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

Przetwornik - Przetwornik temp - napięcie pt100

Radzio M. 23 Lis 2014 10:44 6747 75
  • #1 23 Lis 2014 10:44
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Witam. Projektuję sobie przetwornik do konwersji temperatury na napięcie.
    Schemat:
    Przetwornik - Przetwornik temp - napięcie pt100
    Muszę ograniczyć napięcie wyjściowe do 5V. Zrobiłem coś takiego lecz wydaje mi się, że to będzie coś nie tak. W literaturze zenerki są w ujemnym sprzężeniu zwrotnym, lecz wtedy + wzmacniacza jest zwarty do masy. Nadmienię, że wyjście będzie podłączone do multipleksera 4067. W jaki sposób ograniczyć Uwyj??

    0 29
  • #2 23 Lis 2014 12:48
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Pomiędzy wzmacniaczem, a diodą powinien być rezystor ograniczający prąd.

    Dioda Zenera nie da ostergo progu odcięcia, będzie wprowadzać nieliniowość w szerokim zakresie. Jakby układ miałbyć dokładny wymagał by jescze jednego wzmacniacza operacyjnego.

    0
  • #3 23 Lis 2014 12:50
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Wtórnik z ograniczeniem?

    0
  • #4 23 Lis 2014 20:39
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Raczej coś takiego:

    Przetwornik - Przetwornik temp - napięcie pt100

    0
  • #5 24 Lis 2014 10:36
    _jta_
    Specjalista elektronik

    W przybliżeniu. Cały układ musi zawierać dwa wzmacniacze operacyjne: do wyjścia układu z #1 dołączyć ten układ, ale bez #R1, i D1 do wejścia '+' wzmacniacza z #1 (a raczej R1 w tym układzie podzielony na dwa szeregowo połączone oporniki, mniejszy do +5V, większy do wejścia '+', i anoda D1 w środek).

    Niestety, to nie będzie działać, jeśli drugi wzmacniacz (ten od ograniczania) nie będzie zasilany napięciem ujemnym - napięcia na wejściach wzmacniacza z #1 względem masy są w zakresie 100-200mV i dioda nie ma szans przewodzić przy takich napięciach - jak nie chcemy ujemnego napięcia zasilania, to trzeba jakoś zmienić układ oporników, żeby na wejściach było znacznie wyższe napięcie względem masy.

    A swoją drogą, jeśli wzmacniacz będzie zasilany odpowiednio niskim napięciem, to on nie da rady dać na wyjściu zbyt wysokiego napięcia...

    Można inaczej, do ograniczania napięcia użyć TL431: typowy wzmacniacz operacyjny ogranicza prąd wyjściowy do 20..50mA, TL431 sobie z tym poradzi, a on bardzo ostro obcina napięcie.

    0
  • #6 24 Lis 2014 11:01
    Radzio M.
    Poziom 32  

    _jta_ napisał:


    A swoją drogą, jeśli wzmacniacz będzie zasilany odpowiednio niskim napięciem, to on nie da rady dać na wyjściu zbyt wysokiego napięcia...



    Schemat mi się potwornie rozrasta... Chyba skorzystam z z obniżenia zasilania, albo dam dzielnik na wyjściu, tylko stracę na rozdzielczości pomiaru, coś za coś.

    0
  • #7 24 Lis 2014 11:05
    _jta_
    Specjalista elektronik

    W początkowym układzie R6 zastąp dzielnikiem (2 oporniki po 5k1), a D1 - TL431 (i jego wejście REF podłącz do dzielnika) - 1 element (i to opornik) więcej to chyba niewielka komplikacja?

    TL431 działa podobnie, jak tranzystor NPN, albo trioda (taka lampa elektronowa), ale ma bardzo duże wzmocnienie, napięcie "baza-emiter" +2.5V, baza/siatka nazywa się REF, a anoda i katoda odwrotnie, niż w triodzie - za to tak samo, jak w zenerce. ;)

    0
  • #8 26 Lis 2014 10:00
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Czyli zbijam maksymalny Vref do 2.5V i w ten sposób zgodnie z wzorem w nocie otrzymam max 5V na wyjściu? Nie bałem się 1-2 elementów, tylko takich przetworników muszę mieć minimum 10 :) na 1 płytce, dlatego szukałem minimalnego rozwiązania.

