Hallo, ich würde gern ein Linearpotentiometer verwenden um einen Länge zu messen. Die Werte sollen über einen langen Zeitraum protokolliert werden, also brauch ich einen Referenzspannungsquelle und einen ADA, das Poti wird einfach als Spannungsteiler geschaltet. Soweit alles kein Problem, hab ich schon gemacht, einzig die erforderliche Genauigkeit und Langzeitstabilität macht mir hier sorgen. Ich hätte gern min. 16 bit Auflösung, wobei ich min. 15 signifikante Bits möchte, also eine echte Genauigkeit von 15 Bit. Wie schätzt Ihr die Realisierbarkeit ein? Bekommt man das mit halbwegs einfachen Mitteln hin? Irgendwelche Tipps für die Auswahl von AD Wandler und Referenzspannungsquelle? Die ganze Geschichte muss nicht billig werden, die Potis sind eh teuer, nur die 500-1000 EUR pro Kanal, die der Potihersteller für seine Lösung will ist etwas arg happig weil den ganze Kram 20mal brauche. Ein einziger Messkanal mit Multiplexer ist eher keine Lösung, weil etwas unflexibel und weil sich dadurch sehr lange Leitungswege ~10m ergeben würden. Das wohl größte Problem dürfte der große Temperaturbereich werden. Die Schaltung muss von -24 bis 80°C funktionieren und die 15 bit liefern, am besten ohne, dass man sie für verschiedene Temperaturen kalibrieren muss. Sollte man sie vielleicht einfach auf immer auf 80°C heizen? Das wäre wohl schon machbar, aber ist das der richtige weg, oder gibt’s Referenzspannungsquellen deren Temperaturdrift so klein ist, dass man sie sogar bei -24 bis 80°C vernachlässigen kann? Wie würdet Ihr so was angehen? Grüße Flo
Hallo Michael
> Um welche Längenmessung (Betrag) geht es denn?
So ca. 30mm.
Grüße
Flo
Hallo schließe das Poti mit dem oberen Ende an die Referenz des AD-Wandlers und das untere Ende an Ref-GND. Dann ist die Genauigkeit der Referenz egal.
Bei 30 mm Weg und 15 bit Auflösung gibt das: 0.03m/32768 -> ca. 1um Bist du sicher das das Linearpoti 1 um überhaupt auflöst? Das ist ja mal knapp die doppelte Lichtwellenlänge des sichtbaren Lichts.
Hallo
> Bist du sicher das das Linearpoti 1 um überhaupt auflöst?
Berechtigte Sorge, und ich war zu Beginn meiner Recherche auch
überrascht, aber es gibt Linearpotis, die diese Auflösung schaffen, auch
reproduzierbar. einzig die Linearität ist da schon arg an der Grenze,
aber das ließe sich, bei Bedarf durch Kalibrieren des Potis in den Griff
bekommen. Das hätte den Vorteil, dass ich erst mal ohne Kalibrierung
loslegen könnte, die Genauigkeit liegt dann vielleicht nur bei 5µm, wenn
das nicht reicht kalibriere ich die Potis un komme auf 1mµ. Ich würde
die AD Wandlerlösung gern gleich so auslegen, dass sie diese Reserve
bietet, auch wenn ein 13bit Wandler natürlich erheblich leichter zu
realisieren wäre. Der ADC selbst scheint ja eh weniger das Problem zu
sein, mindestens laut Datenblatt gibt's da ja tolle Sachen, 24bit
Wandler, die 23bit effektiv schaffen und so. Schwierig wird die
Versorgung für das Poti und die Referenz. Oder? Ah ja und das
Temperaturproblem natürlich, da hab ich keine Erfahrung, wie man sowas
am besten in den Griff bekommt.
