Например TDA7294

Форум РадиоКот • Просмотр темы - Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
Форум РадиоКот
Здесь можно немножко помяукать :)



Текущее время: Чт апр 22, 2021 01:42:53

Часовой пояс: UTC + 3 часа


ПРЯМО СЕЙЧАС:



Начать новую тему Эта тема закрыта, Вы не можете редактировать и оставлять сообщения в ней.  [ Сообщений: 42 ]  1, ,  
Автор Сообщение
Не в сети
 Заголовок сообщения: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Ср июл 02, 2014 12:59:56 
Мудрый кот

Карма: 59
Рейтинг сообщений: 2726
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1758
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 7
Введение
В радиолюбительском хобби 99% практических задач, связанных с измерениями силы тока, напряжения и сопротивления, решаются простыми и доступными карманными мультиметрами с разрешением 3-4 десятичных разряда. Из оставшихся задач 0,9% связаны, как правило, с наблюдением малых изменений на фоне больших постоянных величин. В таких условиях мультиметрам уже не хватает динамического диапазона, а на помощь приходит альтернативное решение в виде распространённого низковольтного 16…24-разрядного АЦП с каким-либо контроллером в придачу. И лишь в 0,1% случаев требуется полноценный прецизионный мультиметр с 5…7 десятичными разрядами шкалы результатов измерений, обладающий к тому же входным сопротивлением свыше 10 ГОм при напряжении до 12…20 В, входным током не более 100 пА, температурным коэффициентом 1…2 ppm/C и нелинейностью такого же порядка.
Конечно, если позволяет бюджет, то и эти 0,1% проблемой не являются. Тем более, что выбор прецизионных мультиметров сейчас весьма широк (http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=10&t=103615). Но мы же не ищем лёгких путей, правда? Почему бы не потратить с пользой немного времени и не смастерить какую-никакую, а собственную конструкцию, которая бы с одной стороны удовлетворяла всем требованиям, а с другой – не содержала ничего лишнего? Если ответ положительный, тогда за работу!
Первым делом посмотрим на типичную структурную схемы мультиметра, хотя бы на примере отечественного В7-64:

Изображение

Что является в ней самым важным узлом? Конечно же аналого-цифровой преобразователь. Именно АЦП своими метрологическими характеристиками определяет и лимитирует характеристики прибора в целом. Иными словами, долгосрочная стабильность, НЧ шум, температурный коэффициент и прочие показатели в различных режимах и на различных пределах измерения мультиметра могут быть хуже, чем у АЦП, но никак не лучше их. С этим обстоятельством связан один распространённый рекламный жаргонизм «базовая погрешность», под которой обычно понимается предел допускаемой относительной погрешности измерения в наиболее благоприятных для рекламодателя условиях. Последние как раз соответствуют таким режимам и пределам измерения, когда различного рода функциональные преобразователи – надстройки над АЦП – привносят наименьший вклад в ухудшение метрологических характеристик оного.
Анализ схемотехники «взрослых» мультиметров позволяет разделить их на две большие группы. В первую попадают приборы, в которых АЦП реализован на дискретных компонентах и работает, как правило, по сложному запатентованному алгоритму. Повторение таких АЦП в любительских условиях сродни экстремальным видам спорта: очень увлекательно, но результат не всегда положительный. Их мы рассматривать не будем.
Ко второй группе относятся мультиметры, в которых за основу взят какой-либо из серийных АЦП, а остальные узлы адаптированы к характеристикам выбранного чипа. Адаптация в первую очередь связана с тем, что 20…28-разрядных интегрирующих АЦП с диапазоном входных напряжений +/– 12…20 В просто не существует в природе. Тоже самое относится и к напряжению ИОН, которое для отработанных и наиболее стабильных схем источников составляет от 7 В и более. Другие показатели АЦП, такие, как шум, дифференциальная нелинейность и температурный коэффициент, не столь критичны и могут быть при необходимости программно скорректированы за счёт алгоритмов фильтрации результатов преобразования и введения поправок.
Номенклатура типов АЦП для некоторых моделей мультиметров приведена в таблице:

