Pregunta:
Lectura del sensor de temperatura RTD
mjh2007
2010-03-09 03:11:29 UTC
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He tenido varios problemas para obtener buenas lecturas analógicas estables de un sensor de temperatura RTD. Las lecturas de temperatura tienden a rebotar hasta +/- 5 grados C. El circuito es muy básico, se forma un divisor de voltaje entre una resistencia fija y un RTD conectado a tierra. El voltaje en el RTD luego se alimenta a un amplificador de ganancia programable ajustado a 16 V / V. La salida de señal analógica del amplificador de ganancia programable se alimenta luego a un ADC de 10 bits en un microprocesador PIC. Implementé un filtro de paso bajo en el software para intentar solucionar el problema, pero las lecturas de temperatura siguen siendo muy inestables. ¿Alguien tiene alguna sugerencia sobre dónde podría buscar la fuente del problema y corregirlo?

Solo para darles a todos una actualización. Parece que el problema estaba en el regulador de voltaje. Los condensadores de filtro en las salidas no eran lo suficientemente grandes. Usamos 1uF hoja de datos recomendada 10uF. Al mirar el riel de voltaje con el osciloscopio, se mostró ~ 200 mV de ondulación entrando en el divisor de voltaje. Pensé que lo había comprobado antes, pero aparentemente no. Verificar una fuente de alimentación con solo un multímetro no es suficiente, supongo.
Cuatro respuestas:
#1
+4
Clint Lawrence
2010-03-09 04:30:25 UTC
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Hay algunos lugares donde buscar.

En primer lugar, debe tener un filtrado analógico antes de probar. Las mediciones de temperatura suelen cambiar lentamente, por lo que debería ser posible filtrar de forma bastante agresiva. Incluso un simple RC puede ser muy efectivo.

Considere la cantidad de cable que tiene entre el circuito y el RTD. ¿Dónde está ese cable en relación con otros cables (potencialmente ruidosos)? La separación entre los mazos de cables y la reducción de la longitud del cable pueden ayudar en este caso. Al igual que el cableado de par trenzado y / o blindado de mejor calidad.

Si tiene acceso a un osciloscopio, debe intentar medir la señal de voltaje que ve entrando en el adc. Suponiendo que hay ruido presente, la naturaleza del ruido dará alguna pista sobre de dónde proviene.

Considere cómo el sensor y su circuito de UC están conectados a tierra con respecto a lo que sea que esté medición. Si el RTD está conectado a un objeto conectado a tierra, es posible que el ruido se esté acoplando como resultado de un circuito de tierra.

Si puede publicar más detalles del circuito que tiene, cómo está filtrando las muestras y la aplicación, debería ser posible proporcionar comentarios más específicos.

Buenas sugerencias Clint: enviar pequeñas señales analógicas a cualquier distancia nunca es fácil. ¿Podría proporcionar amplificación o conversión a una interfaz de bucle de corriente balanceada o incluso en el extremo del sensor para reducir la sensibilidad de la interfaz a la captación de ruido?
Tienes razón sobre la amplificación cerca del sensor antes de la transmisión, pero supongo que eso sería exagerado en esta situación. Solo estamos tratando de medir decenas de mV, no uV. Sin más información sobre el circuito que está usando mjh2007, todo esto se está convirtiendo en una especulación salvaje.
#2
+4
AngryEE
2010-03-09 21:24:31 UTC
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Lo primero que miraría es una ondulación en su raíl de voltaje. Los voltajes ruidosos son asesinos con un divisor de voltaje. Un sistema de medición de mayor calidad podría usar una fuente de corriente constante regulada para impulsar el RTD en lugar de un divisor de voltaje. Se puede usar un LM317 para hacer esto: conecte una resistencia entre el terminal OUTPUT y ADJ, y conecte el RTD entre ADJ y GND. El valor de la resistencia entre la salida y el ajuste establecerá la corriente que pasa por el RTD; use una resistencia precisa para estar seguro de la cantidad de corriente.

De lo contrario, intente realizar el filtrado en hardware si es posible. Primero debes averiguar de dónde viene el ruido para que sea efectivo. Determine qué frecuencias de ruido está viendo y luego pruebe en la entrada a la etapa de ganancia, la salida y la entrada al ADC. Si hay ruido en todas partes, entonces está en la fuente; de ​​lo contrario, se inyecta en otro lugar. Para empezar, asegúrese de que todos sus circuitos integrados tengan condensadores de derivación. Luego, asegúrese de no tener bucles de tierra largos; haga que todo sea lo más directo posible (alta corriente) de conexión a tierra. No conecte las conexiones a tierra en cadena: todo debe tener su propia conexión a tierra que no pase por otros chips.

Si está viendo ruido en la fuente, es probable que sea la fuente de voltaje del divisor . Para combatir esto, podría poner un capacitor en paralelo con el RTD para hacer un circuito de filtrado simple. Simplemente averigüe qué frecuencias de ruido está viendo y haga coincidir el capacitor con la resistencia del RTD y descúbrelo.