Grüße
Flo
Florian Rist wrote: > Hallo > >> Bist du sicher das das Linearpoti 1 um überhaupt auflöst? > > Berechtigte Sorge, und ich war zu Beginn meiner Recherche auch > überrascht, aber es gibt Linearpotis, die diese Auflösung schaffen, auch > reproduzierbar. einzig die Linearität ist da schon arg an der Grenze, > aber das ließe sich, bei Bedarf durch Kalibrieren des Potis in den Griff > bekommen. Das hätte den Vorteil, dass ich erst mal ohne Kalibrierung > loslegen könnte, die Genauigkeit liegt dann vielleicht nur bei 5µm, wenn > das nicht reicht kalibriere ich die Potis un komme auf 1mµ. Ich würde > die AD Wandlerlösung gern gleich so auslegen, dass sie diese Reserve > bietet, auch wenn ein 13bit Wandler natürlich erheblich leichter zu > realisieren wäre. Der ADC selbst scheint ja eh weniger das Problem zu > sein, mindestens laut Datenblatt gibt's da ja tolle Sachen, 24bit > Wandler, die 23bit effektiv schaffen und so. Schwierig wird die > Versorgung für das Poti und die Referenz. Oder? Ah ja und das > Temperaturproblem natürlich, da hab ich keine Erfahrung, wie man sowas > am besten in den Griff bekommt. > > Grüße > Flo Wie schon oben angedeutet, ratiometrische Messung. 1. Stabile Referenz, die Wandler/Referenzeingang und Poti versorgt. oder 2. Stabilerer Referenzwiderstand (z.B. Vishay VSMP) + einfache Konstantstromquelle (oder einen AD-Wandler mit integrierter CS)
Ich würde eine Längenmessung auf jeden Fall nicht mit einem Poti realisieren. Nur mal so angedacht : 1. Was für eine Auflösung haben GUTE optische Mäuse? 2. Sehr feines Streifenmuster welches optisch abgetastet wird.
Wie wärs alternativ mit der Abtastung eines optischen Gitters? Der Ausdehnungskoeffizient von Glas ist bekannt. Da sind 1 um "relativ" bequem realisierbar ;-) Hauptvorteil ist der digitale Charakter dieses Verfahrens.
Andere Idee: Linearantrieb Ein Motor treibt eine Gewindestange an mit z. B. einer Steigung von 0,5mm. An dem Motor ist ein Istwertgeber mit 1000 Impulsen pro Umdrehung angeflanscht. Das ergäbe eine Auflösung von 60000/30mm = 2µm. Problem wird die Mechanik sein. MW
@ Michael Wilhelm (Gast) >Ein Motor treibt eine Gewindestange an mit z. B. einer Steigung von >0,5mm. An dem Motor ist ein Istwertgeber mit 1000 Impulsen pro Umdrehung >angeflanscht. Das ergäbe eine Auflösung von 60000/30mm = 2µm. ??? Grundrechenarten? Ich komm da auf 0,5mm / 1000 Pulse = 0,5 um / Puls >Problem wird die Mechanik sein. Wohl wahr. MFG Falk
Hallo, danke für die rege Beteiligung. @ Obelix > 1. Was für eine Auflösung haben GUTE optische Mäuse? Um die 800 dpi, oder? Das wären 3,2µm, klingt nicht schlecht. Ich kann mir aber nicht vorstellen, dass sich die geforderte Reproduzierbarkeit und Linearität auch nur annähernd realisieren lässt. > 2. Sehr feines Streifenmuster welches optisch abgetastet wird. Kann man machen, mit Glasmaßstab und so kommt man da sogar über 1µm Genauigkeit, aber die Leseköpfe sind zu groß (jedenfalls die die ich kenne) und dann wär’ da noch der Preis, da kommt man kaum unter 500-1000 EUR weg. Ein Linearpoti mit 1µ Auflösung gibt schon für 170 EUR. Die Maßstabsgeschichten (gibt auch Systeme mit magnetischem Maßstab, billiger, unempfindlicher, weniger genau, eher >5µm) sind interessant, wenn lange Strecken gemessen werden müssen. Das Größte Problem in meinem speziellen Fall ist, dass es eine recht präzise Führung zwischen Kopf und Maßstab braucht. Die müsste ich erst bauen. Bei einem Poti ist die schon 'drin'. Die bezahlbaren Systeme mit magnetischem Maßstab funktionieren alle nicht unter 0, spätestens bei -10°C ist Schluss. Der Temperaturbereich von Potis gehen bis -40°C runter und wenn’s sein auch bis 120 °C rauf. @ Ekschperde > Wie wärs alternativ mit der Abtastung eines optischen > Gitters? Der Ausdehnungskoeffizient von Glas ist bekannt. > Da sind 1 um "relativ" bequem realisierbar ;-) Stimmt, aber es wird schnell groß, zu groß, und teuer, sehr teuer. Ich bauch' 20 Aufnehmer. @ Michael Wilhelm > Ein Motor treibt eine Gewindestange an mit z. B. > einer Steigung von 0,5mm. An dem Motor ist ein Istwertgeber > mit 1000 Impulsen pro Umdrehung angeflanscht. Das ergäbe > eine Auflösung von 60000/30mm = 2µm. > > Problem wird die Mechanik sein. Richtig. Für meinen Fall wird’s zu groß werden. Und bei 2µm Auflösung muss die Geschichte echt verdammt spielfrei sein. Es gibt solche Linearantriebe, bauen kann man das, auch noch viel besser, wenn’s sein muss. Aber es wird groß und teuer. Und das System bräuchte noch einen Taster und eine Regelschleife, der Taster müsste eine Schaltschwelle haben, die deutlich unter 2µm genau reproduzierbar ist, machbar aber nicht ganz unproblematisch. Insgesamt scheinen mir die Linearpotis eine ganz gute Möglichkeit zu sein. Vielleicht kämen noch Induktive Aufnehmer in Frage. Das ist im Prinzip eine Tauchspule, der Anker wird mehr oder weniger weit herausgezogen, verändert die Induktivität der Spule, die Induktivität wird gemessen, daraus der Weg errechnet. So sind sehr kleine, leichte Sensoren möglich (kleiner als Lin.Potis). Leider sind die erreichbaren Genauigkeiten deutlich schlechter als bei Potis und die Auswertung ist auch eher aufwändiger. Es ist glaub ich leichter den Widerstand genau zu messen, als die Induktivität. Oder? Die Induktivität könnte man wohl über die Eigenfrequenz eines Schwingkreises messen, das hätte den Vorteil, schon quasi digital zu sein (Zähler). Da müsste man dann aber die Aufnehmer ziemlich sicher Kalibrieren und wohl leider auch bei verschiedenen Temperaturen um wenigstens auf 5µm Genauigkeit zu kommen. Grüße Flo
> Temperaturbereich von Potis gehen bis -40°C runter und wenn’s sein auch > bis 120 °C rauf. Da hast du aber auch gute Widerstands-Tolleranzen. Gegenüber den 16Bit wird der Temperaturdrift sehr groß sein.
Hallo Obelix >> [-40 - 120 °C] > > Da hast du aber auch gute Widerstands-Tolleranzen. Gegenüber den > 16Bit wird der Temperaturdrift sehr groß sein. Ist kein so großes Problem, weil das Poti als Spannungsteiler beschaltet wird und da gleicht sich das aus. Grüße Flo
Hallo, ich nochmal. Um mal auf das ADC Problem zurückzukommen. Mir scheinen Präzisionsvoltmeter eher Dual Slope Wandler als Delta Sigma ADCs zu enthalten. Warum? Die Delta Sigma Wandler versprechen (im Datenblatt) eigentlich die höhere Auflösung und auch eine größere Linearität. Ich hab z.B. das Signal eines Drucksensores mit einem ADS1210 digitalisiert, das ist ein 24 bit Delta Sigma Wandler mit einer Linearität von 0.0015% (10ppm) der angeblich bis zu 23 bit effektive Auflösung liefern kann. Die Genauigkeit hängt dann doch nur noch von der güte Referenzspannung und von der Stabilität des Taktes ab, oder? Den Takt mit besser als mit 15ppm bereitzustellen sollte machbar sein, mit der Ref.Spannung ist das schwieriger, da ist man schnell allein bei einer Temperaturabhängigkeit von 10ppm/°C. Mit einem Dual Slope Wandler hat man aber ja die gleichen Probleme, hängt immer alles von Takt und Referenz ab. Welches Wandlerprinzip wäre denn hier empfehlenswert? Egal wie, es bleibt das Takt- und Referenzspannungsproblem. Ich könnte den Takt und die Referenzspannung von "aussen" aus einem Bereich mit 21°C +/- 1C° zuzuführen. Mit dem Takt scheint das noch reicht einfach zu sein, bei der Spannung bin ich mir nicht so sicher, ob ich die über sagen wir mal 10m Kabel an 20 Punkte bringen kann. Geht so was? Man könnte diese Referenzversorgung belasten, dann müsste man doch wenigstens schon mal Thermospannungen erledigen können oder? Alternativ könnte man natürlich auch gleich die ganze Wandlung in angenehmen Klima (21C°) machen und das Poti über lange Kabel anschließen? Bleibt das gleiche Grundproblem: Bekommt man eine Spannung bei kleiner Last sauber (<15ppm) über 10m Kabel? Vielleicht könnte man auch so eine Art 4punkt Messung machen: Poti an Konstantstromquelle, 3 Messleitung die drei Anschlüsse des Potis, beide Spannungen, die an den Teilwiderständen abfallen, messen, Quotient bilden. Dann hat man aber wieder Probleme mit Thermospannungen auf den Messleitungen. Hmm. Grüße Flo
Hallo ich würde den Wandler so nah wie möglich an das Poti setzen und die Übertragung digital machen.