Изображение

Что ж, основная идея понятна: первым делом выбрать АЦП исходя из сформулированных технических требований к прибору, далее выбрать и согласовать по уровню источник опорного напряжения, в последнюю очередь придётся спроектировать входной масштабирующий или буферный усилитель для АЦП. Всё остальное – это функциональные преобразователи (RMS вычислитель, источник тока и т.д.) состав которых зависит от решаемой с помощью проектируемого мультиметра задачи. В крайнем случае их может не быть вообще, при этом мультиметр вырождается в многопредельный (или даже однопредельный) широкодиапазонный вольтметр постоянного тока. Как раз с последнего варианта я и предлагаю начать.
Теперь несколько слов о техническом задании на проектирование. Поскольку сам по себе вольтметр (и уж тем более мультиметр) мне не требовался, задание формулировалось исключительно с позиций спортивного интереса. В первом приближении оно звучало так: разработать конструкцию простого вольтметра постоянного тока с пределом измерения +/– 12…20 В и метрологическими характеристиками, не уступающими соответствующим характеристикам аналогичного предела измерения 7,5-разрядных мультиметров среднего уровня Keithley 2001 и Keithley 2010. Численные значения приведены в соответствующих спецификациях мультиметров, а порядок их величин указан в первом абзаце статьи.
После расчётов и моделирования узлов ИОН и входного усилителя, я набросал в PCAD’е принципиальную схему базового блока мультиметра (по сути вольтметра), провёл выбор и характеристические испытания наиболее ответственных компонентов, оттрассировал и изготовил печатную плату. Что получилось в конечном итоге, видно из следующих иллюстраций.

Компоновка узлов на печатной плате:

Изображение
1 – входной усилитель (в режиме повторителя); 2 – вспомогательный усилитель защиты; 3 – делитель 1:10; 4 – разъём дочерней платы и буферы АЦП; 5 – АЦП; 6 – изолированный интерфейс АЦП; 7 – ИОН; 8 – источник потенциала виртуальной земли АЦП; 9 – стабилизаторы питания

Внешний вид конструкции:

Изображение Изображение Изображение

Изображение Изображение Изображение

Изображение Изображение Изображение

Описание конструкции
В качестве АЦП рассматривались два варианта: ADS1282 и ADS1256. Выбран был первый. Не самый дешёвый, но у него было одно важное преимущество – он был в наличии, что согласитесь для маленького городка с одним единственным магазином радиотоваров немаловажный фактор :) ADS1282 позволяет использовать внешний ИОН с выходным напряжением до 5 В и имеет дифференциальные входы обоих каналов. Последнее – настоящая головная боль, т.к. для вольтметра не даёт ровным счётом ничего, кроме сложностей согласования с входным усилителем. В конце концов от дифференциального режима АЦП пришлось отказаться, а для питания всей аналоговой части использовать отдельную обмотку трансформатора и организовать виртуальную землю на U26 с потенциалом, равным середине диапазона рабочих напряжений по входам АЦП. Чем аукнулось такое «упрощение» – об этом будет сказано ниже, при анализе результатов тестирования.
ИОН собран по классической схеме компенсационного стабилизатора напряжения. Опорным элементом в нём является термокомпенсированный стабилитрон 1N829, оставшийся среди запчастей 8,5-разрядного Solartron 7081 после модернизации. В обратной связи ОУ включен статистический делитель в виде тонкоплёночной резисторной сборки U1 типа КМ308НР1 первой группы точности (хотя последнее и вовсе не нужно). Опорное напряжение снимается непосредственно со стабилитрона и масштабируется резисторным делителем R6 - R8 до уровня 4,9 В. Фольговые резисторы в делитель проходили предварительное испытание в термокамере и подбирались по минимальному результирующему температурному коэффициенту деления.
Входной усилитель 7,5-разрядного вольтметра – наиболее сложный и ответственный узел. Если попытаться подобрать для этого узла эквивалент среди интегральных операционных усилителей, то к последним будут предъявляться прямо-таки невероятные требования: входной ток при комнатной температуре до 100 пА, температурный коэффициент напряжения смещения < 1 мкВ/С, двойная амплитуда НЧ шумов < 1 мкВ, размах входного напряжения до 30…45 В, гарантированный коэффициент подавления синфазной составляющей > 130 дБ. Вместе с тем, в приборах такого типа давно используется известный схемотехнический приём, позволяющий ослабить критерии выбора ОУ – усилитель со «следящими» источниками питания [1, с. 17]. Простейший вариант его реализации представлен на фрагменте принципиальной схемы калибратора Valhalla 2720GS:

