Frage:
RTD-Temperatursensor ablesen
mjh2007
2010-03-09 03:11:29 UTC
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Ich hatte einige Probleme, gute stabile analoge Messwerte von einem RTD-Temperatursensor zu erhalten. Die Temperaturwerte neigen dazu, bis zu +/- 5 ° C zu springen. Die Schaltung ist sehr einfach, ein Spannungsteiler ist zwischen einem festen Widerstand und einem mit Masse verbundenen Widerstandsthermometer gebildet. Die Spannung am Widerstandsthermometer wird dann in einen programmierbaren Verstärkungsverstärker eingespeist, der auf 16 V / V eingestellt ist. Das vom programmierbaren Verstärkungsverstärker ausgegebene analoge Signal wird dann in einen 10-Bit-ADC auf einem PIC-Mikroprozessor eingespeist. Ich habe einen Tiefpassfilter in die Software implementiert, um das Problem zu beheben, aber die Temperaturwerte sind immer noch sehr instabil. Hat jemand Vorschläge, wo ich nach der Ursache des Problems suchen und es beheben könnte?

Nur um allen ein Update zu geben. Es sieht so aus, als ob das Problem beim Spannungsregler lag. Die Filterkondensatoren an den Ausgängen waren nicht groß genug. Wir haben 1uF Datenblatt empfohlen 10uF verwendet. Ein Blick auf die Spannungsschiene mit dem Oszilloskop zeigte, dass ~ 200 mV Welligkeit in den Spannungsteiler gingen. Ich dachte, ich hätte das schon einmal überprüft, aber anscheinend nicht. Die Überprüfung eines Netzteils mit nur einem Multimeter reicht meiner Meinung nach nicht aus.
Vier antworten:
#1
+4
Clint Lawrence
2010-03-09 04:30:25 UTC
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Es gibt einige Orte, an denen Sie suchen müssen.

Zunächst sollten Sie vor dem Abtasten eine analoge Filterung durchführen. Temperaturmessungen ändern sich normalerweise langsam, daher sollte es möglich sein, ziemlich aggressiv zu filtern. Selbst ein einfacher RC kann sehr effektiv sein.

Überlegen Sie, wie viel Kabel Sie zwischen der Schaltung und dem RTD haben. Wo verläuft das Kabel im Verhältnis zu anderen (möglicherweise verrauschten) Kabeln? In diesem Fall kann sowohl die Trennung zwischen Kabelbäumen als auch die Reduzierung der Kabellänge hilfreich sein. Dies kann zu einer besseren Qualität der abgeschirmten und / oder Twisted-Pair-Verkabelung führen.

Wenn Sie Zugriff auf ein Oszilloskop haben, sollten Sie versuchen, das Spannungssignal zu messen, das in den ADC eingeht. Unter der Annahme, dass Rauschen vorhanden ist, gibt die Art des Rauschens einen Hinweis darauf, woher es kommt.

Überlegen Sie, wie der Sensor und Ihr uC-Stromkreis in Bezug auf das, was auch immer Sie sind, geerdet sind Messung. Wenn der Widerstandsthermometer an ein geerdetes Objekt angeschlossen ist, ist es möglich, dass das Rauschen infolge einer Erdschleife gekoppelt wird.

Wenn Sie weitere Details zu Ihrer Schaltung veröffentlichen können, wie Sie filtern Für die Beispiele und die Anwendung sollte es möglich sein, ein spezifischeres Feedback zu geben.