bei www.Silabs.com findest du MCs mit 24 bit A/D Wandler...dabei duerften wohl mit etwas Glueck und Verstand 16 brauchbare bits herausspringen. ich frage mich wie der Schleifer des pots bei -20°C verhaelt bzw nahe Null und gewisser Luftfeuchtigkeit arbeitet......16 bit ... ???
Linearmessungen macht man nicht mit einem Poti, sondern mit einem Differentialtransformer. Eine Rueckmeldung wieviele Bits ein Poti liefert waerten allerdings erwuenscht.
Hallo, danke für die vielen Ideen. @ karadur: > ich würde den Wandler so nah wie möglich an das Poti > setzen und die Übertragung digital machen. Ja, das war auch mein Gedanke, nur ist dann der Wandler in -24C° oder +80°C Umgebung. Vielleicht eben doch alles Wandler, Quarz, Referenz) auf 80°C heizen. @ lontano: > bei www.Silabs.com findest du MCs mit 24 bit A/D Wandler... Danke, werd' ich mir genau anschauen, praktische wenn der µC gleich mit drin ist. Was hältst Du denn von dem erwähnten ADS1210? Bei http://www.aldinc.com scheint es ganz interessante Dual Slope Wandler zu geben. Hat jemand eine Meinung zu diesen Wandlern? > dabei duerften wohl mit etwas Glueck und Verstand 16 > brauchbare bits herausspringen. Bei 21°C Umgebungstemperatur würde ich mir das im Moment schon fast zutrauen, bei -24°C bis 80°C sehe ich da noch schwarz, da hab ich noch keine Strategie wie man da vorgehen könnte. > ich frage mich wie der Schleifer des pots bei -20°C > verhaelt bzw nahe Null und gewisser Luftfeuchtigkeit > arbeitet......16 bit ... ??? Das ist kein Problem, weil das Klima kontrolliert ist, die Temperatur ist konstant, es gibt keine kondensierende feuchte usw. Vielleicht könnte man die Temperaturdrift von Referenzspannungsquelle und Quarz in den Griff bekommen indem man sozusagen ihre Temperaturkennlinie aufnimmt und die in das Wandlerergebnis reinrechnet? 51/2 Stelliges Voltmeter hätte ich hier, würde eigentlich schon reichen, das müsste ich aber auch mal wieder kalibrieren lassen. @ sechsmalzwei: > Linearmessungen macht man nicht mit einem Poti, sondern > mit einem Differentialtransformer. Das ist eine Methode, die Potilösung eine andere. Die Datenblätter der Aufnehmer mit Differentialtransformer lassen alle einen sehr viel stärker eingeschränkten Temperaturbereich erkennen, als die der Linearpotis. > Eine Rueckmeldung wieviele Bits ein Poti liefert > waerten allerdings erwuenscht. 15bit. :-) Von Waycon z.B. gibt's 0.05% Linearitätsfehler (also 11 signifikante bit), auf Anfrage hat man mir aber auch was von 0.01 (etwas über 13 bit) erzählt. Die erreichbare Auflösung liegt bei 30mm Weg bei <1µm. (http://www.waycon.de/linearpotentiometer.html) Einziges Problem für hochpräsisionsmessungen ist, dass die Potis altern, allerdings wird speilt da fast nur die Zahl der Bewegungszyklen eine rolle und die ist bei mir sehr klein (<50, wahrscheinlich <10). Also, die 15bit, die ich gern hätte sind nicht so unsinnig, ohne Kalibrierung bzw. Linearisierung des Potis kann ich zwar keine 15bit Genauigkeit erreichen, aber denn der ADC die 15bit liefern könnte, hätte ich die Möglichkeit zu kalibrieren, wenn das nötig ist. Grüße Flo
15bit erreicht man nicht indem man einen 16bit Wandler einsetzt. 15bit erreichen bedeutet eine Mikrometerschraube an das Poti, 5 Umdrehungen vor, 5 Umdrehungen zurueck und dann muss es auf die 15 bit stimmen. Ich denk man erreicht die 15bit nicht.
