodatkowe testy i je opisać. Co do samego układu - został on "poskładany z kilku źródeł". W tej chwili nie jestem w stanie podać stron na których znalazłem potrzebne informacje, ponieważ ich nie notowałem. Ogólnie podobne układy na angielskich stronach nazywały się: improved Howland current pump. Tranzystor komplementarny został wyeliminowany z braku ujemnych prądów.

    4. Wybór na pompę Howlanda uwarunkował fakt potrzeby uzyskania wyjścia prądowego względem masy układu i prądu wypływającego ze źródła. W przypadku wielu rozwiązań prąd albo wpływa do źródła, albo nie jest względem masy układu.

    5. Jest to Altium Designer
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #6
    szczepar
    Poziom 20  
    Obawiam się że będziesz rozczarowany stabilnością temperaturową.
    Masz gałęzie w których znajdują się rezystory (zakładam ze metalizowane o jednakowym wsp temp) raz potencjometry (zakladam ze trymery cermetowe).
    Rezystory te mają inny wsp temperaturowy od trymerów , a to spowoduje "płynięcie" pomiaru.

    Dodatkowo w Pompie nie masz kondensatora równolegle do R16.
    Prosisz się o oscylacje :). Sprawdź przebieg prądowy na czymś innym niż zwarcie.
    Przy czym oscylacje nie są obowiązkowe - ten sam układ może ci pracować poprawnie , a przy innym ułożeniu elementów już nie.

    Walczyłem z pompą Howlanda która była obciążona cewką. Więc wiem czym pachnie brak tego kondensatora.
    A niestety musisz założyć ze wyjście prądowe będzie obciążone układem RLC (długi przewód).
    Jak na zaliczenie , to układ może być :)

    Tu masz tytuł opracowania pokazującego co i dlaczego i jak zmieniać w pompie Howlanda, i jak mierzyć.
    "AN-1515 A Comprehensive Study of the Howland Current Pump"
  • #7
    sbalicki
    Poziom 12  
    Jeśli chodzi o rezystory i potencjometry, to rzeczywiście jest tak jak piszesz.

    Kondensator w sprzężeniu rzeczywiście bywa w takich rozwiązaniach. Powiedzmy że go zabrakło trochę z braku przemyślenia rozwiązania oraz wiedzy i z założenia że będzie to tylko obciążenie R (co jest z góry błędne, ale na zaliczenie ok :D ).

    Dzięki za wskazówki i rady.

    Tak jak pisałem wcześniej, postaram się przeprowadzić dodatkowe testy układu i zdam z nich relację.
  • #8
    Urgon
    Poziom 36  
    AVE...

    Powinieneś poczytać notę Microchip AN687 - Precision Temperature-Sensing With RTD Circuits. Przy poprawnej kalibracji i precyzyjnym pomiarze napięcia oraz ewentualnie konwersji do postaci cyfrowej i wykorzystaniu tablicy ze współczynnikami temperaturowymi w mikrokontrolerze miałbyś dokładność 0,01°C
  • #9
    sbalicki
    Poziom 12  
    Ciągle się uczę i wszelkie rady są bardzo pomocne, za co dziękuję.
    Założenia jednak były takie, a nie inne i udało się je osiągnąć z czego jestem zadowolony.
    Jedynym cyfrowym elementem miał być ICL710x, więc dokładając mikrokontroler miałbym ze startu niezaliczony kurs.
  • #10
    szczepar
    Poziom 20  
    Ja się cieszę , że ten projekt musiał być zrobiony analogowo.
    W końcu jakiś projekt gdzie nie ma pytanie czy jest wsad do procka :)

    Natomiast uwaga do autora dot wzmacniacza OP07.
    Analog sugeruje używanie w nowych projektach AD8677.
    Nie mówi tego bezpośrednio , ale wynika to z :
    Product Status:Recommended for New Designs - dla AD8677
    Product Status:Production - dla OP07

    Natomiast co do minimalizacji problemów z płynięciem w temp.
    Rozwiązaniem są rezystory na wspólnym podłożu (niestety wg typoszeregu narzuconego przez producenta, i w dodatku bardzo drogie).
    Ewentualnie bliskie umieszczenie rezystorów obok siebie.

