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

Dopasowanie sygnału na potrzeby karty analogowo-cyfrowej

25 Paź 2017 20:45 795 24
  • Poziom 7  
    Witam posiadam kartę analogowo-cyfrową która może mierzyć sygnał napięciowy 0V-10V i prądowy 4mA-20mA. Problem polega na tym że, mierzony sygnał zmienia się w graniach 20V -25V jak możliwie tanio kondycjonować taki sygnał, abym mógł użyć mojej karty.
  • Specjalista elektronik
    Czyli napięcie trzeba pomnożyć przez 2 i odjąć 40V? Do takich działań używa się wzmacniaczy operacyjnych - tu będzie potrzebne jeszcze napięcie 40V i dwa jednakowe oporniki (kilkadziesiąt k): do wejścia '-' łączysz oba oporniki, jeden do wyjścia, jeden do 40V, na wejście '+' podajesz mierzone napięcie (może przez opornik, 2X mniejszy) i przy 20V-25V dostajesz 0V-10V.

    Jest kwestia, jak dobrać zasilanie - jeśli ujemne zasilanie będzie na potencjale 0V, to nie uzyska się równo 0V na wyjściu (jakkolwiek wzmacniacz taki, jak LM358 potrafi dać napięcie bliskie 0V, ale pod warunkiem, że do niego nie wpływa prąd, a tak nie będzie); z kolei +25V na wejściu wymaga dodatniego zasilania nieco wyższym potencjałem; pewnie zasilanie -5V,+30V byłoby dobre, ale to już jest 35V i trzeba popatrzeć, które wzmacniacze operacyjne można zasilać takim napięciem. Czy ta karta oprócz napięcia wymaga jeszcze prądu do 20mA?

    No i nie napisałeś nic, jakie pasmo ma przenosić układ przekształcający ten sygnał.
  • Poziom 7  
    Karta to:Link
    Częstotliwość sygnału to około 100Hz
  • Specjalista elektronik
    Ani to oferta (bo nie podają ceny), ani dokumentacja (bo brak podstawowych parametrów: jak mierzyć napięcie, a jak prąd? jaka impedancja wejściowa przy którym pomiarze? jaka częstotliwość pomiarów?) - masz to w ręku, czy dopiero planujesz zakup? Podają dokładniej parametry?

    100 Hz to niewiele, prawie każdy wzmacniacz operacyjny powinien być wystarczająco szybki (może jakieś superoszczędny nie), trzeba dobrać pod względem napięć i prądów. Można zrobić (kosztem użycia 4-ch oporników - dodając dzielnik) tak, żeby zmniejszyć wymagania co do napięć (tego 40V i zasilającego). Można też zrobić układ Howlanda, który będzie przekładał zakres napięć na zakres prądów. Ale z napięcia zasilania 5V trudno będzie zrobić sygnał 10V - można, z użyciem przetwornicy, do tego wymyślono np. układy takie, jak ICL7660 - przetwarzają napięcie stałe bez potrzeby używania dławika/transformatora - ale trzeba by użyć kilku takich układów, dodatkowy zasilacz pewnie będzie tańszy.
  • Moderator Projektowanie
    Zdecydowanie pomysł z Uref=40V nie jest dobry, tym bardziej że musi ono być stabilne.
    Łatwiej będzie zrobić to jako klasyczny wzm. różnicowy: z wejścia '-' dwa oporniki np. 10k - jeden do wyjścia, drugi do Uref=20V, na wejście '+' podajesz mierzone napięcie ale przez dzielnik napięcia 10k+10k i dla Uwe=20V-25V dostajesz na wyjściu 0V-5V, które wzmacniasz 2x w drugim wzmacniaczu nieodwracającym ( z wejścia '-' dwa oporniki np. 10k - jeden do wyjścia, drugi do masy) - i masz 0-10V.
    _jta_ napisał:
    ICL7660 - przetwarzają napięcie stałe

    Ale niestety - napięcie ujemne, które sie tu nie nada na Uref.
    Przy zasilaniu niesymetrycznym może być problem z dokładnością przy Uwy zbliżonym do zera (bo żaden WO, nawet R2R nie da Uwy=0) - i tu można użyć właśnie ICL7660 aby uzyskać napięcie ujemne do zasilania WO: -(2-5V), +(25-30)V.
    Przetwornik 0-10V->4-20mA - układ Howlanda jest trudny w praktyce, tu lepiej sprawdzi się klasyczny stabilizator prądu sterowany napięciem na WO+tranzystor poprzedzony wzm. różnicowym przeskalowującym 0-10V na np.1-5V.

