Обновляемый план работ:
- Выбор концепции решения (Выполнено);
- Поиск CIS (Выполнено);
- Алгоритм опроса CIS микроконтроллером (Выполнено);
- Передача данных с МК на ПК [UART] (Выполнено);
- Обработка полученных данных на ПК [VBA, MS Excel, mscomm32.ocx] (Выполнено).
Работа успешно завершена.
_______________
Задача является темой моей дипломной работы. Знания и идеи у меня кое-какие имеются, хочу ними поделиться а также прислушаться к другим мыслям, которые, надеюсь, будут здесь озвучены. Буду рад любой помощи, процесс обсуждения также является важным подспорьем.

Кратко о дериватографе
Это аппарат для термического анализа вещества. Одновременно измеряются: температура, относительная разность температур, вес, скорость изменения веса. Основан на двух методах термического анализа – ДТА и ДТГ (ТГ).

Немного о методах
Термоаналитические методы служат для исследования химических реакций, фазовых и других физико-химических превращений, происходящих под влиянием тепла в химических соединениях, или (в случае многокомпонентных систем) между отдельными соединениями.
Термические процессы сопровождаются изменением внутреннего теплосодержания системы. Превращение влечет за собой поглощение тепла - эндотермическое превращение - либо выделение тепла - экзотермическое превращение. Эти тепловые эффекты могут быть обнаружены методами термического анализа или дифференциально-термического анализа (ДТА). Превращения связаны и с изменением массы образца, которое может быть определено при помощи термогравиметрического метода (ТГ).

Устройство дериватографа
Это высокоточные весы, термокамера с термопарами.

Структурная схема

Дериватограмма

Задача
В качестве регистрирующего устройства используется фотобумага, намотанная на барабан. Моя цель – снять сигнал и передать его на компьютер для последующей обработки. На структурной схеме видно, что в дериваторгафе задействованы 3 зеркальных гальванометра, которые регистрируют: Т (термопара), ДТА (изменение температуры, тоже термопары), ДТГ (скорость изменения веса, катушка в поле магнита, прикрепленная к 1 из чаш весов) – верхняя часть дериваторгаммы. Нижняя часть дериватограммы – вес. Он, в чем вся сложность, измеряется весами; фиксируется отклонение стрелки (зеркальной), на которую направлен луч света. Здесь АЦП никуда не подсоединишь.

Идея (концепция)

Внешний вид барабана и щели, на которую направлены лучи света

Реальная дериваторгамма без ДТГ, ТГ кривых. Полная длина линейки (левый нижний угол) – 208 мм.
Размер фотобумаги по нормативам – 430*230 мм. Следует отметить, что заправляется лист более длинной стороной.
Я хочу взять два CIS датчика от сканеров формата А4 (их рабочее поле (по-идее) – 210 или 215 мм), поставить их в ряд, на один будут идти лучи Т, ДТА, ДТГ, на второй – ТГ.

Вопросы к аудитории
Думаю, датчики со сканеров смогут вполне работать с лучами. Возможно ли (хотя бы теоретически) купить отдельно фоточувствительные линейки? В идеале – монохромные. Поискав по инету, я нашел только даташиты и все. Если не возможно, то покупать 2 сканера, конечно, не хотелось бы. Думаю, рациональнее будет поискать среди «запасов» ремонтников. Еще один неприятный момент – CIS линейки не такие старые, чтобы найти 2 штуки в убитых сканерах. CCD сканеры используют более сложную систему зеркал/линз (и, соответственно, более габаритную), а места у меня достаточно немного. CIS линейки имеют как раз необходимую мне длину и небольшие габариты. Еще один вопрос – какая часть мне нужна от CIS линейки? Контроллер от сканера мне, я думаю, не сильно поможет, я его не перепрошью. Если кто имеет понятие о возникшем вопросе, пожалуйста, поделитесь чем-нибудь: линками, названием книг, возможно, своими советами. Потому как даже если я где-то в скором времени достану их, то как дальше с ними работать – я попросту не знаю. Имею небольшой опыт по работе с AVR: AVR Studio (ассемблер), Proteus (моделирование). Надеюсь, это мне поможет

Подключение к компьютеру, обработка результатов, конечно, тоже немаловажная составляющая, но рано пока про это говорить. Подключение, думаю, будет к COM-порту. Хотя это не столь существенно. Обработка? Вопрос сложный в плане того, что кривые пересекаются, т.е. их нужно будет отделить/распределить каким-то образом до передачи в файл результатов. Где именно обрабатывать – не существенно, в готовых оболочках, думаю, будет проще

Заранее благодарен всем людям, проявившим участие в ветке

P.S. Прощу прощения за качество фото...