    0
  • #9 26 Lis 2014 14:40
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Jeśli do TL431 dołączysz dwa jednakowe oporniki po kilka, albo kilkanaście k, między REF, a pozostałe końcówki (anodę i katodę), to całość zachowuje się jak zenerka 5V (bo zaczyna przewodzić, kiedy napięcie REF-anoda osiągnie 2.5V), ale obcina napięcie dużo ostrzej, niż zwykła zenerka. Co prawda przewodzi prawie 1mA poniżej zadanego napięcia, ale typowy wzmacniacz operacyjny daje 20mA, więc ten 1mA nie wpłynie na jego działanie.

    Jeśli na jednej płytce ma byc 10+ układów, a nie zależy ci na wielkiej dokładności, to można na TL431 zrobić "zenerkę" ograniczającą napięcie do 5V-napięcie_przewodzenia_diody, i każde wyjście wzmacniacza operacyjnego połączyć przez diodę do tej "zenerki". Tylko trzeba będzie w "zenerce" zastosować tranzystor, bo może popłynąć w sumie ponad 200mA, a to już za dużo dla TL431. Wyjdzie dokładniej, niż na zenerkach (one mają tolerancję 5%).

    0
  • #10 26 Lis 2014 17:01
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Czyli ostatecznie coś takiego? :
    Przetwornik - Przetwornik temp - napięcie pt100

    0
  • Pomocny post
    #11 26 Lis 2014 17:22
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Tak. Może by tylko R76 nazwać R7. I nie widzę informacji o napięciu zasilania LM324: -zasilania powinien być masą (wtedy na wyjściu na pewno nie pojawi się potencjał ujemny), +zasilania pewnie powyżej +5V (inaczej i tak by się nie dało przekroczyć 5V na wyjściu).

    0
  • #12 26 Lis 2014 18:02
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Zasilanie niesymetryczne 12V ,lub może być 24V.

    0
  • #13 26 Lis 2014 18:14
    L_M
    Poziom 32  

    LM324 może być zasilane +/-16V lub +32V/ masa.Między wyjście LM324 a TL431 trzeba dać opornik bo przy maksymalnym wysterowaniu LM324 może on ulec uszkodzeniu(maksymalny prąd przewodzenia TL431=100mA).

    0
  • #14 26 Lis 2014 23:25
    _jta_
    Specjalista elektronik

    LM324 ogranicza prąd do 60mA (najwyżej, typowo do 40mA); ale jeśli kilka wyjść będzie dawać 60mA do +5V przy zasilaniu +12V, to LM324 zostanie przegrzany (łączna moc strat wyjdzie 1.7W) - należałoby go zasilać napięciem 9V, albo dać na wyjściu opornik (1k powinien ograniczyć prąd do 5mA, albo i mniej).

    0
  • #15 27 Lis 2014 12:44
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Sygnał wyjściowy będzie podawany na multiplekser 4067, następnie ADC avr. Aż takiego obciążenia chyba nie powinno być?

    0
  • #16 27 Lis 2014 14:03
    L_M
    Poziom 32  

    Takie obciążenie bez opornika na wyjściu będzie robił TL431(Imax=100mA).