    Można też podejść do tego inaczej, gdyż
    rafal1813 napisał:
    Częstotliwość sygnału to około 100Hz

    Czy nie wystarczyłoby wydzielić składową zmienną (np. szeregowy kondensator rzędu 1 mikroF) i wzmocnić go 2x za pomocą WO o dużej rezystancji we. (wzm. nieodwracający)? Na wyjściu otrzymamy sygnał zmienny 0-10V.
    Pewne znaczenie może mieć kształt sygnału.
  • Poziom 7  
    Na ile sprawdziłby sie tu zwykły dzielnik napięcia?.
  • Specjalista elektronik
    ICL7660 może również podwyższać napięcie dodatnie. Ale raczej nie do 40V (nie pamiętam, jakie ma ograniczenie). Ograniczeniem możliwości zastosowania dzielnika może być źródło sygnału - jeśli ma nieliniową impedancję i nie można go obciążać prądem dzielnika. Ale zawsze można coś wykombinować z kilku wzmacniaczy operacyjnych (są dostępne podwójne i poczwórne), tylko trzeba najpierw wiedzieć, czego wymaga źródło sygnału, czego wymaga przetwornik.

    Nie wiem: czy autor potrzebuje mierzyć tylko składową zmienną napięcia zmieniającego się w zakresie 20V-25V z częstotliwością 100Hz, czy chce mierzyć napięcie w paśmie 0-100Hz? Mam wrażenie, że jego wypowiedzi tego nie określają.
  • Poziom 7  
    Interesowało by mnie badanie skladowej zmiennej. Czy jeżeli nie ma możliwości prostej konwersji tego sygnału na potrzeby tej karty, to w jaki sposób przeprowadzić pomiar na oscyloskpie, jak wykonać separację aby moc dokonać właściwych pomiarów
  • Specjalista elektronik
    Jeśli tylko składowa zmienna jest istotna, to podać sygnał poprzez kondensator na wejście wzmacniacza nieodwracającego o wzmocnieniu 2; można i podać jako napięcie polaryzacji (poprzez opornik) na to wejście, i użyć jako napięcia odniesienia +5V, wtedy napięcie wyjściowe będzie w zakresie 0V-10V (zakładając, że ta składowa zmienna sygnałłu wejściowego ma 5V pik-pik, np. zmienia się między 20V, a 25V); alternatywa to np. 2.5V jako napięcie polaryzacji, a 0V jako napięcie odniesienia, wynik będzie ten sam, ale wzmacniacz będzie pracował w nieco innym zakresie napięć wejściowych (w pierwszej wersji 2.5V-7.5V, w drugiej 0V-5V).

    Można na wejściu dać wtórnik z bootstrapem (polaryzacja wejścia nieodwracającego poprzez dwa szeregowo połączone oporniki, między tymi opornikami kondensator do wejścia odwracającego, połączonego z wyjściem) - to pozwoli uzyskać dużą impedancję wejściową.
  • Poziom 7  
    Generalnie potrzebuje przebiegi sygnałów wrzucić na komputer. Schemat poglądowy poniżej. Albo własnie będzie to Karta A/C o której pisałem wcześniej albo oscyloskop cyfrowy. Tak jak pisałem 100Hz to max częstotliwość. Mógłbymi ktoś poradzić jak wykonać te pomiary? Ewentualnie przdrzucić schematy z którymi mógłbym sie posiłkować
    Dopasowanie sygnału na potrzeby karty analogowo-cyfrowej
  • Specjalista elektronik
    Na temat zakresu mamy informację "0...10V, 0(4)...20mA, czujniki z wyjściem potencjometrycznym podłączane jako dzielnik napięcia" - a jak jest bez dzielnika? Może ten wzmacniacz nie jest potrzebny, bo bez dzielnika wystarczy sygnał 5V?

    Nie bardzo rozumiem, jak ma być częstotliwość pomiaru 500Hz przy częstotliwości transmisji do 100Hz.

    Co do źródła sygnału: jaką ma impedancję wyjściową - na ile pobierany z niego prąd wpływa na napięcie?

    I jest kwestia: czy taka częstotliwość pomiarów, jaka jest osiągalna na tym sprzęcie, wystarczy do analizy przebiegów sterujących silnikiem? Jakby nie, to przede wszystkim PC zazwyczaj mają wejście audio - umożliwia rejestrowanie przebiegów w całym paśmie akustycznym - tylko nie wiem, jaką mają dolną granicę pasma.
  • Poziom 7  
    Jeżeli chodzi i konkretne konfiguracje tego modułu to zdjęcie przedstawia różne możliwości:Dopasowanie sygnału na potrzeby karty analogowo-cyfrowej
    Ta częstotliwość jest wystarczajaca ten silnik będzie sie powoli obracał. Co do impedancji nie mierzyłem dokładnie, ale prąd silnika to max około 3-4A
  • Specjalista elektronik
    Pewnie z impedancją nie będzie problemu. I mam wrażenie, że ten czujnik może działać z zakresem napięć 0V-5V (bo tyle dostaje z potencjometru), natomiast na tych rysunkach nie widzę podłączenia do sygnału o zakresie napięć 0V-10V. W zasadzie to mogłoby działać z ustawieniem jak do potencjometru i podłączeniem poprzez kondensator, ale prąd z ładowania/rozładowania kondensatora mógłby uszkodzić wejście - proponuję zabezpieczenie, od wejścia kolejno: kondensator, opornik 1k, za nim podłączone diody (najlepiej jakieś małe Schottky) do GND i do +5V (w taką stronę, żeby napięcie pośrednie polaryzowało obie te diody zaporowo), i opornik 1k5 do wejścia czujnika, oraz oporniki po 20k między tym wejściem, a +5V i GND (zapewnią polaryzację wejścia, i zmniejszą amplitudę o 20%). Kondensator ze 100uF/25V.