Изображение

На этой схеме основной ОУ IC4 питается от вспомогательного источника питания в виде двуполярного стабилизатора IC2 и IC3, потенциал общей шины которого определяется величиной напряжения на выходе буферного повторителя IC1 с полевыми транзисторами на входе. Таким образом обеспечивается расширенный диапазон входных напряжений и близкое к нулю значение синфазной составляющей сигнала.
В предлагаемой схеме основной усилитель работает в режиме повторителя и собран на чоппер-ОУ U6 типа LTC1052. Следящее питание для него обеспечивается U4 LF355 с параметрическими стабилизаторами на выходе. U4 в данном случае работает сразу на 3 фронта: как формирователь потенциала на защитных дорожках вокруг высокоимпедансных входных цепей, как источник «следящего» питания для самого себя и U6, как формирователь потенциалов для работы схем компенсации входного тока R12, R14, R24, R25 и защиты входа от перенапряжения U10-U13, R15. При необходимости может быть добавлена ещё одна профессия – задатчик следящего потенциала затворов ключей на полевых транзисторах для коммутации выхода усилителя на какие-либо другие функциональные узлы (преобразователи).
Пару слов о защите входа. В те моменты, когда входное напряжение не превышает порога защиты (т.е. менее 17 В), разность потенциалов на транзисторах U10 и U11 в диодном включении не превышает несколько десятков милливольт, а сила тока через них – несколько пикоампер. Таким образом в штатном режиме работы вольтметра U10 и U11 не создают дополнительную нагрузку на вход. За неимением указанных на схеме транзисторов PN(2N)4117 я использовал отечественную сборку КПС104, которая оказалась даже лучше: ток утечки < 1 пА при напряжении Uзи=0,1 В.
Нагрузкой входного усилителя служит делитель напряжения 1:10 на резисторах R9 и R10. Именно таким образом масштабируется диапазон входных напряжений вольтметра к диапазону входных напряжений выбранного АЦП в квазидифференциальном включении. К подбору резисторов в делителе предъявляются ещё более высокие требования, чем в узле ИОН. Мало получить долговременную стабильность и температурный коэффициент деления не хуже 1 ppm/C, важно минимизировать нелинейность коэффициента деления и его дрейф в силу эффекта саморазогрева от протекающего рабочего тока делителя. Оптимальным вариантом был бы малогабаритный микропроволочный или фольговый делитель из резисторов с одним основании и в одном корпусе. К сожалению такого у меня не нашлось, поэтому пришлось подбирать индивидуальные резисторы в пары по близкому ТКС. Первый блин (пара резисторов) оказался комом. Они оба имели ТКС –3,3 ppm/C в диапазоне рабочих температур, но я совершенно не учёл в расчётах величину теплового сопротивления и изменение температурного режима из-за саморазогрева. В результате при скачкообразном изменении входного напряжения от 0 до 10 В установление показаний с допуском 1 ppm происходило несколько минут, что уж говорить про интегральную нелинейность. Уменьшить рассеиваемую мощность я не мог, поскольку ограничен в бОльших номиналах резисторов, да и место на плате есть только на 2 корпуса. Поэтому принял временные полумеры в виде замены R9 и R10 на резисторы такого же номинала, но нулевым ТКС верхнего плеча делителя и в 2 раза меньшим ТКС нижнего плеча.
Далее по схеме перед входом АЦП установлены два ОУ U7:A и U7:B (по одному на каждый канал АЦП), совмещающие функции буфера и фильтра, отсекающего высокочастотную часть спектра входного сигнала. Требования к этим ОУ ещё более жёсткие. Показатели температурного и временного дрейфов, амплитуда НЧ шумов – всё это становится в 10 раз важнее, т.к. во столько же раз уменьшается диапазон рабочих напряжений по сравнению со входом вольтметра. Лишь одно требование более не является критичным – напряжение питания.
Входы буферов выведены на разъём P1, который позволяет либо подключить дочернюю плату с функциональными преобразователями, либо с помощью перемычек вручную назначить источник сигнала для каждого входа. Это может быть выход делителя 1:10, вход делителя 1:10 (для реализации предела измерения +/–2 В), выход датчика температуры LM35, расположенного в непосредственной близости опорного стабилитрона, или сигнальный ноль.
Питание аналоговых и цифровых цепей осуществляется от двух независимых обмоток трансформатора. Третья обмотка (на схеме не показана) служит для питания гальванически изолированных от основного блока вольтметра микроконтроллера ATmega103 с индикатором.
Поскольку передо мной не стояло задачи создать законченное устройство, штатный микроконтроллер я не задействовал, а подключил вольтметр на время тестирования к одноплатному промышленному микрокомпьютеру через интерфейс Centronics. Программа на скорую руку написана на жуткой смеси ассемблера с паскалем и работает в жёстком реальном времени. К сожалению мне не удалось понять причины, по которой теряется (в виде фантомного) каждое второе прерывание по готовности результатов преобразования. Из-за этого фактическое быстродействие вольтметра снижено в 2 раза.

