Здесь принимаются все самые невообразимые вопросы... Главное - не стесняйтесь. Поверьте, у нас поначалу вопросы были еще глупее :)
Ответить

Переделка схемы измерения температуры на ОУ в мультиметре

Пт янв 08, 2021 02:48:16

Всех с Новым Годом и Рождеством!

Хочу спросить совет у опытных, ибо сам программист и электронику знаю весьма поверхностно. Особенно аналоговую. Озадачился тут попробовать изменить схему измерения температуры в своем мультиметре, т.к., на мой вкус, схема сделана несколько бездумно, не совпадает с "задуманным" и имеет негативное влияние на другой режим (земля коммутируется при выборе режимов). Хочется переделать и подключить минус термопары к земле. Подробности спрятал под спойлер.
Чтобы понять работу схемы и попробовать изменения, я набросал ее в Proteus (благо разобраться с рисованием там простой схемы можно за денек). Оригинальная схема выглядит так (обозначения элементов сохранил оригинальные), для симуляции только добавил термопару, задающую холодный спай (иного простого решения я не нашел):
Изображение

Как я понял, здесь используется компенсация температуры холодного спая на диоде (1SS355, но в модели пришлось использовать 1N4148), а т.к. напряжение с него ощутимо выше напряжения термопары, то и на термопару подали напряжение смещения, его регулировка позволяет настроить показания. Я долго искал похожую схему, чтобы понять, как ее рассчитать, и верно ли я ее разбираю, но именно такой не нашел. Максимум, что диод подключен по одной из схем компенсации смещения ОУ, но никакого расчета к ней не было, лишь указание, что коэффициент усиления немного снижается. А еще на схеме была указана формула, под которую вроде как проектировалась схема (на рисунке сохранена), и у меня так и не получилось понять, откуда они берут эти дроби. И результат расчета не совпадал с формулой. Потому решил проверить симуляцией сначала. ADP и Vo в формуле это один и тот же выход, измеряется чипом как 0.1мВ / °С в диапазоне от 0 до 0.1 В. И действительно, симуляция показывает, что вместо формулы со схемы Vo = 2.5*T+ - 0.05*VF получается Vo = 2.446*T+ - 0.06349*VF. А это весьма близко к расчетам, хотя и не совпадает полностью. Больше всего смущает разница для VF (должно быть 0.05), т.е. компенсация сделана неправильно. И это подходит под реальное поведение - я прятал мультик в холодильник, показания разнились на несколько градусов. О том, как считал, под спойлером.
В принципе, я нашел еще одну схему, уже из мультиметра с измерением температуры на том же самом чипе. Причем ее моделирование показало не в пример лучшие показатели, компенсация холодного спая работает очень хорошо, разница не больше градуса.
Изображение

Можно было бы дальше не идти, наверное, а просто попробовать ее собрать и навесным монтажом заменить одно на другое, в принципе даже хватит первого каскада ОУ, а второй оставить. Но захотелось минимум вмешательств.

Идея лежала на поверхности - вместо смещения термопары "сместить" вниз напряжение с самого диода. Но никак не придумывалось, как сделать небольшое смещение относительно земли. Меньше вольта. Вариант пришел неожиданно. А что если взять за опору не землю, а +1.24В с опорного источника, и -3В (в девайсе двуполярное питание) в качестве источника отрицательного напряжения. Тогда получится зеркальный ИОН, но с настраиваемым напряжением для юстировки показаний. В модели взял тот же LM385, но по идее его можно заменить любым другим. И тогда к существующей схеме добавляется небольшая обвязка в виде регулируемого отрицательного опорного напряжения на нескольких элементах (RR1-RR4 + UR1). А минус термопары подключить к земле, т.е. в самом девайсе можно будет перманентно соединить земли с гнездом COM. С изменениями схема получилась такой:
Изображение

И моделирование даже показывает практически идентичное ее поведение оригинальной (в симуляторе разница не превысила 0.03 °С, а формула выхода ADP = 2.446*T+ - 0.06445*VF, совпадающая с расчетами). Но... Собственно тут накопились вопросы...

1. Можно ли применять такой расчет (привязка входа к земле) для схемы? Чтобы получше понять ее. Смущают разные результаты.
2. Новая схема имеет право на жизнь? Или сделать первый каскад с компенсацией на диоде по найденной схеме, благо ее поведение в симуляторе хорошее.
3. Новая схема имеет повышенное потребление питания, но по идее это можно исправить увеличением R16 без влияния на ее свойства? В моделировании вроде проходит.