    Oczywiście w rozwiązaniach studencko-projektowych najczęściej nie ma to znaczenia.
    Powodzenia w przyszlych analogowych projektach :)
  • #11
    Błękitny
    Poziom 12  
    Dlaczego na schemacie ideowym nie ma zaznaczonego przełącznika ?
  • #12
    sbalicki
    Poziom 12  
    Przełącznik został dodany na sam koniec podczas montażu układu. Na schemacie go nie zamieściłem, ponieważ uznałem go za mało znaczący. Dwuprzewodowe połączenie można zrealizować bez jego użycia.
    Jeśli jednak ktoś chciałby go podłączyć i nie wie jak: należy zwierać przełącznikiem niezależnie piny P2 1 z 2 oraz 3 z 4.
  • #13
    Pablo2015
    Poziom 18  
    Skąd kolega wziął tą "oprawę" do wyświetlacza LED? Była oryginalnie z obudową czy może robiona?
  • #14
    sbalicki
    Poziom 12  
    Szkiełko wyświetlacza zostało wycięte z plexi i pomalowane na brzegach lakierem w sprayu.
  • #15
    KGS
    Poziom 23  
    Witam !
    Zwracam się z uprzejmą prośbą o zamieszczenie wzorów płytek drukowanych - PCB , oraz o jaka klasa tolerancji rezystorów została zastosowana w układzie wzmacniacza pomiarowego dla PT-100.
    Gratuluję tej konstrukcji, ponieważ zbudowanie takiego miernika-termometru opartego o ADuC 836 / 845 (wraz zaszytą w jego programie tabelą linearyzacji czujnika) wymagało znacznie więcej nakładu pracy i kosztów. Pozdrawiam Serdecznie i z góry dziękuję za wzory PCB. :)
  • #16
    sbalicki
    Poziom 12  
    Płytki postaram się zamieścić do środy (26/12/2012). Uprzedzam że duża część elementów była typu SMD i taki też jest projekt płytki (między innymi ICL710x). Zastosowane rezystory były z tolerancją 1%.
  • #17
    sbalicki
    Poziom 12  
    Udostępniam obiecane schematy PCB i montażowe.
    Elementy oznaczone jako 0R na schemacie montażowym to zwykłe zworki w obudowach 1206.
    Na schemacie ideowym nie ma również konektora 5x goldpin, który łączy obie płytki. Do płyty ze wzmacniaczem op07 należy wlutować konektor żeński, natomiast do płyty wyświetlacza męski.
  • #18
    Sleepless69
    Poziom 2  
    Jakby ktoś miał problemy z tym ICL'em to polecam ten dokument :

    http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/an05/an052.pdf

    są tam podane różne błędy i sposób na ich rozwiązanie :)

    //zbudowałem powyższy układ i miałem problem bo na wyświetlaczu pomimo zmian rezystancji na wejściu (PT-100) było "666"

    dopiero w powyższym dokumencie znalazłem odpowiedź - ICL mówił 1666 == "nieczystości" na wejściach OSC1-3 . Wymieniłem rezystory na 1% i ruszyło.


    Dodam tylko, że jeśli ktoś chciałby zbudować powyższy układ to użyjcie dobrych materiałów - rezystory z 1% błędu itd. bo inaczej popłyniecie na dokładności.
  • #19
    sbalicki
    Poziom 12  
    Delikatnie poprawiony schemat PCB. Pomiarów dodatkowych układu na razie jeszcze nie wykonałem, ale jest szansa, że kiedyś się pojawią.

    Pozdrawiam.
  • #20
    uszy19922
    Poziom 10  
    Witam
    Jest jakaś szansa na ten schmeacik PCB?
  • #21
    gzika
    Poziom 2  
    Jak zrobiłeś to napiecie referencyjne na 1.8V skoro z LM385 wychodzi 1.24???
  • #22
    sbalicki
    Poziom 12  
    Cytat:

    Syco_Nr1 napisał:
    Cytat:
    Cytat:

    Jak zrobiłeś to napiecie referencyjne na 1.8V skoro z LM385 wychodzi 1.24???


    Tak się składa, że LM385 to regulowane źródło napięcia odniesienia. Proszę najpierw czytać dokumentacje, a potem pytać.

    Tak się składa, że LM występuje w wersjach 1.2V, 2.5V oraz ADJ, trzeba czytać dokumentacje !


    Występuje, czy nie, tu jest mowa o LM385, a nie o wersjach LM385-1.2, LM385-2.5. Zgadza się?

    Dodano po 12 [minuty]:

    Sprostowanie z mojej strony się należy jeśli chodzi o schemat ideowy. Tam rzeczywiście jest zły układ. Powinien być LM385Z zamiast LM385Z-1.2. Za ten błąd przepraszam.
  • #24
    trymer01
    Moderator Projektowanie
    Tylko dla porządku i dla potomnych, chcących skorzystać z tej konstrukcji - układ zawiera sporo błędów, w tym co najmniej jeden kardynalny, uniemożliwiający poprawne działanie.
    Ponieważ jest to konstrukcja demonstracyjna (projekt na zaliczenie), więc nie do praktycznego zastosowania i dlatego nie opisuję konkretnych błędów aby studenci sami ruszyli głową i je znaleźli.