Результаты испытаний
Скажу заранее, что цель проекта была достигнута в полном объёме. Характеристики прототипа вольтметра с хорошим запасом вписываются в рамки Keithley 2001 и Keithley 2010. При этом стоит заметить, что особых мер по экранированию, минимизации термоЭДС, защите от конвекционных потоков не предпринималось. К тому же настройка рабочего режима стабилитрона в ИОН не проводилась (хотя она и предусмотрена), а средства для внутренней самокалибровки вольтметра просто отсутствуют.

Входной ток рассчитывался путём замыкания входа предварительно прогретого вольтметра (после калибровки нуля) прецизионным резистором с номиналом 1 МОм. Показания прибора в мкВ численно равны величине входного тока в пА. Полученное значение 60…70 пА несколько больше ожидаемого, к тому же оказалось, что его невозможно скомпенсировать, т. к. потенциометр R25 уже находится в крайнем положении.
Входное сопротивление определялось по результатам расчёта падения напряжения на резисторе номиналом 1 МОм, включенным в цепь между калибратором Datron 4000A и вольтметром.
Приведённая дифференциальная нелинейность рассчитывалась как нормированная на напряжение 10 В величина отклонения показаний вольтметра от теоретического значения. Последнее определялось с помощью уравнения линейной регрессии, коэффициенты которого получены методом наименьших квадратов по всем экспериментальным точкам (отсчётам) в пределах от минус до плюс 16 В.
Самое большое разочарование принёс график дифференциальной нелинейности, на форму которого наложились сразу два фактора: нелинейность делителя R9-R10 и квазидифференциальное включение АЦП, при котором отлична от нуля синфазная составляющая на входах. Минимизировать нелинейность до величины 1 ppm в пределах +/–10 В получилось путём введения программной поправки. Для этого была получена матрица из 41-й пары значений напряжения на входе вольтметра и разности между ним и результатом измерения в кодах АЦП. Далее с помощью небольшой программы в MathCAD’е были вычислены параметры сглаживающего сплайна – коэффициенты кубических полиномов на каждом из 40 отрезков шкалы. Результат получился вполне удовлетворительным, хотя его стабильность в рабочем диапазоне температур ещё нужно подтвердить.
RMS и пиковая амплитуда шумов вычислялись для разного значения времени интегрирования сигнала (100, 10 и 1 PLC, т.е. периодов сетевого напряжения) и для двух условий: 1) при короткозамкнутом входе, когда влияние нестабильности ИОН вольтметра минимально; 2) при подаче на вход напряжения с лабораторного эталона 10 В. К слову, показатели шума во всех без исключения спецификациях промышленных мультиметров приводятся именно для первого случая.

