Projekt - Voltmetr. Přednáška 3 - část A3B38MMP, 2015 J. Fischer kat. měření, ČVUT - FEL, Praha. A3B38MMP, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 1

Projekt - Voltmetr

Přednáška 3 - část A3B38MMP, 2015 J. Fischer kat. měření, ČVUT - FEL, Praha

A3B38MMP, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

1

Náplň Projekt Voltmetr Princip převodu Obvodové řešení Odladění


2

Úloha – voltmetr zadání Voltmetr s dvojsklonnou integrací řízený 8051 Parametry: Vstupní rozsah: 0 až -2 V (Polarita vstupního napětí- záporná) Rozlišovací schopnost: min. 0.2 mV případně lepší Chyba měření : max. 1 mV Doba integrace Ux : celistvý násobek 20 ms Napájecí napětí operačních zesilovačů : +5V a -5 V Programová korekce chyby nuly a měřítka Zobrazení výsledku měření: prostřednictvím RS-232 na PC


3

Princip analogo - číslicového převodu integrátor Cint

Rint

UX UR

U1

komparátor

+

+ -

Uint

Rk

Ukomp INT0

D1

UX<0 u2(t)

UX T1

UR T2

uint

1 =− Rint C int

Tint

∫u

X

(t ) dt

0

t

Ukomp

U X = −U R

T2 T1

1) Integrace neznámého napětí UX po konstatntní dobu T1 2) integrace ref.napětí UR, měření doby T2 potřebné pro dosažení Uint = 0 A3B38MMP, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

4

Součástky použité pro stavbu voltmetru Cint= 220 nF kvalitní, foliový typ ( terylen, ..) s malou dielektrickou absorpcí T1 = k * 20 ms (20, 40, 60 ms), T2max = 70 ms

TL084 oper. zesilovač, JFET, vstupní proudy pod 100 pA, napěťová nesymetrie pod 5 mV použit i jako komparátor, využito napájení + 5 V, - 5 V (Pozor - nekoretní chování operačního zesilovače (použitého jako komparátor) při Uvst. = +UCC, viz. heslo „phase reversal“, (řešení – povolit napětí na vstupu pouze v omezené velikosti Uvst. = (- UCC -1 V) až (+UCC -1 V) A3B38MMP, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL

5

Součástky použité pro stavbu voltmetru OP482 Analog Devices 4x JFET op. zesil, zapojení vývodů shodné s TL084 Pozor- chybový jev „Phase reversal“ u OP482 přivedení záporného napětí na vstupblížícího se zápornému napájení, může způsobit chybnou funkci a nekorektní chování (otevření přechodu PN v JFET)


6

Analogový multiplexer 74HCT4052 74HCT4052 - multiplexer 4 x 2 póly

vstupy 0X, 1X, 2X, 3X propojeny s výst. X-COM, podle stavu řídicích vstupů B, A, INHIBIT= L pro aktivaci multiplexeru = L, UEE = - 5 V, UCC = + 5 V


7

Analogový multiplexer ADG409 ADG409 – specializovaný analogový multiplexer 4 x 2 póly Oproti 74HCT4052 může mít větší rozsah napájecích a tím i vstupních napětí Vstupy S1A až S4A , ( S1B až S4B) propojeny s výst. DA ( DB) podle stavu řídicích vstupů B, A, EN (enable) = H pro aktivaci multiplex.= 1, (H) opačně, než u 74HCT4052) GND- zem, USS = - 5 V (až - 15 V) UDD = + 5 V (až + 15 V)


8

Napěťová reference TL431 +5V RR K TL431 A

UR=2,49V

REF

+C

B

TL431 (LM431), napětová reference 2,54 V A -anoda - na GND, K -katoda, REF spojit, blokovat paralelně elektrolytickým kondenzátorem C = 22 uF.

pohled na pouzdro shora (vývody jsou na opačné straně) pouzdro stejné jako tranzistory


9

Zapojení pro oživení obvodu

UX UR UZ

Cint

Rint U1

+

+ Rp

D2

Rk

/INT0

D1

Rz

ukomp

t

zpětná vazba, přepínač do polohy UZ na vstup integrátoru z hlediska stejnosměrného záporná zpětná vazba, veliké zesílení, může se rozkmitat (podle velikosti Rz a zesílení OZ) výst. integrátoru - malé kmity, rozkmit jednotky mV Uint = 1 až 2 mV, HW - OK

Uint t Uint

rozvětšený detail

rozkmit 1 - 2 mV

t


Rz - pro omezení velikosti kladné hodnoty UZ na + 0,7V (pozor -TL084 při + 5V - 5V na vstupu - nesprávná funkce jako komparátoru !!!) 10

Volba velikosti integrační konstanty Cint= 220 nF, určení Rint

integrátor UX UR

Cint

Rint U1

+

T1 - volba 20, 40, 60 ms (násobek 1/50 Hz) vysvětlení ? viz. před. el. měření

Uint

U2max u2(t)

Výstup integrátoru nesmí být v saturaci volba U2max , zde do 3V (při napájení + / - 5 V)

uint T1

T2


1 =− Rint C int

Tint

∫u

X

(t ) dt

0

11

Možné varianty zapojení 74HCT4052 UX

(H) (L)

UX<0

U1 +

UR

B,A R1

GND +5V RR UR K TL431 A

REF

UR=2,49V +C

B

Cint Rint

UP

+

TL084 + -

Rk

INT0

D1

R2 UZ

UP=10 až 20 mV

Rz D2

"analogová zem" - spojit do jednoho bodu "číslicová zem"

Korekce chyby nuly - měření „“napětí“ na GND -nula

Napěťová nesymetrie OZ, náhodná polarita, umělé zavedení posunu asi 10 mV, pomocí R1, R2, posun větší, než velikost vstupní napěťové nesymetrie OZ (offset)


12

Korekce chyby nuly a měřítka Programová korekce chyby nuly, změřit napětí na GND a odečíst, chyby měřítka - kalibrace, přivést známé napětí na vstup, změřit a určit kalibrační konstanty, uložit do vnitřní paměti EEPROM po zapnutí přístroje - načtení konstant z paměti,


13

Analogová a číslicová zem v obvodu

Hi

vstup

Lo

RZ1 IZ1= 0

IZ3 - proměnný RZ3 URZ2= 0

IZ2= konst

URZ1= 0

IZ3> 0

Aby V- metr měřil skutečně neznámé napětí (a ne úbytky vzniklé spádem napětí na vnitřních odporech při průchodu proudu), je nutno oddělit analogové - a číslicové země Zjednodušeně - napájecí a další impulsní proudy v číslicové části nesmí procházet po zemních vodičích měřicí části.


14

Způsob řízení integrátoru čítač přednastavit 0 - N1

u2(t)

UX<0 UX

UR, uint pod nulu připnout Ux čekání na „letmý start“ přetečení, přerušení

UR > 0 T1

UR t

T2

Ukomp čítání

přepnout na UR, a čekat na Ukomp =0

0- N1

přetečení čítače

FFFF 0000

N2

Hradlování čítače vstupem INT0 ( jako u úl. Ohmetr) N1 odpovídá T1, N2 odpovídá T2 jistá prodleva- reakce na přerušení, přepnutí mux, minimalizace působení - volbou delší Tint= 60 ms. Po přetečení čítač čítá dále až do N2, Ukomp =0, SW dotaz, polling, nebo INT0.


15

Projekt - Voltmetr. Přednáška 3 - část A3B38MMP, 2015 J. Fischer kat. měření, ČVUT - FEL, Praha. A3B38MMP, 2015, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL 1

Recommend Documents