Witam mam do zaprojektowania mostkowy przetwornik R = 800÷1200Ω na napięcie stałe o liniowej charakterystyce i wynik wyświetlić na wyświetlaczu czterocyfrowym.
Do tego celu wybrałem mostek niezrównoważony wheatstone'a zasilany napięciem stałym. I tu jest moje pierwsze pytanie jak dobrać odpowiednie wartości oporników? Ja przyjąłem, że 3 oporniki będą miały wartość 1kΩ i czwarty Rx będzie o zmiennej wartości. Następnie wiem, że charakterystyka wyjdzie nieliniowa więc w jaki sposób można ją zlinearyzować?
Wartosci 1kΩ sa zle dobrane do pomiaru rezystancji 800-1200Ω. Bo dla wartosci 800-1000 bedziesz mial napiecie ujemne, a dla 1000-1200 dodatnie na przekatnej (lub odwrotnie, zalezy jak patrzec - ale bedzie sie zmienial znak).
Musi byc mostkowy?
_______________________________
Lepsze jest wrogiem dobrego.
Niestety układ musi być mostkowy i koniecznie musi być to mostek niezrównoważony. Takie miałem wytyczne. Wartości trzech oporników ustaliłem na poziomie 1,2kΩ i wtedy gdy mierzona jest rezystancja 1200Ω to mostek jest w stanie zrównoważenia, a poza tą wartością wchodzi w stan niezrównoważenie i wykreśliłem dodatkowo do tego charakterystykę w zależności od mierzonej rezystancji.
I właśnie wykres jest nieliniowy. Dodatkowo dodałem linię trendu aby lepiej było to widać. I teraz nie wiem w jaki sposób mógłbym go zlinearyzować więc prosiłbym o pomoc w uporaniu się z tym problemem.
W ukladzie mostka zlinearyzowac idealnie sie nie da. Chodzi o to, aby tak dobrac wartosci pozostalych rezystorow, aby odchylka rzeczywistego przebiegu od trendu byla mniejsza od dopuszczalnego bledu. Jak na nieszczescie ma to byc na wyswietlaczu 4 cyfrowym i jezeli wszystkie cyfry mamy miec znaczace, czyli maksymalna odchylka jest +/- 1 cyfra, to wymagana jest dokladnosc 1/1200 = 0.0833 % .
I teraz pytanie, czy rzeczywiscie walczyc o taka dokladnosc (tylko skad wziasc taki miernik), czy dostosowac sie do dokladnosci posiadanego miernika, ktorym bedziemy mierzyc napiecie niezrownowazenia?
A teraz wskazowka, aby miec dokladnie liniowa charkterystyke, to przez mierzony rezystor powinien plynac staly prad. Mozna to zrobic wykorzystujac zrodlo pradowe, ale ty masz zrobic to w ukladzie mostka. Jedyna mozliwosc stabilizacji pradu w mostku, to wyrazne zwiekszenie rezystancji R2 i R3, tak aby zmiana Rx powodowala procentowo mala zmiane rezystancji Rx+R2. R4 ustawi sie na 1,2kΩ.
Wez sobie dla proby przyjmij R2=R3=100kΩ, i zasil mostek z 10,12V. Zobacz jak sie zlinearyzuje. I miernikl na zakresie 0,199V
_______________________________
Lepsze jest wrogiem dobrego.
Rzeczywiście zwiększenie oporników R2 i R3 do wartości 100kΩ oraz pozostawienie opornika R4 na wartości 1,2kΩ spowodowało znaczną linearyzację charakterystyki. Można nawet stwierdzić, że jest liniowa
[http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/1db6ed861aa1b2a1.html]
Nawet nie sądziłem, że operowanie wartościami rezystancji może się w tak znacznym stopniu przełożyć na linearyzację tak więc wykorzystując ten sposób mam już załatwiony problem związany z linearyzacją
Pozostaje mi teraz napięcie z mostka podać na przetwornik A/C i następnie wyświetlić wynik na wyświetlaczu. Będę teraz walczył z dalszą częścią ponieważ nie wiem czy wartość nap. z mostka trzeba wzmocnić czy można ją bezpośrednio podać na przetwornik A/C?