Приведенная дифференциальная нелинейность, входное сопротивление, температурный коэффициент:

Изображение Изображение Изображение

RMS шумов при короткозамкнутом входе:

Изображение Изображение Изображение

RMS шумов при подключенном ко входу 10 В ИОН на базе LTZ1000:

Изображение Изображение Изображение

Измерение выходного напряжения ИОН 10 В (PLC=2,5):

http://www.youtube.com/embed/cp_0NKvAzLg

Литература
1. Щербаков В. И. Электронные схемы на операционных усилителях, 1983.


Вложения:
Комментарий к файлу: Принципиальная схема вольтметра
Принципиальная схема.pdf [104.78 KiB]
Скачиваний: 2929
Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Ср июл 02, 2014 15:54:48 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 12
Рейтинг сообщений: 63
Зарегистрирован: Пн авг 10, 2009 01:18:55
Сообщений: 4004
Откуда: Электросталь
Рейтинг сообщения: 0
Супер статейка!
почерпнул кое что для своей задумки
Сапасибо :tea:


Вернуться наверх
 

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет - любой!

Отличное качество, подтвержденное более чем 600,000 пользователей! Более 10,000 заказов в день.

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Ср июл 02, 2014 23:11:37 
Модератор
Аватар пользователя

Карма: 23
Рейтинг сообщений: 331
Зарегистрирован: Пт янв 11, 2013 19:19:26
Сообщений: 2130
Откуда: Санкт-Петербург
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1
Получил миской по аватаре (1)
Публикация Статьи в спец разделе будет? За такое точно приз будет.

_________________
=========
Правила Форума ЗДЕСЬ _____ Правила раздела БАЗАР ЗДЕСЬ _____ Если вы продаете, прочтите ЗДЕСЬ

Редко появляюсь. Если вопрос не личного характера пользуйтесь кнопкой "!".


Вернуться наверх
 
PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотровщик Gerber-файлов от PCBWay + Услуги 3D печати
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 15:19:05 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 82
Рейтинг сообщений: 1018
Зарегистрирован: Сб апр 02, 2011 12:40:46
Сообщений: 4779
Откуда: Минск
Рейтинг сообщения: 0
Приведенный график - это интегральная нелинейность?


Вернуться наверх
 
Вебинар «Решения Analog Devices для гальванической изоляции. Обзор технологий и новинок» (27.04.2021)

Компания «Компэл» и Analog Devices приглашают всех желающих 27/04/2021 принять участие в вебинаре, посвященном решениям Analog Devices для гальванической изоляции. В программе вебинара: технологии гальванической изоляции iCoupler, цифровые изоляторы, технология isoPower, гальванически изолированные интерфейсы (RS-485, CAN, USB, I2C, LVDS) и другое. Вебинар будет интересен разработчикам промышленной автоматики и медицинской техники.

Подробнее>>
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 16:05:00 
Мудрый кот

Карма: 59
Рейтинг сообщений: 2726
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1758
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 0
Да, это моя ошибка. Слово дифференциальная следовало бы заменить на интегральная, или вообще выбросить, если уж строго придерживаться ГОСТ 24736.


Вернуться наверх
 
Винтовые клеммники Degson - расширение складской программы!

Широкий ассортимент винтовых клеммников Degson включает в себя различные вариации с шагом выводов от 2,54 до 15 мм, с числом ярусов от одного до трёх и углами подключения проводника 45°, 90°, 180°. К тому же Degson предлагает довольно большой выбор клеммных винтовых колодок кастомизированных цветов.

Подробнее>>
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 17:05:41 
Открыл глаза
Аватар пользователя

Карма: 4
Рейтинг сообщений: 14
Зарегистрирован: Пн апр 06, 2009 18:32:14
Сообщений: 55
Рейтинг сообщения: 0
впечатляет.

А файл\чертёж платы будет выкладываться ?