И два главных вопроса.
4. Ток через диод получается в 2 с лишним раза выше. Однако симулятор выдает примерно те же изменения падения на переходе от температуры (задаю разное значение параметра TEMP в свойствах диода). Если для оригинальной схемы я получаю -2.09 мВ/°С для диода, то в новой -2.08 мВ/°С при вдвое большем токе. И если я увеличиваю R73, чтобы ток сделать, как у оригинальной схемы, то получаю уже -2.15 мВ/°С. А вроде как при одинаковом токе эти значения должны быть одинаковыми... Я чего-то не догоняю тут.
5. Как лучше изменить коэффициент усиления для VF, чтобы компенсация холодного спая стала точнее? Я пока только увеличением R74 это пробовал делать на модели.

PS: на переделанной схеме забыл отключить от термопары R25, но это на результаты не влияет.

PS2: с вопросом 4 вроде стало понятнее, т.к. при изменении падения напряжения на диоде меняется и ток через него, и при увеличении R73 в новой схеме изменение тока больше, оттого и значение мв/°С больше.

Re: Переделка схемы измерения температуры на ОУ в мультиметр

Сб янв 09, 2021 09:54:35

Одним словом математик, увидел форумулы, воткнул в симулятор, не совпало с прибором.
Не видел проф мультиметров с термопарами, ну както не интересовался таким параметром во флюках за 100-200 баксов.
Но термопары с дешёвыми приборами нелинейны, там градусов 50 нормально, а дальше убегает. А 200 градусов это как раз диапазон в электронике. Может -40 и не потребуется и на практике хватит -20, а вот по верху 150-250 для паяльников и просто греющихся деталей требуется.

Купите хороший точный термометр и с ним сравните эту термопару на всём диапазоне. Возможно проще будет влепить МК с нелинейным преобразованием. Или куда сложнее будет найти хорошую термопару, но зачем если можно найти сразу хороший термометр.
Мне носить термопару с мультиметром всегда было неудобно.

Наверняка делали по той схеме которую проще им было в этом приборе сделать, сам датчик не даёт такую точность чтоб изобретать чтото хорошее.

Re: Переделка схемы измерения температуры на ОУ в мультиметр

Сб янв 09, 2021 10:20:39

во 1 автор не пишет куда зачем и какой диапазон и допустимая погрешность...
во 2 скопируйте готосую схему мултяшки....
сама мдея применить2 полярку термокомпенсированый ион +мешок прецизионых резикоф здравая но можно решит проше ципкой от аналных девиц..

Re: Переделка схемы измерения температуры на ОУ в мультиметр

Сб янв 09, 2021 10:26:19

Но термопары с дешёвыми приборами нелинейны, там градусов 50 нормально, а дальше убегает.

Флюк с термопарой.
Точность измерения температуры определяется:
1. Точностью датчика
2. Точностью преобразователя (в данном случае мультиметра)
3. ТЕРМОИНТЕРФЕЙСОМ между датчиком и измеряемым объектом.
Первые два пункта можно назвать прецизионными по сравнению с третьим.
Поэтому на высоких температурах нужно применять специальные методы, которые обеспечат минимальное значение ТЕМПЕРАТУРНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ (а значит и градиента температур) между объектом и термопарой.
Учи матчасть.
:tea:

Re: Переделка схемы измерения температуры на ОУ в мультиметр

Сб янв 09, 2021 11:49:25

Товарищи, вы не поняли суть вопроса. Мне не нужна точность измерения температуры выше указанной в инструкции. Речь вообще не о точности температуры. Из-за ее реализации, например, показания при замерах резистора гуляют, т.к. измеряется ещё и переходное сопротивление селектора. А оно гуляет не только от включения к включению, но и само по себе. Т.е. замкнув гнезда перемычкой проводом 5 см 1.5 квадрата, я не могу выставить ноль даже при помощи Rel. Проблема решается, если сигнальную землю подключить мимо селектора напрямую к гнезду COM. Но это не позволяет сделать уродская реализация термометра. Ни один другой мультик не имеет такой проблемы.

Потому задача переделать его схему так, чтобы минус термопары сидел на земле. Ну и попутно добиться того, чтобы компенсация холодного спая была более-менее (если получится), сейчас где-то 3 градуса погрешность при переносе девайса с +25 в +5. И переделать с минимумом вмешательства. Безусловно, я могу тупо отрубить эту схему и заменить ее любой проверенной, но зачем, если просто можно обойтись парой деталек? Ну или крайний вариант, выкинуть термометр совсем, например, заменив этот режим на режим замера внешними токовыми клещами. :)

musor, распространять схему мультика я не могу, потому перерисовал часть схемы. Она полностью автономна, выдает на вход ADP чипа мультиметра сигнал 0.1мВ/°С. Гнездо СОМ при этом переключается между аналоговой землёй и схемой термометра. А сигнальная подключена к аналоговой резистором 0 Ом, в итоге чип измеряет дополнительно и сопротивление этой перемычки, и сопротивление переключателя. Набросал схематично. Я хочу, как в других мультиметрах (на том же чипе причем), SGND подвести к гнезду СОМ напрямую.

PS: это далеко не проф прибор.

Изображение
Ответить