Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Atmega8 i PT100 - Pomiar temperatury przy użyciu ATmega i czujnika PT100

Pipers 22 Oct 2015 13:46 8949 42
Relpol
  • #31
    jack63
    Level 43  
    PiotrPitucha wrote:
    zasilamy PT100 ze źródła prądowego lub przez opornik ze źródła napięcia, układ podobny do układu z rozwiązania klasycznego, często nie musimy nic inwestować, bo źródła odniesienia są zintegrowane z A/C

    Widzę, że zaczynamy dochodzić do podobnych wniosków. :D
    Co prawda źródła napięcia odniesienia Przetwornika ADC bym bez dodatkowych układów separujących bym nie ruszał. Z resztą nie jest ono potrzebne. Wystarczy stabilność jakiegoś scalonego regulatora napięcia, który z reguły może pracować jako dość dokładne i wystarczająco stabilne źródło prądowe.
    Potrzebny jest jeden (!) stabilny rezystor włączony w szereg z PT (najlepiej 1000) aby dopasować zakres napięć odpowiadający zakresowi temperatur do zakresu napięć wejściowych przetwornika ADC.
    Osobny przetwornik ADC też jest niepotrzebny! Atmega8 ma wystarczająco dokładne do procesu regulacji i duuużo szybszy ADC.
    W sumie kilkadziesiąt złotych na części z jakimś SSR włącznie. Natomiast clou zabawy stanowiłby PROGRAM do Atmegi.
    Wg. mnie na tym etapie nic nie trzeba kalibrować, bo ważniejsza jest stabilność i małe wahania temp. w komorze a nie to, że nastawiona temp jest "wyświetlana" bardo dokładnie. Jeżeli wynik pracy regulatora będzie spełniał oczekiwania odnośnie wielkości wahań temp. to późniejsze ustawienie setpointa w oczekiwanym miejscu jest proste i wymaga posłużenia się zewnętrznym termometrem określonej klasy lub tylko dobraniem setpointa tak aby jakiś proces wymagający określonej temp przebiegał prawidłowo metodą prób i błędów.
    PiotrPitucha wrote:
    bez znajomości parametrów regulowanego obiektu jest to wróżenie z fusów.

    Popieram. Za parametry obiektu, poza oczywistymi typu pojemności cieplne i moc grzałki, uważam również sposób sterowania mocą tejże grzałki czyli wyjście regulatora. Od tego ostatniego zależy chyba więcej niż od pomiaru i samej metody regulacji. Należy dążyć do jak najbardziej ciągłego, choć niekoniecznie liniowego sposobu regulacji mocy zadawanej. ON/OFF jest może najtańsza, ale na 100% najmniej dokładną metodą, choć w wielu sytuacjach wystarcza, bo musi wystarczyć.
    Jednak wysilając sie troszkę można niewielkim kosztem zrobić regulację PWM/grupwą na optotriaku. Kwestia kilku złotych i .... kilkudziesięciu linii programu.
  • Relpol
  • #32
    Pipers
    Level 6  
    jack63 wrote:
    Napisz co jest głównym celem projektu i jakie są do tego projektu założenia? Co jest priorytetem?.



    Głównym celem projektu jest wykonanie własnego sterowania na procesorze ATmega do komory grzewczej ELKON KC100/200, która posiada PT100. Piorytetem jest w miare dokładny pomiar temperatury przy użyciu ATmega.
  • #33
    jack63
    Level 43  
    Chłop swoje, a słup swoje...
    Informacje, które podałeś nie są założeniami do projektu. Tak można opisywać tylko naprawę i to z grubsza, bo naprawa ma na celu przywrócenie prawidłowych warunków działania. Jakich?
    Modernizacja to coś więcej i ma sens gdy ma wartość dodaną czyli polepszenie parametrów pracy: np. dokładności stabilizacji temperatury.
    Dodanie termometru, nawet na Atmedze nie jest ani naprawą ani tym bardziej modernizacją. To tylko, czasem przydatny, gadżet. Nie zmieni on parametrów pracy komory. Może tylko ujawnić jej ew. niedoskonałości.
    Poza tym masz małe szanse "podpiąć" się pod istniejący Pt100 nie "wywracając" obecnego układu regulacji.