Вернуться наверх
 


Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 17:12:00 
Мудрый кот

Карма: 59
Рейтинг сообщений: 2726
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1758
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 0
PCAD 2006: http://www.mediafire.com/download/gwfn9w0w69w5y0y/PCB.RAR


Вернуться наверх
 


Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 17:28:56 
Открыл глаза
Аватар пользователя

Карма: 4
Рейтинг сообщений: 14
Зарегистрирован: Пн апр 06, 2009 18:32:14
Сообщений: 55
Рейтинг сообщения: 0
Mickle, спасибо :beer:


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пн июл 14, 2014 09:11:40 
Мудрый кот

Карма: 59
Рейтинг сообщений: 2726
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1758
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 1
Поколдовав часок в Маткаде, подобрал новую пару резисторов для делителя R9-R10 (20к/2к) и рассчитал сопротивление компенсирующего резистора в верхнем плече делителя. Последний скручивается из сложенного вдвое мерного отрезка медной проволоки ПЭВ-2 0,08 (ТКС=4300 ppm/C) и имеет тепловой контакт с R9-R10. Что получилось - видно из графиков. Если раньше температурная зависимость показаний вольтметра была строго линейной с ТКН=-1 ppm/C и коэффициентом корреляции Пирсона 0,99, то после переделки делителя достоверно определить ТКН вообще не удалось, настолько малой стала его величина (<0,1 ppm/C).

Изображение Изображение


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пн июл 14, 2014 14:02:33 
Мучитель микросхем
Аватар пользователя

Карма: 7
Рейтинг сообщений: 428
Зарегистрирован: Вт фев 03, 2009 05:16:25
Сообщений: 425
Откуда: Kiev
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1
Получил миской по аватаре (1)
Здорово, как всегда Mickle на своем собственном уровне радиолюбительства :).

Если не секрет, сколько времени ушло на реализацию мультиметра, считая от идеи до работающего железа?
И как с влиянием нагрева от преобразователей питания на измерительную схему, ведь на плате все скомпоновато достаточно близко?

_________________
Keithley 2002,2001


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пн июл 14, 2014 15:06:00 
Мудрый кот

Карма: 59
Рейтинг сообщений: 2726
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1758
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 0
3 года назад украинский коллега помог с приобретением чипа АЦП. Год назад на этом форуме разжился симпатичными корпусами. Всё остальное, в том числе моделирование узлов, подбор компонентов, изготовление платы, написание ПО отняло не менее 3-х недель перед началом отпуска.
Монтаж и вправду оказался очень тесным, температура внутри корпуса выше комнатной на 10-12 градусов. Но поскольку аналоговая плата потребляет незначительный ток, интенсивность тепловых источников (коими моделируются стабилизаторы) также невелика. Ради интереса я проводил испытания при разных напряжениях в сети (конструкция запитана через многообмоточный трансформатор гальванической развязки). В конечном итоге пришёл к выводу, что вклад узловых источников погрешности в общую функцию преобразования вольтметра линейный и аддитивный. Т.о. при условии стационарного теплового режима прибора не имеет значения в каком узле будет вводиться температурная коррекция. Подобный подход был использован в ИОН калибраторов Datron серии 4000 и мере напряжения Н4-100 МНИПИ.
Хуже всего дело обстоит с участком схемы между делителем напряжения 1:10 и входом АЦП. Резкая смена величины напряжения на входе делителя от 0 до максимума (и наоборот) приводит к изменению теплового режима делителя и буферного ОУ, появлению нескомпенсированной термоЭДС в цепи. Величина последней составляет 1-2 мкВ в начальный момент времени и исчезающе малой через 3-5 минут. Для вольтметров с дискретным АЦП и динамическим диапазоном интегратора в десяток-другой вольт такое смещение нуля было бы просто незаметным (0,1-0,2 ppm). В моём же случае каждый микровольт - это 1 ppm :?


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 09:12:44 
Мудрый кот

Карма: 59
Рейтинг сообщений: 2726
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1758
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 3
Проект завершён.