Czy trzeba wzmocnic to zalezy od uzytego przetwornika. A takze od wartosci napiecia zasilajacego mostek pomiedzy punktami A i B - Uab.
Nawiasem mowiac, to wyglada, ze dla pierwszego przypadku przyjales napiecie zasilania Uab=2V, a dla drugiego Uab=3,289V. Tak przynajmniej mi wyszlo gdy obliczylem "w tyl" z wykresow.
Kolejna sprawa, to nieszczegolnie dobrana wartosc maksymalna tej Rx.
1200 to 2^10,23 . A wiec przetwornik 10 bitowy nie wystarczy (bo 2^10 = 1024)
Jezeli przyjac wysokie napiecie zasilania mostka, to mozna sobie darowac wzmacniacz. Ale komplikuje to nieco sposob podlaczania mierzonej Rx. Powinny wtedy zaciski pomiarowe byc zwarte i otwierane dopiero po podpieciu badanej rezystancji. Bo przy otwartym Rx na zaciskach pomiarowych pojawi sie pelne napiecie zasilania mostka, natomiast napiecie niezrownowazenia tez bedzie bliskie pelnemu - i mozna uszkodzic wejscie przetwornika A/D .
Zmieniony przez - zbys w dniu 2011-04-29 22:20:14
_______________________________
Lepsze jest wrogiem dobrego.
Symulacje przeprowadzałem w PSpice i dałem napięcie zasilania mostka 10V, a rezystancje R2=R3=100kΩ oraz R4=1,2kΩ. Następnie wykreśliłem tą charakterystykę w innym programie i taka mi wyszła. Jeśli jako zasilanie Uab ustawie te 10V to na wyjściu mostka jest nap. 0-40mV więc czy w takim wypadku wzmacniacz będzie potrzebny?
Odnośnie przetwornika to nie wystarczy 9 bitowy? Ponieważ nie mam całego zakresu od 0 do 1200, a jedynie mam mierzyć rezystancję od 800Ω do 1200Ω wiec tych wartości byłoby dokładnie 400. Wiec nie wiem czy dobrze kombinuje ale może wystarczy zastosować przetwornik 9 bitowy w którym miałbym do dyspozycji 512 wartości liczbowych (2^9=512).
Tylko teraz nie pasuje mi z tym wyświetlaczem 4-cyfrowym ponieważ by wystarczył teoretycznie 3-cyfrowy aby pokazać pełny wynik. Tutaj zapewne będę musiał pokazać również wartości ułamkowe wiec chyba przydałby się przetwornik 10 bitowy aby np zmierzyć rezystancję z dokładnością do 0,5Ω?
Cokolwiek powyzej 1000Ω jest ciezko pokazac na 3 cyfrowym wyswietlaczu. To w przypadku dokladnosci 1Ω. Stad pewnie chce czterocyfrowy.
Druga sprawa, to chociaz faktycznie masz 400 wartosci pomiedzy 800Ω i 1200Ω, chcac to wykorzystac powinienes mostek zrobic tak, aby dla 800Ω byl w rownowadze, zas dla 1200Ω maksymalnie niezrownowazony. I wtedy faktycznie przetwornik by wartosci 800-1200 mierzyl w zakresie napiec od 0 do Umax - mozna by tak to dobrac, aby 400 stopni wystarczylo. Ale wtedy musialbyc zrobic dodatkowy uklad arytmetyczny dodajacy 800 do wynikow z A/C.
Ja bym sie sklanial to uzycia jednoukladowego miernika Intersil ICL7106 lub ICL7107, tutaj dane producenta: [http://www.intersil.com/data/fn/fn3082.pdf]
Jego napiecie wejsciowe, to 200mV, a wiec mozna by tak dobrac rezystancje i zasilanie mostka, aby przy 1200Ω dostawal na wejscie 120mV, i wtedy by "wprost" pokazywal rezystancje.
ICL7106 / ICL7107 jest bardzo popularny i jak zagooglujesz, to masz mase ukladow w oparciu o ta kostke. Tutaj jest takie przykladowy woltomierz: [electronics-diy.com/ICL7107_volt_meter.php] . Po usunieciu dzielnika 1M/10K na wejsciu masz czulosc 199mV.
_______________________________
Lepsze jest wrogiem dobrego.