    PS. Sorki za trochę offtopic, ale chciałem poinformować kolegę @PiotrPitucha
    PiotrPitucha wrote:
    Apar jest zbyt solidną firmą by robić jakieś uniki z impulsowym pomiarem na PT100,

    Cytat z instrukcji obsługi rejestratora AR234 dostępnej na stronie Aparu: http://www.apar.pl/pdf/inst_ar234.pdf

    Dane techniczne:
    ...
    Prąd wejścia rezystancyjnego (RTD, Ω) ~480 µA (impulsowy)
    ....

    Także prąd pomiarowy jest impulsowy!

    Czyżby Apar zszedł "na psy" ??? A może dostosował się do nowych wymagań związanych ze stosowaniem mikroprocesorów, ADC zasilania i bateryjnego?
    Pozdrawiam
  • #34
    PiotrPitucha
    Level 34  
    Witam
    Proszę czytać manuale ze zrozumieniem.
    Cytowany rejestrator nie jest ani miernikiem ani regulatorem, Apar nie zszedł na psy, rejestrator jak głosi instrukcja może zrobić maksymalnie 1 pomiar na 10 sekund, pomiar trwa pojedyncze milisekundy, ponieważ układ zasilany z baterii ma pracować kilka lat między pomiarami wyłącza się wszystko co niepotrzebnie pobiera prąd, w tym także PT100 i dokładnie to znaczy "impulsowy".
    Co do wcześniejszych wypowiedzi kolegów z prostym zasilaniem PT100 i wystarczającą dokładnością przetwornika w Atmega8 to policzmy co nieco.
    Przy 0° mamy 100Ω, przy 200° mamy coś koło 176Ω, czyli zakres pomiarowy mamy przy zasilaniu 1mA 176mV, dla uproszczenia zakładamy liniową charakterystykę.
    Pierwsze co się rzuca w oczy to musimy wzmocnić sygnał do zakresu pomiarowego Atmegi8.
    Realny sygnał pomiarowy zawiera się pomiędzy 100mV a 176mV, czyli z zakresu 0 - 176 mV tracimy odcinek 0 - 100mV.
    76/176=0,4318 czyli tylko 43% zakresu pomiarowego będzie użyteczne.
    Zakładając idealne przetwarzanie jesteśmy na granicy wymaganej rozdzielczości, mamy dwa wyjścia, albo nadpróbkowanie, albo dołożenie offsetu do wzmacniacza, czyli praktycznie zrobienie mostka.
    Nadpróbkowanie odpada ze względu na długi czas pomiaru i słabą dokładność, o ile poprawi nam rozdzielczość to nie poprawi liniowości pomiaru.
    Pomijając gotowe układy pomiarowe ( cena ) zostaje nam mostek lub zewnętrzny przetwornik który jak na swoją cenę jest dość sprawny, robi 15 pomiarów na sekundę przy rozdzielczości 16bitów.
    Pozdrawiam
  • #35
    jack63
    Level 43  
    PiotrPitucha wrote:
    Cytowany rejestrator nie jest ani miernikiem ani regulatorem, Apar nie zszedł na psy,