Изображение Изображение Изображение

Изображение Изображение Изображение

http://youtu.be/15n9FQi4Z5o (минутный видеоролик)


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 10:34:42 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 12
Рейтинг сообщений: 63
Зарегистрирован: Пн авг 10, 2009 01:18:55
Сообщений: 4004
Откуда: Электросталь
Рейтинг сообщения: 0
:o просто ахринительно/афигительно
Я тоже такой хочу :love: :)))


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 11:19:27 
Модератор
Аватар пользователя

Карма: 23
Рейтинг сообщений: 331
Зарегистрирован: Пт янв 11, 2013 19:19:26
Сообщений: 2130
Откуда: Санкт-Петербург
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1
Получил миской по аватаре (1)
Смело на конкурс.

_________________
=========
Правила Форума ЗДЕСЬ _____ Правила раздела БАЗАР ЗДЕСЬ _____ Если вы продаете, прочтите ЗДЕСЬ

Редко появляюсь. Если вопрос не личного характера пользуйтесь кнопкой "!".


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 17:52:13 
Опытный кот
Аватар пользователя

Карма: 7
Рейтинг сообщений: 258
Зарегистрирован: Сб фев 20, 2010 03:11:56
Сообщений: 711
Откуда: EU
Рейтинг сообщения: 0
Михаил - опять радуете, думал цифровой части не будет :))
А из каких соображений выбирался процессор и дисплей ?
Из того что вам было сподручней и более знакомо для написания ПО ?
Vref просто перекочевал в новый корпус или что-то дополненно/изменено?
Извинясь сразу за любопытство,если что.


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 22:39:25 
Мудрый кот

Карма: 59
Рейтинг сообщений: 2726
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1758
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 1
Жалко стало бросать проект на полпути и разбирать на запчасти. Подумал, может быть всё таки кому-то и пригодится.

Цифровая часть для меня оказалась даже сложнее, чем аналоговая. Сказалось то, что я не программист и даже не электронщик, с контроллерами никогда дела не имел, а на C последний раз писал 15 лет назад. Пришлось начинать всё с чистого листа и пару вечеров посвятить изучению архитектуры МК и освоению среды разработки, в качестве которой взял Avr Studio 4. Ко всему прочему смонтированная в приборе отладочная плата с ATMega128 оказалась неисправна. Почему и как это произошло - не знаю. Много лет она проработала интерфейсом к винтажной координатно-измерительной машине DEA GAMMA и вдруг замолчала навеки. Даже собранный на макетке Atmega fusebit doctor не смог до МК достучаться. :( Ну да ладно, в запасе были несколько давным-давно купленных впрок атмег, среди которых ATMega32 вполне подошла на замену по своим характеристикам.
Впрочем, сложности на этом не закончились. Ввиду отсутствия полноценного программатора был изготовлен простейший шнурок к LPT и скачан Uniprof. Но для того, чтобы подружить их с платой PCI-LPT в моём настольном ПК пришлось изрядно попотеть над допиливанием написанием патча к LPTWDMIO.SYS, а после этого решить проблему некорректности расчёта задержек и, как следствие, неустойчивости программирования МК на двух(много)ядерной домашней машине.
Ещё неделя понадобилась на написание и отладку всех интерфейсных процедур и обработчиков прерываний. В конечном итоге был реализован только основной функционал вольтметра, включающий режимы калибровки (секретной клавишей при запуске), измерения, меню выбора PLC и разрядности результата на дисплее с сохранением настроек в EEPROM. UART интерфейс в приборе задействован только на вывод показаний в реальном времени с целью ведения логов и сбора статистики. Что осталось за бортом? Практически всё :) А именно:
- Не реализована программная линеаризация АЦП. Для обсчёта сглаживающих кубических сплайнов в float64 формате у атмеги просто не хватает производительности. В результате INL может быть до 5-7 ppm (не проверял).
- Нет индикации перегрузки и режима относительных измерений (просто забыл про них).
- АЦП работает с настройками по умолчанию. Коррекция дрейфа нуля входным мультиплексором не выполняется, частота сэпмлирования, фильтры и пр. настройки не изменялись и не оптимизировались.
- Второй канал АЦП с предусилителем не задействован вообще, как и возможность 10-кратного повышения чувствительности основного канала.
- Не используются датчики температуры на цифровой и аналоговой платах. В первом случае DS1820, во втором - LM35 под одной крышей с прецизионным стабилитроном.
- Остались свободны 8-разрядный порт на атмеге и верхний ярус аналогового блока для размещения на нём какой-либо платы расширения (True-Ohm, RMS, DAC и т.п.). С той же целью на лицевой панели оставлен без присмотра 4-х контактный фирменный разъём.