    0
  • #17 27 Lis 2014 14:04
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Czy dobrze rozumiem, że do jednego ADC chcesz podłączać do 16 czujników temperatury? W którym miejscu byłby ten multiplekser (to znaczy, co byłoby osobne do każdego czujnika, a co wspólne)? Bo jeśli chcesz, żeby nie było dużo elementów, to należałoby podłączyć multiplekser między wejściem wzmacniacza operacyjnego, a termistorem i opornikami R1, R5 (z możliwością indywidualnego dobrania tych oporników do termistora). Jest jeszcze kwestia, czy akurat termistor jest tu najlepszy - są takie układy, jak LM35, LM335, LM334, które dają odpowiednio: napięcie 10mV/C, napięcie 10mV/K, prąd proporcjonalny do T (opornik określa współczynnik proporcjonalności) - myślę, że mają mniejsze różnice między egzemplarzami, niż termistory (jest też termometr cyfrowy, DS18B20, można choćby kilkanaście takich podpiąć do jednej nóżki uC) - pytanie jeszcze, jak z cenami tego wszystkiego. A jeśli chcesz ograniczyć napięcie na wejściu ADC do około 5V, żeby go nie uszkodzić, to może wystarczyłaby dioda Schottky do +5V?

    0
  • #18 27 Lis 2014 15:55
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Hmm, dobry pomysł. Załóżmy, że robię jeden powyższy układ (schemat na początku) i multipleksuje sygnał z czujników na wejściu wzmacniacza. Wybrałem pt100 ze względu na odległość, około 20[m] i ilość 10szt. Czujników nie zmienię, już kupiłem ;). Dokładność w tym projekcie nie jest bardzo ważna.

    0
  • #19 27 Lis 2014 16:50
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Może być jeszcze jeden problem: zakłócenia indukowane w kablu. Być może trzeba na wejściu wzmacniacza operacyjnego umieścić jakiś filtr zakłóceń.

    0
  • #20 27 Lis 2014 18:06
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Coś takiego? :
    Przetwornik - Przetwornik temp - napięcie pt100

    0
  • #21 27 Lis 2014 18:36
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Do Pt-100 to rozwiązanie sie nie nadaje, ten multiplekser CMOS ma znacznie większą rezystancję niż czujnik.

    Gdyby każdy Pt-100 miał swój rezystor R1, przez multiplekszer płynął by znacznie mniejszy prąd (prąd rezystora R5) i błędy były by znacznie mniejsze, może nawet do zaakceptowania, jaka ma być dokładność?

    0
  • #22 27 Lis 2014 18:40
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Dokładność 5-10 stopni Celsjusza.

    0
  • #23 27 Lis 2014 19:04
    L_M
    Poziom 32  

    Z tego co pamiętam to do pomiarów używało się mostka z czujnikiem PT-100 w jednej z gałęzi
    podłączonego na wejście wzmacniacza operacyjnego a dopiero po wzmacniaczu dawało się na multiplekser i do przetwornika ADC .

    0
  • #24 27 Lis 2014 23:55
    _jta_
    Specjalista elektronik

    :arrow: #23 L_M - to wymaga 10 wzmacniaczy zamiast jednego.
    :arrow: #21 jarek_lnx - mam wrażenie, że to przez R5 płynie większy prąd - on się dzieli na prąd R1 i prąd Pt100.
    :arrow: #20 R1 i R5 powinny być osobne do każdego czujnika - na schemacie z #1 połączenie do multipleksera powinno być na prawo od zielonej kropki znajdującej się na linii między P1-1, a wejściem '+' wzmacniacza.

    Obawiam się jeszcze jednego problemu. Wikipedia:en:Resistance thermometer podaje parametry Pt100 - oporność 100Ω w temperaturze 0°C, temperaturowy współczynnik oporności 0.385Ω/°C. Zasilanie Pt100 jest przez opornik R5=120k, a więc płynie prąd około 42uA, co daje zmianę napięcia 16uV/°C. A 16uV to jest dużo mniej, niż możliwy błąd typowego wzmacniacza operacyjnego. Dla LM324 typowy błąd (napięcie niezrównoważenia) jest 2mV, co odpowiada błędowi pomiaru temperatury 125°C!