Zum ADS1210: Die Auflösung ist in Bits RMS angegeben (bei TI Effective Resolution genannt), die rauschfreie Auflösung ist um min. ~2.7 Bits (ln(6.6)/ln(2)) geringer. Alternativen wären z.B. der AD7794 von Analog, CS5534 von Cirrus oder ADS1232/34 und ADS1282 von TI (alle mit integriertem PGA) Der CS5534 ist davon der einzige der tatsächlich bis zu 23-Bit erreicht, der AD7794 ist der einzige, der eine effektive, interne Gain-Kalibrierung kennt. Referenzen mit geringer Drift sind z.B. MAX6126, ISL21007 oder ADR44x oder VRE30x/40x von Thaler. Widerstände mit sehr geringer Drift gibt's eigentlich nur noch von Vishay.
Hallo @ sechsmalzwei: > 15bit erreicht man nicht indem man einen 16bit Wandler einsetzt. 15bit > erreichen bedeutet eine Mikrometerschraube an das Poti, 5 Umdrehungen > vor, 5 Umdrehungen zurueck und dann muss es auf die 15 bit stimmen. Ich > denk man erreicht die 15bit nicht. Ah, Du meinst die Wiederholgenauigkeit wäre nicht 1µm (=15 bit bei 30mm Länge). Da hab ich nur die Aussage von einem WayCon Techniker, dass die Wiederholgenauigkeit von >1µm erreicht wird und auflösbar ist. Aber ich sollte das mal überprüfen. Der beschriebene Test lässt sich ja leicht mit einem guten Multimeter durchführen. @ Arc Net: > Zum ADS1210: Die Auflösung ist in Bits RMS angegeben > (bei TI Effective Resolution genannt), die rauschfreie > Auflösung ist um min. ~2.7 Bits (ln(6.6)/ln(2)) geringer. Ah ja, stimmt. Das hab ich bei dem schnellen Blick ins Datenblatt übersehen. Als ich ihn eingesetzt habe war mir das noch bewusst, ich erinnere mich dunkel. > Alternativen wären z.B. der AD7794 von Analog, CS5534 > von Cirrus oder ADS1232/34 und ADS1282 von TI (alle mit > integriertem PGA) Der CS5534 ist davon der einzige der > tatsächlich bis zu 23-Bit erreicht, der AD7794 ist der > einzige, der eine effektive, interne Gain-Kalibrierung kennt. Danke. Werde mir morgen die Datenblätter anschauen. ADS1232 kommt mir bekannt vor, hab ich vielleicht als alternative zum ADS1210 in Erwägung gezogen, aber dann den ADS1210, weil mir die Programmierung einfacher schien – weiß nicht mehr genau. > Referenzen mit geringer Drift sind z.B. MAX6126, ISL21007 > oder ADR44x oder VRE30x/40x von Thaler. Widerstände mit > sehr geringer Drift gibt's eigentlich nur noch von Vishay. Vielen dank für die Hinweise - Lesestoff für morgen. Was ist denn von der Idee die Referenz weit entfernt bei konstant 21°C zu haben? Könnte das sinnvoll sein? Die ganze ADC Einheit über lange Kabel ans Poti zu hängen ist wohl keine gute Idee, der empfohlene Schleifenstrom liegt bei <1µA (wenn das kein Druckfehler ist). Grüße Flo
Zum Temperaturbereich: Verwende nur Bauteile mit Automotive Freigabe ==> -40 ==> +125°C. Die Frage ist nur ob du die bei R oder C bekommst. Zur Genauigkeit: Um die 15 Bit echte Auflösung zu bekomen, wirst du eine sehr gut entworfene Leiterplatte brauchen. Diese Genauigkeit im Analogteil der Schaltung zu erreichen ist nicht mehr trivial.