    Sam "szukasz psów" i sam sobie zaprzeczasz.
    Nie sugerowałem, że Apar zaczął robić dziadostwo. Wręcz przeciwnie. Od strony sprzętowej wg. mnie wciąż trzymają wysoki poziom. Sam korzystam z ich wyrobów i jestem w miarę zadowolony. Mam tylko spore zastrzeżenia do programów komputerowych obsługujących ich rejestratory.
    Swoją drogą rejestrator jest miernikiem! Jednak nie chodzi o to aby dyskutować o wyrobach Aparu. Wymieniłem ich rejestrator jako przykład impulsowego (a w zasadzie chwilowego a nie ciągłego) zasilania Pt100.
    Ogólnie stosując procesory i ADC można trochę zmienić algorytmy pomiarowe na bardzie "cyfrowe", czyli bardziej wyszukane. W technice analogowej pewne rozwiązania były niemożliwe do realizacji. Jak choćby zadanie większego prądu na Pt100, bo następowało nagrzewanie i przetwornik zaczynał mierzyć temp. własną, a nie swojego otoczenia.
    Skracając czas przepływu prądu przez Pt100 do nawet milisekund niwelujemy problem nagrzewania nawet przy stosunkowo dużych prądach (np. 10mA), bo prąd skuteczny i związana z nim całka Joula może być mniejsza niż dla 0.5 mA prądu ciągłego!
    Nie mogę znaleźć w necie konkretnych informacji na temat max dopuszczalnych mocy wydzielanych na Pt100 i ich wpływu na dokładność pomiaru. :cry:
    Pojawiają się informacje o 5mA bez podania czy jest to prąd stały czy wartość skuteczna
    przebiegu zmiennego. Zdarzają się informacje o 10 mA nie wiadomo czego.
    IMHO max prąd impulsu maże wynosić nawet 100mA przy wartości skutecznej poniżej 1mA dla okresu całkowania 1 s.
    Dlaczego tak upieram się aby ten szczytowy prąd był tak duży?
    Wynika to między innymi z:
    PiotrPitucha wrote:
    Przy 0° mamy 100Ω, przy 200° mamy coś koło 176Ω, czyli zakres pomiarowy mamy przy zasilaniu 1mA 176mV, dla uproszczenia zakładamy liniową charakterystykę.
    Pierwsze co się rzuca w oczy to musimy wzmocnić sygnał do zakresu pomiarowego Atmegi8.
    Realny sygnał pomiarowy zawiera się pomiędzy 100mV a 176mV, czyli z zakresu 0 - 176 mV tracimy odcinek 0 - 100mV.
    76/176=0,4318 czyli tylko 43% zakresu pomiarowego będzie użyteczne.

    aby uniknąć :
    PiotrPitucha wrote:
    Zakładając idealne przetwarzanie jesteśmy na granicy wymaganej rozdzielczości, mamy dwa wyjścia, albo nadpróbkowanie, albo dołożenie offsetu do wzmacniacza, czyli praktycznie zrobienie mostka.

    Zakres pomiarowy większości przetworników ADC wynosi 0 - ok 5V (ew. +- 2.xxx V dla pomiarów rożnicowych). Chodzi o to aby nie korzystać z dodatkowych wzmacniaczy pomiarowych i wejść na ADC bezpośrednio napięciem na Pt100 (Pt 1000). Dzięki temu wykorzysta się cały zakres pomiarowy ADC i wykorzysta jego nominalna dokładność bez ryzyka wprowadzania błędów niesionych przez wzmacniacze. Konstrukcja się upraszcza i tanieje. Łatwiej też zrobić offset dodatkowym (ale stabilnym temperaturowo!) rezystorem szeregowym i odpowiednim rozdzieleniem mas układu zasilania Pt i zasilania uC.
    Oczywiście można zastosować dodatkowy przetwornik ADC, jak proponuje kolega @PiotrPitucha. Przetwornik ten (MCP3425) ma wbudowany wzmacniacz pomiarowy o programowalnym wzmocnieniu, co jest jego wielką zaletą.
    Rozwiązanie powyższe ma (jak wszystko) swoje wady:
    1. Dodatkowe elementy na PCB - komplikacja układu.
    2. Konieczność napisania podprogramu do obsługi tego ADC przez I2C
    3. Niewielki dodatkowy koszt.
    PiotrPitucha wrote:
    Nadpróbkowanie odpada ze względu na długi czas pomiaru i słabą dokładność, o ile poprawi nam rozdzielczość to nie poprawi liniowości pomiaru.