Впечатления от работы прибора в принципе можно назвать положительными, хотя думаю, что долго он у меня не задержится. При времени интегрирования 1 PLC (50 изм./сек) на дисплее честные 6 десятичных разрядов с шумом в 1 единицу без какой-либо фильтрации или усреднения. При 100 PLC (0,5 изм./сек) шум становится на порядок меньше и можно уверенно работать с 7-разрядной шкалой. В общем получился эдакий конструктор с изрядной долей творческой составляющей. Для самообразования он вполне подходит, а вот как полноценный измерительный прибор - навряд ли. ИМХО, для этого лучше приобрести что-то из б/у "классики" HP, Solartron, Keithley и т.п. Получится не намного дороже, зато с известными метрологическими характеристиками.

Изображение Изображение


Вложения:
Комментарий к файлу: Sprint Layout 6, sPlan 7
PCB Digital.rar [73.75 KiB]
Скачиваний: 718
Комментарий к файлу: Avr Studio 4
Firmware.rar [66.19 KiB]
Скачиваний: 631
Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 22:46:57 
Друг Кота
Аватар пользователя

Карма: 12
Рейтинг сообщений: 63
Зарегистрирован: Пн авг 10, 2009 01:18:55
Сообщений: 4004
Откуда: Электросталь
Рейтинг сообщения: 0
Цитата:
Подумал, может быть всё таки кому-то и пригодится................думаю, что долго он у меня не задержится

:love:
если надумаете продавать, то я первый :music: :write:


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Вс авг 17, 2014 07:43:13 
Мучитель микросхем
Аватар пользователя

Карма: 7
Рейтинг сообщений: 428
Зарегистрирован: Вт фев 03, 2009 05:16:25
Сообщений: 425
Откуда: Kiev
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1
Получил миской по аватаре (1)
А я получается второй. :kill: Приобрел бы в образовательно-сравнительных целях, интересно было бы сравнить с моим медленно-текущим поделием с LTZ1000 (заказал пять ИОНов с сайта Linear на прошлой неделе, да и резисторы VHP202/203 еще дошли немного уже) + LTC2442 + LTC2756.

Да и с цифрой проблем особых нет, всяких Cortex-M3/ARM7 и ALTERA Cyclone впрок под рукой :)))

_________________
Keithley 2002,2001


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пн авг 18, 2014 09:41:55 
Модератор
Аватар пользователя

Карма: 61
Рейтинг сообщений: 919
Зарегистрирован: Чт сен 18, 2008 12:27:21
Сообщений: 17516
Откуда: Столица Мира Санкт-Петербург
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1
Получил миской по аватаре (1)
А что за хуёвина с чёрным круглым радиатором (?) наверху?

_________________
[ Всё дело не столько в вашей глупости, сколько в моей гениальности ] [ Правильно заданный вопрос содержит в себе половину ответа ]
Могу не отвечать пару месяцев, не беспокойтесь.


Вернуться наверх
 
Не в сети
 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками
СообщениеДобавлено: Пн авг 18, 2014 10:00:15 
Мудрый кот

Карма: 59
Рейтинг сообщений: 2726
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1758
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 0
Low-drop стабилизатор PQ30RV21.


Вернуться наверх
 
Показать сообщения за:  Сортировать по:  Вернуться наверх
Начать новую тему Эта тема закрыта, Вы не можете редактировать и оставлять сообщения в ней.  [ Сообщений: 42 ]  1, ,  

Часовой пояс: UTC + 3 часа


Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: Bing [Bot], bsw_m, Vla2366 и гости: 7


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  


Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y