    Najprostsze, co można zrobić, to zamiast opornika 120k dać 1k - wtedy napięcie wzrośnie około 100 razy i typowy błąd będzie 1.25°C, a nawet jak się trafi gorszy LM324, to błąd będzie poniżej 4.4°C. Inny sposób, to zamiast stałego napięcia 5V podawać zmienne, mierzyć napięcie na wyjściu wzmacniacza operacyjnego przy dwóch różnych wartościach napięcia zasilania Pt100 i liczyć różnicę wyników obu pomiarów - ona nie będzie zafałszowana przez napięcie niezrównoważenia (offset voltage) wzmacniacza.

    0
  • #25 28 Lis 2014 14:36
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    mam wrażenie, że to przez R5 płynie większy prąd - on się dzieli na prąd R1 i prąd Pt100.
    Przez R1 płynie prąd polaryzacji czujnika, R5 to tylko linearyzacja.

    0
  • #26 28 Lis 2014 16:25
    _jta_
    Specjalista elektronik

    A faktycznie, przeoczyłem że R1 jest podłączony do +5V, a nie do masy. To znaczy, że moje uwagi o błędzie pomiaru też są błędne - naprawdę płynie prąd prawie 1mA, 1°C zmienia napięcie o 370uV, 5.4°C o typowy błąd wzmacniacza, 19°C o maksymalny błąd wzmacniacza.

    Mam pomysł, jak korygować błąd wzmacniacza: do pomiarów z czujnikami używamy 10 wejść multipleksera, skoro on ma 16, to możemy użyć jeszcze jednego i podłączyć do niego opornik 100R - pomiar na tym wejściu powinien dać wynik 0°C, pewnie da nieco inny, i ten inny należy odejmować od wszystkich wyników pomiarów. Oczywiście, trzeba stosować dokładne oporniki - błąd 1% któregokolwiek opornika zafałszuje wynik prawie o 3°C - a jak będzie kilka niedokładnych, to błędy mogą się zsumować.

    0
  • #27 28 Lis 2014 20:24
    Radzio M.
    Poziom 32  

    Panowie, nie wiem czy dobrze myślę. Załóżmy, że multiplekser ma szeregową rezystancję włączenia R_on. Wobec tego musi się na niej odłożyć część napięcia. Gdyby na wyjściu multipleksera dać jeszcze jeden wzmacniacz korygujący tą stratę napięcia?

    0
  • #28 28 Lis 2014 20:45
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Załóżmy, że multiplekser ma szeregową rezystancję włączenia R_on. Wobec tego musi się na niej odłożyć część napięcia. Gdyby na wyjściu multipleksera dać jeszcze jeden wzmacniacz korygujący tą stratę napięcia?
    Teoretycznie tak ale w praktyce nie znasz rezystancji multipleksera, prądu ani spadku napięcia, więc nie wiesz ile odjąć.

    Zaproponowaliśmy prostsze rozwiązanie jeśli przez multiplekser nie będzie płynął prąd, albo prąd będzie bardzo mały, spadek napiecia będzie nieznaczący.

    0
  • #29 28 Lis 2014 21:17
    Radzio M.
    Poziom 32  

    OK. Czyli rozumiem, że do pt100 dodaję szeregową rezystancję np. 5k i muszę od nowa wyznaczyć wartości rezystorów w układzie? Dodatkowo można zrobić to o czym wspomniał _jta_ czyli korygowanie błędu.

    0
  • #30 28 Lis 2014 21:17
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Producent podaje oporność włączenia typową 470Ω przy zasilaniu 5V i temperaturze 25°C, maksymalną 1050Ω; przy zasilaniu napięciem 10V 180Ω i 400Ω; na dodatek ta oporność zależy od napięcia sygnału (są wykresy) i od temperatury (rośnie z temperaturą), jakkolwiek niewiele. Nie ma co liczyć na to, że uzyska się określoną oporność, trzeba zadbać o to, żeby taka oporność, jaka może być, nie wpłynęła znacząco na wynik pomiaru. Jeśli doda się ona do R5=120kΩ (w wersji ze wspólnym R5), to zmieni się tylko wzmocnienie, o niecały procent (nawet, jeśli oporność włączenia będzie 1200Ω - tyle może być przy zasilaniu 5V i temperaturze 85°C).

    0