Gute Vorschläge Clint. Das Senden kleiner analoger Signale über jede Entfernung ist nie einfach. Könnten Sie eine Verstärkung oder Umwandlung in eine symmetrische oder sogar Stromschleifenschnittstelle am Sensorende bereitstellen, um die Empfindlichkeit der Schnittstelle für die Rauschaufnahme zu verringern?
Sie haben Recht damit, vor der Übertragung in der Nähe des Sensors zu verstärken, aber ich würde vermuten, dass dies in dieser Situation zu viel bedeutet. Wir versuchen nur, 10 mV zu messen, nicht UV. Ohne weitere Informationen über die Schaltung, die mjh2007 verwendet, wird all dies zu wilder Spekulation.
#2
+4
AngryEE
2010-03-09 21:24:31 UTC
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Das erste, was ich mir ansehen würde, ist die Welligkeit Ihrer Spannungsschiene. Rauschende Spannungen sind mit einem Spannungsteiler tödlich. Ein höherwertiges Messsystem verwendet möglicherweise eine geregelte Konstantstromquelle, um den Widerstandsthermometer anstelle eines Spannungsteilers anzutreiben. Hierzu kann ein LM317 verwendet werden - schließen Sie einen Widerstand zwischen OUTPUT und ADJ an und schließen Sie den RTD zwischen ADJ und GND an. Der Wert des Widerstands zwischen Ausgang und Einstellung stellt den Strom ein, der durch den Widerstandsthermometer fließt. Verwenden Sie einen präzisen Widerstand, um die Strommenge zu bestimmen.

Versuchen Sie andernfalls, wenn möglich, in der Hardware zu filtern. Sie müssen zuerst herausfinden, woher das Geräusch kommt, um es effektiv zu machen. Bestimmen Sie, welche Rauschfrequenzen Sie sehen, und prüfen Sie dann am Eingang der Verstärkungsstufe, am Ausgang und am Eingang des ADC. Wenn überall Rauschen zu hören ist, befindet es sich in der Quelle, andernfalls wird es woanders injiziert. Stellen Sie zunächst sicher, dass alle ICs über Bypass-Kondensatoren verfügen. Stellen Sie dann sicher, dass Sie keine langen Erdungsschleifen haben - stellen Sie alles so direkt (Hochstrom) wie möglich auf Masse. Keine Verkettung der Kette - alles sollte eine eigene Verbindung zur Masse haben, die nicht durch andere Chips verläuft.

Wenn Sie Rauschen an der Quelle sehen, ist es wahrscheinlich Ihre Spannungsquelle für den Teiler . Um dem entgegenzuwirken, können Sie einen Kondensator parallel zum Widerstandsthermometer schalten, um eine einfache Filterschaltung zu erstellen. Finden Sie einfach heraus, welche Rauschfrequenzen Sie sehen, und passen Sie den Kondensator an den Widerstand des Widerstandsthermometers an.

Es ist etwas spät, eine weitere Hardwareänderung an der Platine vorzunehmen, damit wir nicht auf eine bessere Stromquelle umschalten können. Sie haben mich jedoch zu Recht in Richtung der Stromversorgung geleitet. Ich hatte es mit einem Multimeter überprüft und es sah in Ordnung aus, aber als ich es mit dem Oszilloskop betrachtete, wurde das Problem klar. Vielen Dank!
#3
+4
Jason S
2010-03-09 23:26:00 UTC
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Ein häufiger Schuldiger ist die Ladungskopplung zwischen den Kanälen des ADC (ignorieren Sie diese, wenn Sie nur einen Kanal verwenden).

Die meisten Mikrocontroller mit Mehrkanal-ADCs verfügen über einen Multiplexer und einen Abtastkondensator. Der Abtastkondensator kann im Bereich von 1 bis 10 pf liegen. Wenn Sie von einem Kanal zum nächsten wechseln, behält dieser Abtastkondensator zunächst die Ladung von der Spannung des vorherigen Kanals. Der Abtastkondensator muss dann auf die Spannung des nächsten Kanals hoch / runter geladen werden und hat eine Zeitkonstante, die von der externen Impedanz am ADC-Kanaleingang abhängt.

Es wird empfohlen, einen RC zu verwenden Schaltung direkt an den ADC-Kanaleingängen. ( Bearbeiten: Wenn Sie einen Spannungsteiler haben, benötigen Sie das R nicht. Der Thevenin-Ersatzwiderstand wirkt als Widerstand, sodass ein 10K- und ein 1K-Teiler einen Ersatzwiderstand von 909 Ohm ergeben. ) Ich neige dazu, etwas in der Nähe von 499 Ohm, 100-300pf zu verwenden. Was passiert, ist, dass der externe Kondensator im RC-Netzwerk als Speicher dient. Wenn der ADC-Multiplexer schaltet, lädt der externe Kondensator den Abtastkondensator sehr schnell auf. Es gibt einen Kompromiss zwischen der Verwendung einer kleinen Kapazität (schnelle Zeitkonstante, aber anfänglicher Übergang bei ADC-Mux-Schaltern ist sehr groß) und einer großen Kapazität (sehr geringer anfänglicher Übergang bei externem Kondensator bei ADC-Mux-Schaltern, aber einer langen Zeitkonstante) und Ihnen kann dies selbst lösen, um es zu optimieren.