Внешний вид барабана и щели, на которую направлены лучи света
(продолжение)

P.S. Долго не мог понять, почему не открывается тема, а предварительный просмотр работал на ура. Вопрос решился путем поштучного добавления превью. В процессе редактирования первого созданного поста без превьюшек всплыло сообщение о подозрении на спам, максимальное число ссылок в посте - 10 (значит превью - 5). Но при открытии темы возникает ошибка (кода). Наверное, следует где-то указать на это, например, в правилах Спасибо за внимание.

Чё-то не совсем я врубаюсь в твою идею... Если тебе нужно регистрировать такие праметры как изменение энтальпии реакции, ну и те которые ты перечислил, то причём тут CIS матрицы и фотобумага???

Помню лабу мы по физхимии делали, определяли изменение энтальпии растворения какой-то соли, кажись бромида калия, так вот там в девайсе использовался обычный терморезистор в качестве датчика.

Уточни пожалуйста принцип работы твоей установки...

А эти гальванометры не похожи на те,что были в К12-22,уточните их параметры.

Мне кажется, что несоизмеримо проще и надежнее будет поставить механический датчик перемещения. На одну сторону весов в любом удобном месте вешаете стальной или ферритовый сердечник и неподвижно закрепляете дифференциальную катушку, состоящую из двух секций, внутри которой и будет перемещаться этот сердечник. Другую сторону весов уравновешиваете и калибруете чувствительность весов на всех диапазонах, поверьте, что это не так сложно, как кажется на первый взгляд. Катушку включаете в мост, в диагональ моста ставите сопротивление, с которого снимаете напряжение на АЦП.

Встречал подобную конструкцию весов - там тоже на индуктивном мосте сделано было - точность 10^-6 грамма была при максимальном весе 3гр.
если не ошибаюсь в максимальном весе... Но там генератор задающий был на термостатированном кварце.

Знаком с проблемой дериватографа. Но предполагалоь решить её гораздо более традичионнми методами- оцифровкой сигналов с датчиков температуры и веса. Всё заткнулось на неисправности весовю Сейчас их можно заменить на современные цифровые, но они стоят приличных денег. Если серьёзно занялись этим вопросом- пишите в ЛС.

Процитирую мануал. Гальванометры: 3 подвесных зеркальных гальванометра типа Kipp and Zonen. Больше ничего сказать не могу, я их не видел, т.к. дериваторгаф не разбирал. В книге Л.Г. Журавлёв, В.И. Филатов «Физические методы исследования металлов и сплавов» есть описание подобного (надеюсь) гальванометра.

«Для проведения дифференциального термического анализа используют высокочувствительные зеркальные гальванометры (рис. 1.9). На тонких упругих ленточках из бериллиевой бронзы 1 и 7 подвешена подвижная система, состоящая из зеркальца 2 и катушки (рамки) 3, содержащей большое число витков тонкой изолированной медной проволоки. Измеряемый ток подводится к рамке через нити подвеса 1, 7. Рамка расположена в кольцевом зазоре между полюсными наконечниками 4, 6 постоянного магнита и железным сердечником 5. Ток, протекающий через рамку, взаимодействуя с магнитным полем, создает крутящий момент Mкр = iBSn = iD, где i – сила тока; В – индукция магнитного поля в зазоре магнита; S – площадь поперечного сечения рамки; n – число витков.

Смотрите на рисунок выше, также гляньте на самый первый рисунок в первом посте (структурная схема). На зеркало гальванометра поступает луч света от лампы, далее в зависимости от отклонения рамки, вместе с ней и зеркала, луч света отражается в определенном направлении. Регистрирующим «устройством» является фотобумага. Так задумали разработчики (в 70х дело было…). Сейчас нужно сделать регистрацию более прогрессивным методом – задействовать компьютер. Я хочу убрать фотобумагу и поставить CIS линейки.

Допустим, я прислушался к вашим словам, и мне даже дали залезть в дериватограф с целью изменения его конструкции (это очень маловероятно). Но постойте, а что мне даст перемещение сердечника? Не совсем понял фразу «дифференциальная катушка». Я смогу только зафиксировать момент перемещения сердечника, ведь так? То есть, допустим, масса была 1,25 г, а после некоего процесса стала 1,15 г. Момент, когда масса уменьшилась, я точно увижу, а вот массу в 1,15 г как я потом буду отслеживать? (Если быть точным, отслеживать 0,1 г, который вывел систему весов из равновесия). А вообще это и есть по сути метод регистрации ДТГ, гляньте самый первый рисунок в первом посте (структурная схема). Правая «чаша» весов – почти тоже, что вы предложили

Пределы измерения: 0-10г. Основная чувствительность: 20 мг/100 делений. Т.е. грубо говоря, точность 0,1 мг или 10^-4 грамма… Я бы не назвал увиденную вами конструкцию подобную этой… Здесь полностью механическая система с точки зрения контроля веса, насколько я вижу