    Tego już w ogóle nie rozumiem. :cry:
  • #36
    Piotr Piechota
    Level 21  
    jack63 wrote:
    (...)
    Nie mogę znaleźć w necie konkretnych informacji na temat max dopuszczalnych mocy wydzielanych na Pt100 i ich wpływu na dokładność pomiaru. :cry: (...)


    Pewnie ich nie znajdziesz bo to przecież zależy czy pt100 mierzy temperaturę płynu o małej rezystancji termicznej czy np. temperaturę pianki poliuretanowej.
  • #37
    jack63
    Level 43  
    Przy piance to i prąd const. 1 mA może się okazać za duży. :D
    Może takie badania ktoś przeprowadzał ale się nie "pochwalił"?
    A może za krótko szukałem?
    Odnosząc się to tematu mamy znane środowisko i nie jest to pianka. :D
    Pomiar ma być w dośc szybko poruszającym się powietrzu (wentylator mieszający).
    A może autor tematu się znów objawi i napisze, które rozwiązanie jest dla niego "lepiej strawne".
  • #38
    PiotrPitucha
    Level 34  
    Witam
    Pierwsza rzecz to nadpróbkowanie, nie wiem co tu jest niejasne?
    Można zrobić na Atmega8 pomiar 12, 14, czy też 16 bitowy jak głoszą oficjalne materiały Atmela Link .
    Jak wspomniałem nie zlikwiduje to nieliniowości przetwornika w Atmedze.
    Bez dodatkowych wzmacniaczy nie da się sensownie mierzyć bezpośrednio Atmegą, bo tracimy kilkadziesiąt procent zakresu, co prawda umieszczenie PT100 w mostku likwiduje ten offset, ale pomiar różnicowy Atmegą odbywa się ze zmniejszoną rozdzielczością.
    Zakres większości przetworników ADC leży koło wartości 2,5V ( Atmega8 ma napiecie odniesienia około 2,56V, z możliwością podpięcia się pod zasilanie zamiast źródła wewnętrznego ) a to z tego powodu, by wewnętrzne źródło odniesienia miało z czego brać zasilanie z zapasem do stabilizacji.
    Co do dużego prądu pomiarowego na PT100 to zwracam uwagę że PT100 to nie zawsze drut, czujniki miniaturowe ( flat-film ) mają taką bezwładność cieplną, że 100mA może zrobić z nich lampę błyskową :) , ciepło Joula to nie wszystko.
    Pozdrawiam
  • #39
    jack63
    Level 43  
    Usunięte. Patrz post #42.

    PiotrPitucha wrote:
    Co do dużego prądu pomiarowego na PT100 to zwracam uwagę że PT100 to nie zawsze drut, czujniki miniaturowe ( flat-film ) mają taką bezwładność cieplną, że 100mA może zrobić z nich lampę błyskową , ciepło Joula to nie wszystko.