Es un poco tarde para hacer otro cambio de hardware en la placa, por lo que no podemos cambiar a una fuente de corriente mejor, sin embargo, hizo bien en señalarme la dirección de la fuente de alimentación. Lo había comprobado con un multímetro y se veía bien, pero cuando lo miré con el osciloscopio el problema se hizo evidente. ¡Gracias!
#3
+4
Jason S
2010-03-09 23:26:00 UTC
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Un culpable común es el acoplamiento de carga entre los canales del ADC (ignore si solo está usando 1 canal).

La mayoría de los microcontroladores con ADC multicanal tienen un multiplexor y un condensador de muestreo. El condensador de muestreo puede estar en el rango de 1-10pf. Cuando cambia de un canal al siguiente, ese condensador de muestreo inicialmente retiene la carga del voltaje del canal anterior. Luego, el capacitor de muestreo debe cargarse hacia arriba / abajo hasta el voltaje en el siguiente canal, y tiene una constante de tiempo que depende de la impedancia externa en la entrada del canal ADC.

Es una buena práctica usar un RC circuito derecho en las entradas del canal ADC. ( editar: si tiene un divisor de voltaje, no necesita la R; la resistencia equivalente de Thevenin actúa como una resistencia, por lo que un divisor de 10K y uno de 1K producirá una resistencia equivalente de 909 ohmios. ) Tiendo a usar algo en el vecindario de 499 ohmios, 100-300pf. Lo que sucede es que el capacitor externo en la red RC actúa como un depósito de almacenamiento, por lo que cuando el multiplexor ADC cambia, el capacitor externo carga muy rápidamente el capacitor de muestreo. Existe una compensación entre el uso de una pequeña capacitancia (constante de tiempo rápida, pero transitorio inicial cuando los conmutadores ADC mux son muy grandes) frente a una gran capacitancia (muy poco transitorio inicial en el condensador externo cuando ADC mux conmuta, pero una constante de tiempo prolongada) y usted puede resolver esto usted mismo para optimizar.

Por lo general, debe hacer esto incluso si está utilizando un amplificador operacional para amortiguar el voltaje que conduce al ADC . Esto se debe a que los amplificadores operacionales no son excelentes para manejar cargas no lineales de alta frecuencia como un multiplexor + condensador de muestreo.

Si no está almacenando en búfer el voltaje que llega al ADC con un amplificador operacional, tenga en cuenta que la alta resistencia de la fuente puede ser un problema. Este acoplamiento de carga provoca una corriente que fluye entre un canal y el siguiente, con una corriente igual af * C * deltaV, donde f = frecuencia de muestreo, C = capacitancia de muestreo interna y deltaV = voltaje entre los canales sucesivos muestreados por el ADC. Ejemplo: deltaV < = +/- 3V, C = 5pf, f = 1000Hz produce una corriente de acoplamiento de carga de hasta +/- 15nA. Si la impedancia de su fuente es 10K, obtendrá un voltaje de compensación de hasta +/- 150uV dependiendo de la diferencia de voltaje entre los canales. (Esto realmente solo se convierte en un problema con tasas de muestreo altas o impedancias de fuente altas)

Si bien todo lo que escribe es correcto, no veo cómo aborda la pregunta. El circuito funciona bien en un entorno, pero no en otro. Si su sugerencia fue la culpable, esperaría ver el problema también en el banco.
ah, me perdí ese detalle de la publicación original.
Buena sugerencia. El PGA que estoy usando tiene un multiplexor analógico incorporado, por lo que los 8 canales analógicos se envían a un multiplexor, luego al PGA y luego a un único puerto analógico de microprocesador. Pensé que podría ser un canal interfiriendo con los otros canales, pero la frecuencia en la que estoy cambiando de canal y muestreando es muy baja (20Hz).
#4
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Jason S
2010-03-12 03:25:33 UTC
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Es posible que también se encuentre con susceptibilidad a EMI. Los componentes activos (como su PGA) son propensos a un fenómeno llamado rectificación de RF, donde una perturbación de CA a altas frecuencias en el amplificador de entrada provoca una perturbación de CC en la salida de un amplificador. Esto es muy común en circuitos de alta ganancia (lo verá mucho en amplificadores de termopar) en un entorno eléctricamente ruidoso.

Si este es el problema, desvíe el ruido de alta frecuencia colocando uno o condensadores de derivación de alta frecuencia más buenos (1000pf-10000pf de cerámica probablemente sea el mejor) en los puntos más cercanos que son entradas de su circuito. (por ejemplo, si tiene un amplificador diferencial de un amplificador operacional de 4 resistencias:

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luego coloque 2 capacitores en la entrada de las resistencias, desde V1 a GND y V2 a GND, es posible que necesite un tercero de V1 a V2 si hay mucho ruido diferencial, y NO a través de las entradas del amplificador operacional)



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