    Aha: z tego, co napisałeś, mam wrażenie, że na tym silniku jest napięcie o wartości chwilowej w przedziale 20V-25V; jeśli masz na nim np. napięcie sinusoidalne o amplitudzie 20V-25V, to już jest zupełnie inna sytuacja; a jeśli jest to zakres wartości napięcia skutecznego (a amplituda jest 28V-35V), to jeszcze inna - i do każdej z nich byłby potrzebny inny układ.
  • Poziom 7  
    Wybacz, tam ucięło zdjęcie z schematem dla pomiaru napięcia 0-10V (wrzucam w załączniku)Dopasowanie sygnału na potrzeby karty analogowo-cyfrowej
    Mógłbym prosić o szybki schemacik tego co opisałeś, nie chce czegoś pomieszać i coś uszkodzić.
    Generalnie napięcie będzie się utrzymywać w graniach 20-25V ale podczas pracy silnika będą pojawiać się zakłócenia które chciałbym obserwować.
    Jeszcze jedną możliwością jest pomiar przy pomocy oscyloskopu cyfrowego na USB, tylko pytanie czy wystarczy zastosować sam transformator separujący i to wystarczy?
  • Specjalista elektronik
    Nie mam jak narysować schematu - na moim komputerze programy do rysowania nie działają.

    Jeśli zakłócenia mogą wychodzić poza ten zakres, to trzeba zostawić na nie jakiś margines - może nawet ustawić przetwornik na zakres 0-10V, dać mu napięcie polaryzacji 5V i układ obcinający to, co wychodzi poza zakres? Tylko użycie napięcia 5V z USB jako napięcia polaryzacji nie będzie dobre, bo to napięcie może zawierać spore zakłócenia - może trzeba zastosować jakiś filtr RC? I łatwo obciąć diodami Schottky do zakresu -0.3V..+5.3V, ale z zakresem do 10V już trudniej - trzeba by użyć dodatkowego zasilania i np. diody Zenera. A może w instrukcji coś napisali o zabezpieczeniu wejść tego przetwornika - np. przetwornik ADS1115 (16-bitowy, jest stosowany w jakimś chińskim module) i wiele podobnych jest odpornych na stały prąd do 10mA i impulsy do 100mA, więc wystarczy im opornik ograniczający prąd i można się nie martwić.
  • Poziom 7  
    Udało mi sie skontaktować z producentem. Jedyne zabezpieczenie jest pomiędzy procesorem układu a złączem USB. Zabezpieczenie to to układ ST232RL.
  • Poziom 23  
    Jak długo potrzeba nieprzerwanie mierzyć te sygnały?
    Z jaką dokładnością i rozdzielczością ma odbywać się pomiar wartości napięcia?

    Oscyloskop cyfrowy (jako przykład ds1054z) pozwoli na nieprzerwane zapisanie 600 sekund, dwóch kanałów z próbkowaniem 6 megasampli/sek co innymi słowy daje 10 ksampli/1sek (bez problemu zarejestruje 100Hz)

    Czułość wejściową i offset można dostosować do potrzeb (bez problemu sygnał 0..5V czy 20..25V)

    Odnośnie separacji, to też powinno się udać. Sam oscyloskop może być podłączony galwanicznie do mierzonego obwodu. Jego sterowanie może odbywać się przez LAN (LAN ma separację, trzeba sprawdzić czy wystarczającą). Zasilanie oscyloskopu przez transformator separacyjny.
  • Poziom 7  
    Dzięki za odp w sprawie pomiaru oscyloskopu, pomiar max kilkanaście sekund wystarczy. Co do karty pomiarowej opisywanej wcześniej, to jeżeli zasilanie mojego układu odseparować od sieci transformatorem to zastosowanie samego rezystora dla badnego syganlu powinno sie sprawdzić przy pomiarze?
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    Udało mi sie skontaktować z producentem. Jedyne zabezpieczenie jest pomiędzy procesorem układu a złączem USB. Zabezpieczenie to to układ ST232RL.

    Tak karta wykorzystuje jakiś układ scalony do przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy, i zapewne ten układ scalony ma jakieś zabezpieczenie wejść i można o tym przeczytać w jego nocie katalogowej - tylko nie wiadomo, co to jest za układ.

    Odseparowanie zasilania badanego układu od sieci (i od uziemienia) jest pewnie dobrym pomysłem - bez tego musiałbyś mieć kartę z wejściami różnicowymi, albo mierzyłbyś tylko napięcia względem masy.