Sie müssen dies im Allgemeinen tun, selbst wenn Sie einen Operationsverstärker verwenden, um die in den ADC führende Spannung zu puffern. Dies liegt daran, dass Operationsverstärker nicht gut mit nichtlinearen Hochfrequenzlasten wie einem Multiplexer + Abtastkondensator umgehen können.

Wenn Sie die in den ADC führende Spannung mit einem Operationsverstärker nicht puffern, beachten Sie, dass ein hoher Quellenwiderstand ein Problem sein kann. Diese Ladungskopplung bewirkt einen Strom, der zwischen einem Kanal und dem nächsten fließt, wobei der Strom gleich f * C * deltaV ist, wobei f = Abtastfrequenz, C = interne Abtastkapazität und deltaV = Spannung zwischen aufeinanderfolgenden vom ADC abgetasteten Kanälen. Beispiel: deltaV < = +/- 3V, C = 5pf, f = 1000Hz ergibt einen Ladungskopplungsstrom von bis zu +/- 15nA. Wenn Ihre Quellenimpedanz 10 K beträgt, erhalten Sie eine Offset-Spannung von bis zu +/- 150 uV, abhängig von der Spannungsdifferenz zwischen den Kanälen. (Dies wird wirklich nur bei hohen Abtastraten oder hohen Quellenimpedanzen zu einem Problem.)

Obwohl alles, was Sie schreiben, korrekt ist, kann ich nicht sehen, wie es die Frage anspricht. Die Schaltung funktioniert in einer Umgebung einwandfrei, in einer anderen jedoch nicht. Wenn Ihr Vorschlag der Schuldige wäre, würde ich erwarten, das Problem auch auf der Bank zu sehen.
Ah, ich habe dieses Detail aus dem ursprünglichen Beitrag verpasst.
Guter Vorschlag. Das von mir verwendete PGA verfügt über einen eingebauten analogen Multiplexer, sodass die 8 analogen Kanäle einem Multiplexer, dann dem PGA und einem einzelnen analogen Mikroprozessoranschluss zugeführt werden. Ich denke, es könnte ein Kanal sein, der die anderen Kanäle stört, aber die Frequenz, mit der ich Kanäle schalte und bei der ich abtaste, ist sehr niedrig (20 Hz).
#4
  0
Jason S
2010-03-12 03:25:33 UTC
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Möglicherweise tritt auch eine EMI-Anfälligkeit auf. Aktive Komponenten (wie Ihr PGA) sind anfällig für ein Phänomen, das als HF-Gleichrichtung bezeichnet wird, bei dem eine Wechselstromstörung bei hohen Frequenzen am Eingangsverstärker eine Gleichstromstörung am Ausgang eines Verstärkers verursacht. Dies ist in Schaltkreisen mit hoher Verstärkung (in Thermoelementverstärkern häufig) in einer Umgebung mit elektrischem Rauschen sehr häufig.

Wenn dies das Problem ist, schalten Sie hochfrequentes Rauschen aus, indem Sie einen oder setzen mehr gute Hochfrequenz-Bypass-Kondensatoren (1000pf-10000pf Keramik wahrscheinlich am besten) über die nächstgelegenen Punkte, die Eingänge Ihrer Schaltung sind. (Wenn Sie beispielsweise einen Ein-Operationsverstärker-Differenzverstärker mit 4 Widerständen haben:

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, setzen Sie 2 Kondensatoren an den Eingang der Widerstände - von V1 Für GND und V2 für GND benötigen Sie möglicherweise eine dritte von V1 bis V2, wenn viel Differenzrauschen auftritt - und NICHT über die Eingänge des Operationsverstärkers.



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