    Pt100/1000 to z reguły NIE jest drut już od dość dawna. Trudno oczekiwać że za ok 6-10 zł dostaniemy "kilo" platyny :D
    100mA to pewnie przesada, ale 20 mA w krótkim impulsie pewnie przeżyje. Wiele zależy od tego o czym pisał kolega @Piotr Piechota oraz sposobu "zapakowania" samego przetwornika czyli płytki z napylonym rezystorem.
    Sam jestem ciekaw ile da się zapodać???
    Może Ty masz wiarygodne dane jakiegoś producenta?
    Swoją drogą, jestem przeciwnikiem pakowania przetworników temperatury do gilz (wydłużony kubek) z nierdzewki. Koszmarnie źle wpływa to na własności dynamiczne pomiaru. O tym że taki czujnik przyczepiony do rury mierzy "pogodę" a nie temp. czynnika wewnątrz tej rury przepływającego, lepiej nie wspominać, choć jest to codzienną praktyką wielu producentów urządzeń i automatyków.
  • #40
    PiotrPitucha
    Level 34  
    Witam
    Nie chcę dyskutować nad nadpróbkowaniem, Atmel opisuje jak to zrobić, jak ktoś nie zna angielskiego to nawet są przekonujące rysunki, a Ty nie zaglądnąłeś nawet do zamieszczonego linku i twierdzisz że się nie da .....
    Da się i metod jest wiele, miksowanie sygnału z szumem, miksowanie sygnału z generowanymi schodkami itd. , polecam zagooglować hasło oversampling.
    Gwarantuję Ci że wiele PT100 jest dalej robione z drutu, PT100 nie kosztuje kilku złotych i podpinałem na budowach grube setki o ile nie tysiące takich czujników.
    Wszystkie w postaci drutu zalanego w ceramice, do tego rurka z nierdzewki i głowica ze zintegrowanym przetwornikiem PT100/I.
    Nie znalazłem maksymalnego akceptowalnego prądu, wszędzie podawany jest maksymalny zalecany prąd pomiarowy i zwykle jest to 1,5mA, w głowicach które instalowałem było to zwykle 0,8mA co pewnie wynika ze stosowania konkretnych układów scalonych do ich konstrukcji.
    Zgadzam się że pakowanie czujników do rur nierdzewnych zmienia ich własności dynamiczne, ale jaki masz pomysł na pomiary w warunkach przemysłowych? Duże ciśnienia, agresywne media i znaczne temperatury wymuszają unifikację, trudno robić sto typów obudów do PT100.
    Zwykle czujnik wisi kilkadziesiąt-kilkaset metrów od układu pomiarowego i jest podłączony przewodem 3x1,5mm² lub grubszym, tego nie da się powiesić na pająka.
    Pozdrawiam
  • #41
    Pipers
    Level 6  
    Dziękuje za dalsze zainteresowanie tematem. Czy mógłbym was prosić o podsumowanie zebranych dotychczas przemyśleń, ponieważ jestem trochę zagubiony z powodu ogromu informacji? Jack63, wspominałeś coś o braku potrzeby instalowania dodatkowego przetwornika PT100/I. Mówiłeś, że ADC ATmegi ma wystarczającą (rozdzielczość) dokładność, aby móc to w miarę regulować. Wiem, że te forum nie służy do podawania recpetur na jakieś problemy.. lecz interesuje mnie samo rozwiązanie podłączenia PT100 do ATmega z wymaganą rozdzielczością .Kwestią programową sam się zajme.

    Quote:
    Co prawda źródła napięcia odniesienia Przetwornika ADC bym bez dodatkowych układów separujących bym nie ruszał. Z resztą nie jest ono potrzebne.
    Co mam przez to rozumieć?


    Quote:
    Wystarczy stabilność jakiegoś scalonego regulatora napięcia, który z reguły może pracować jako dość dokładne i wystarczająco stabilne źródło prądowe.
    Potrzebny jest jeden (!) stabilny rezystor włączony w szereg z PT (najlepiej 1000) aby dopasować zakres napięć odpowiadający zakresowi temperatur do zakresu napięć wejściowych przetwornika ADC.
    Osobny przetwornik ADC też jest niepotrzebny! Atmega8 ma wystarczająco dokładne do procesu regulacji i duuużo szybszy ADC.
    W sumie kilkadziesiąt złotych na części z jakimś SSR włącznie. Natomiast clou zabawy stanowiłby PROGRAM do Atmegi.


    Tutaj widzę, że próowałeś przekazać mi tą ' recepture' na podłączenie PT100, czy mógłbyś mi to jeszcze raz opisać?

