Zaprezentuję konstrukcję z przed kilku lat, która powstała jako praca zaliczeniowa. Powstała aby sprawdzić żywotność taśm przewodzących pod kątem ich zginania.
W tym celu zbudowałem precyzyjny miernik rezystancji do 1Ω sterowany przez ATMEGĘ128, która także steruje silnikiem elektrycznym DC zginającym tasiemki oraz zapisuje zmierzone dane na karcie SD.
1. Źródła prądowe
Rysunek 1 Przedstawia układ źródła prądowego służącego do pomiaru rezystancji tasiemek metodą techniczną. Wzmacniacz operacyjny U1 porównuje wartość napięcia referencyjnego z U2 o wartości 2,048V z dzielnika R6 i R1 na wejściu nieodwracającym wynoszącym 2,000Vz napięciem na wejściu odwracającym na rezystorze R3. Wysterowując odpowiednio tranzystor Q1 wzmacniacz U1 powoduje przepływ pomiędzy I+ a I- prądu o wartości 20mA.
Dokładność napięcia odniesienia wynosi +-0.2% 15ppm/°C max, offset wejściowy wzmacniacza U1 wynosi 10μV max więc jest pomijalny natomiast rezystory R1, R3, R6 SMD 0,1% firmy ROYAL OHM 25ppm/°C max decydują o dokładności pomiaru rezystancji ale o tym w części pomiarowej.
Rysunek 2 Pomiar napięcia na rezystancji mierzonej.
Precyzyjny wzmacniacz pomiarowy U3 INA131 z wbudowanymi rezystorami zapewniającymi wzmocnienie 100V/V +-0,025% wzmacnia napięcie odkładające się na mierzonej rezystancji dostosowując jego zakres do czułości 12-bitowego przetwornika A/D U4 pracującego z napięciem referencyjnym 2,048V z U2. Napięcie offsetu INA131BP wynosi typowo 10μV max 25μV co stanowi 2 maksymalnie 5 działek pomiarowych z 4096.
Dzięki zastosowaniu tego samego napięcia referencyjnego dla źródła prądowego oraz przetwornika ADC tolerancja tego napięcia nie wpływa na dokładność pomiarów a jedynie odchyłka wzmocnienia U3, dokładność przetwornika ADC +-1LSB oraz tolerancje rezystorów R1, R3, oraz R6 wpływają na dokładność pomiaru dzięki zastosowanemu pomiarowi w układzie czterozaciskowym Kevina.
Przetwornik A/D zasilany jest z Vcc wynoszącego 5V natomiast sterowany jest z mikrokontrolera zasilanego 3,3V. Wejścia sterujące przetwornika dopuszczają poziom 3,3V jako stan wysoki, natomiast wyście danych przetwornika podłączone jest do mikrokontrolera poprzez dzielnik napięcia R9, R10 ograniczający stan wysoki do 3,3V.
3 Zasilacze
Układ U5 obniża napięcie Vin=24V do wynoszącego 5V DVCC wykorzystywanego do zasilania enkodera, wyświetlacza LCD, przetwornicy U8 oraz stabilizatora U10. Przetwornica U8 dostarcza ujemnego napięcia 3,3V Vee wykorzystywanego do zasilania wzmacniaczy U1 i U3. Stabilizator U10 dostarcza napięcia 3,3V D3V3 zasilającego mikrokontroler U11 oraz kartę SD SD1.
4 Interfejs użytkownika
Do komunikacji z użytkownikiem wykorzystywany jest wyświetlacz alfanumeryczny 4*20 znaków wyświetlający komunikaty dla użytkownika, klawiatura matrycowa służąca do wprowadzania nastaw oraz złącze karty SD służące do zapisu danych z pomiarów.
5 Sterowanie silnikiem oraz detekcja ruchu
Sterowanie silnikiem M1 odbywa się poprzez tranzystor Q3 sygnałem PWM z Timera1 mikrokontrolera U11 ze sprzężeniem zwrotnym realizowanym przez enkoder podłączony do wejścia mikrokontrolera INT7.
Dopuszczalny zakres obrotów silnika wynosił 60-360/minutę.
6 Mikrokontroler sterujący
Mikrokontroler U11 ATMEGA128 firmy Atmel steruje silnikiem na podstawie sygnału zwrotnego z enkodera, wyświetlaczem LCD, dokonuje zapisu wyników na karcie SD oraz obsługuje klawiaturę matrycową służącą do zadawania parametrów.
Program sterujący został napisany w Bascomie z wykorzystaniem bibliotek Config_MMC.bas oraz Config_AVR-DOS.BAS.
Po uruchomieniu program sprawdza obecność karty SD oraz czeka na wpisanie parametrów:
- ilości obrotów w jednym cyklu po których będzie wykonany pomiar
- ilości cykli pomiarowych
Po wpisaniu tych parametrów i zatwierdzeniu następuje pierwszy pomiar tasiemki
zostaje uruchomiony napęd dla wykonaniu cykli mechanicznych po których następuje pomiar rezystancji, zapis na kartę itd. do momentu zakończenia pomiarów.
7 Widok płytki sterującej
Układ mechaniczny zapewniał nieruchome zamocowanie tasiemki z jednej strony gdzie podłączone były zaciski pomiarowe w układzie Kevina natomiast druga strona ze zwartymi sąsiednimi ścieżkami poruszała się na małym ułożyskowanym wózku z dotoczonymi pierścieniami po prętach Φ6mm.
Napęd wózka z koła zamachowego umieszczonego na silniku DC z przekładnią przenoszony był przez małe cięgno w układzie korbowodowym.
Urządzenie powstało w roku 2012 jako praca zaliczeniowa głównie z części elektronicznych pozyskanych jako sample (wzmacniacze operacyjne, ADC, referencjał).
Części mechaniczne: pręty, silnik, tulejki itp zostały odzyskane ze starej drukarki prawdopodobnie termosublimacyjnej.
Zakupiony został tylko enkoder 1024imp/obrót jako używka na Allegro oraz rezystory precyzyjne.
Zasilacz sieciowy 24V został wykorzystany jako gotowy moduł z drukarki atramentowej Canon IP1600.
PCB dwustronne wykonane zostało metodą termotransferu.
Niestety nie posiadam zdjęć mechaniki, które przepadły podczas awarii dysku w moim komputerze a urządzenie pozostało w szkole na pracowni mechanicznej.
Pomiar rezystancji z rozdzielczością 12bit był na tyle stabilny że nie stosowałem oversamplingu, wystarczał jeden pomiar a rozdzielczość wynosiła 0,25mΩ.
Błąd zera przy zwartych zaciskach pomiarowych wynosił 0,25-0,5mΩ więc zerowanie nie było potrzebne. Teoretyczna dokładność pomiaru wynosiła ok 0,2-0,3% natomiast praktyczne sprawdzenie na pełnym zakresie 1Ω (10szt rezystorów 10Ω 0,1% zlutowanych równolegle na kawałkach blachy miedzianej) dawało wynik w granicach tolerancji rezystora +-0,1% więc uznałem za bardzo dokładne. Ponadto dokładność bezwzględna nie była wymagana ponieważ zmiany rezystancji były badane i przy niektórych tasiemkach węglowych już 100-ktrotny cykl przegięć powodował widoczne zmiany rezystancji.
Nie posiadam obecnie dostępu do urządzenia aby wykonać zdjęcia mechaniki.
Na wszelkie pytania postaram się odpowiedzieć.
Cool? Ranking DIY