Эх… Датчики температуры есть, датчик скорости изменения веса (ДТГ) тоже есть. Но датчика веса (ТГ) – нет, вот в чем вся проблема. Есть луч света и все. Я чего и думаю про CIS линейки. Хочу использовать их для улавливания лучей. А если ставить 1 линейку для весов, то чего тогда не поставить вторую и для остальных сигналов? Аппарат вроде как полностью исправен и функционирует – осталось проапгрейдить только систему регистрации
Заменять весы в дериватографе это не вариант, совсем. Этот шаг, по сути, подразумевает изменение всей конструкции аппарата. Не думаю, что моей квалификации хватит для таких (высокоточных) операций. Тем более весы работают
Я когда брал тему, то думал, что как раз обойдусь, как вы сказали, традиционными методами. Т.е. поставлю АЦП, операционные усилители, если понадобится…

Как вариант – CIS линейки. Но пока что-то нет ни самих датчиков, ни литературы по ним. Если получится их поставить, то оцифровкой сигналов уже не придется заниматься. А придется обрабатывать сигнал с CIS, еще не известно, что проще

Если весы исправны, можно снять с них электрический сигнал, и пустить его на АЦП. ЗЫ. ТЭГ- это не изменение веса, а изменение температуры по сравнению с образцом. Применение оптического считывания- это чесание левого уха правой задней лапой.

Да, оптическое считывание - это не самый разумный вариант, я согласен. Но я не знаю, как можно снять хороший (откалиброванный) сигнал в системе регистрации (изменения) веса.
Система (произвольно):
Лампа -> зеркальная стрелка весов -> фотобумага.
Здесь без оптической системы ну никак. Во всяком случае, я не вижу иных вариантов.
А если в одном месте будет оптическая система, в другом - классическая... То это уже бардак получается полный. Хотя то же самое куратор мне и сказал (давай АЦП ставь), и комиссия спросит Оптическая система не такая и плохая, как по мне. Я только беру результат (тот же) в другом месте.
Касаемо метода, ДТА (дифференциально-термический анализ) - изменение температуры по сравнению с образцом, что такое ТЭГ - я не знаю (возможно, вы опечатались?).

Упс! На гальванометр подаётся ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ сигнал. Вот с ним и работайте! Проблема калибровки- составляете калибровочную таблицу- вес-напряжение. В любом случае перед началом работы весы уравновешиваются, и это начальное значение можно внести в программу для дальнейшего рассчёта. Насколько помню, уровень сигнала с весов достаточно большой для подачи на Ацп без дополнительного усилителя.

Поймите, у меня нет электрического сигнала, потому как нет гальванометра на весах, вообще! И сигнала с весов тоже нет Есть только:

Почему я и поднял вопрос об использовании CIS. Посмотрите структурную схему с первого поста.

К сожалению, не могу загрузить увеличенное изображение с файлообменника. Мобыть, в Вашей модели дериватографа сигнал с весов только от поворота зеркала, закреплённого на коромысле весов. В нашем было электромагнитное уравновешивание (вроде так, точно не помню, дело давно было)

Именно Теперь вы поняли, зачем я задался вопросом оптической регистрации? Я прикрепил структурную схему

Update (27.06.2009)
Структура дериватографа: 1 – тигель для образца; 2 – тигель для инертного вещества; 3 – фарфоровая трубка; 4 – термопары; 5 – электрическая печь; 6 – нескручивающийся провод; 7 – весы; 8 – катушка; 9 – магнит; 10 – гальванометр для ДТГ; 11 – гальванометр для Т; 12 – гальванометр для ДТА; 13 – лампы; 14 – оптическая щель; 15 – цилиндр для фоторегистрации; 16 – фотобумага.

А вот на правом коромысле что-то электрическое... Уточните по документации. Ну очень мне кажется, что есть электрический сигнал с весов.

Я банально начинаю по кругу повторять одно и тоже. Гляньте первый пост, я старался донести все там, по возможности кратко и информативно. Видимо, вышло не слишком хорошо...

Всего на дериватограмме 4 кривые. Тоже прикреплю, если у кого-то возникают проблемы с просмотром рисунков - скажите, буду перезаливать, однако ранее проблем не было...

Пока ничего не могу сказать. Схемы перед глазами нет, и идти за ней- довольно муторно.

Может удобнее использовать светодиодные линейки от телефакса,конструкция похожа,и найти можно беспроблемно,как и гальванометры от оптических осциллографов-для опытов сойдут.

Если говорить конкретно о дериватографах (то есть о приборах для дифференциально-термического анализа фирмы MOM), то ни в одной из моделей не было электромагнитного уравновешивания - везде стояли классические весы.

На правом коромысле сигнал для кривой ДТГ - скорости изменения массы (то есть первой производной от ТГ). Использование этого датчика с целью формирования сигнала для построения кривой ТГ, на мой взгляд, менее целесообразно, чем тот способ, который я предложил ранее.