    Quote:
    ustawienie setpointa w oczekiwanym miejscu jest proste i wymaga posłużenia się zewnętrznym termometrem określonej klasy lub tylko dobraniem setpointa tak aby jakiś proces wymagający określonej temp przebiegał prawidłowo metodą prób i błędów.
    Zgadzam się, potem po prostu pomiar PT100 w wiadrze z lodem, i w garnku wrzątku i ustawienie setpointa ? Tak ? Czy o to chodziło ?[/quote]

    [/quote]
  • #42
    jack63
    Level 43  
    Miło, że autor tematu się znów pojawił na forum. Gdy go nie było ja z kolegą @PiotrPitucha troszkę :D popchnęliśmy temat do przodu od strony teoretycznej.
    Dzięki niemu ja sam i jak sadzę autor tematu czegoś żeśmy sie nauczyli i co nie co uświadomili.
    Jednak najpierw jestem winien koledze @PiotrPitucha wyjaśnienie i przyznanie się do błędu w sprawie nadpróbkowania. Cofam to, co napisałem w poście #39 i usuwam błędne w tej sytuacji informacje, aby ktoś się o nie nie "potknął".
    Potwierdzam: Można dzięki nadpróbkowaniu zwiększyć rozdzielczość przetwornika ADC w tej sytuacji! Mea culpa. Sorry.
    Aby jednak kolega @PiotrPitucha nie "obrósł w piórka" :D napiszę, że sam, moze niechcący (?) wycofał się z koncepcji stosowania dodatkowego ADC.
    Najważniejsze, że klarowanie się koncepcji układu postąpiło naprzód.
    Pipers wrote:
    Cytat:


    Co prawda źródła napięcia odniesienia Przetwornika ADC bym bez dodatkowych układów separujących bym nie ruszał. Z resztą nie jest ono potrzebne.


    Co mam przez to rozumieć?

    @Pipers Pasowało by przećwiczyć cytowanie, aby było wiadomo kogo takim cytatem należy "obciążyć". :D
    W tym wypadku mnie, więc odpowiem.
    Cytat jest solidnie wyrwany z kontekstu, a był odpiwedzią na propozycję kolegi @PiotrPitucha aby wykorzystać źródło napięcia odniesienia Atmegi do zrobienia stabilnego źródła prądowego zasilającego Pt100. Czemu z resztą byłem i jestem przeciwny.
    Pipers wrote:
    Tutaj widzę, że próowałeś przekazać mi tą ' recepture' na podłączenie PT100, czy mógłbyś mi to jeszcze raz opisać?

    Receptura, doszlifowywana z kolegą @PiotrPitucha może w skrócie wyglądać dla części (tylko!) pomiarowej tak:
    Zasilamy Pt100 ze źródła prądowego zrobionego na jakimś stabilizatorze z wejściem inhibit w sposób przerywany (aby nie napisać impulsowy).
    sorry cd. nastąpi gdy znajdę chwilę czasu.
  • #43
    PiotrPitucha
    Level 34  
    Witam
    Może zostałem źle zrozumiany :) opisywaliśmy jedną z koncepcji, czyli zastosowanie Atmegi i jej przetwornika, ale :
    - nie sugerowałem zasilania PT100 z wewnętrznego źródła Atmegi, tylko wykorzystania źródła wewnętrznego do ADC (zakres 0V - 2,56V ),
    - jak starałem się zasugerować pomiar bezpośredni napięcia nie wypali z powodu braku rozdzielczości,
    - naturalne wydaje się zrobienie mostka i wzmacniacza, czyli dobry wzmacniacz + 5 precyzyjnych oporników oraz stabilne zasilanie ( to konieczne w większości wersji ).
    Odrzucam zasilanie PT100 impulsowe, bo nie jestem za 20 krotnym zwiększaniem prądu pomiarowego i skracaniem czasu impulsu ( czujniki slim-film ), czy też z powodu konieczności czekania na ustabilizowanie pomiaru, od biedy można mierzyć ale sterować się nie da w ten sposób.
    Kiedyś sugerowałem że przetwornik zewnętrzny załatwia sprawę taniej, ale pytający nie podjął tematu.
    Pozdrawiam