Moin, =>Obelix Der ADNS 6010 von Agilent Technologies hat eine Auflösung von 2000cpi bei einer Framerate von über 7000 Aufnahmen pro Sekunde. Dieser Maussensor ist in der Lasermaus MX1000 von Logitech verbaut, soweit ich weiss. Viel Spass Stefan
> Um die 15 Bit echte Auflösung zu bekomen, wirst du eine sehr gut > entworfene Leiterplatte brauchen. Das wollte ich auch gerade sagen. :-) Bin mal gespannt wieviele Platinerevisionen er braucht bis er das sauber laufen hat. Olaf
> Vielen dank für die Hinweise - Lesestoff für morgen. > Was ist denn von der Idee die Referenz weit entfernt bei konstant 21°C > zu haben? Könnte das sinnvoll sein? Die ganze ADC Einheit über lange > Kabel ans Poti zu hängen ist wohl keine gute Idee, der empfohlene > Schleifenstrom liegt bei <1µA (wenn das kein Druckfehler ist). Ist bei PT100 üblich (vierleiter Schaltung). Allerdings würde ich einfach mal durchrechnen, welcher Fehler mit einem lokalen Referenzwiderstand zu erwarten ist.
Hallo @ Ralph > Zum Temperaturbereich: > Verwende nur Bauteile mit Automotive Freigabe ==> -40 ==> +125°C. > Die Frage ist nur ob du die bei R oder C bekommst. Ja, die Bauteile halten das schon aus, nur wie bekommt man die Drift in den Griff. Mir fällt da im Moment nur ein alles auf >80°C zu heizen, oder bei verschiedenen Temperaturen zu kalibrieren und dann später die Messungen zu korrigieren. > Zur Genauigkeit: > Um die 15 Bit echte Auflösung zu bekomen, wirst du > eine sehr gut entworfene Leiterplatte brauchen. Diese > Genauigkeit im Analogteil der Schaltung zu erreichen > ist nicht mehr trivial. Das fürchte ich auch. Glücklicherweise gibt's im Analogteil nur Gleichstrom, aber das verhindern von Einstrahlung aus dem schnellen Digitalteil wird ein Problem. @ Olaf: > Bin mal gespannt wieviele Platinerevisionen er braucht > bis er das sauber laufen hat. Die größte Sorge macht mir, ich da schon in einem Bereich bin in dem es schon sehr schwierig wird die Qualität des Aufbaus messtechnisch zu erfassen und zu kontrollieren. @ Arc Net: >> Schleifenstrom liegt bei <1µA (wenn das kein Druckfehler ist). > > Ist bei PT100 üblich (vierleiter Schaltung). Guter Hinweis, ich hab schon überlegt, wo denn sonst präzise Widerstandsmessungen gebraucht werden, aber irgendwie ist mir die Temperaturmessung mit PT100 nicht eingefallen. Der Vergleicht ist sogar sehr gut, da die Potis auch 1k Ohm gesamt Widerstand haben. > Allerdings würde ich einfach mal durchrechnen, welcher Fehler > mit einem lokalen Referenzwiderstand zu erwarten ist. Hmm? Wie meinst Du das mit dem Referenzwiderstand? Grüße Flo
> Hmm? Wie meinst Du das mit dem Referenzwiderstand? Angenommen: Konstantstromquelle + Poti + Referenzwiderstand (wie beim PT100) Vereinfacht gilt dann folgendes: ADCCode = VIN / (VREF / 2^Bits) VIN = RPOTI * IKonst VREF = RREF * IKonst Also ADCCode = RPOTI * IKonst / (RREF * IKonst / 2^Bits) ADCCode = RPOTI * 2^Bits / RREF Die Rechnung die die Software mit dem nominellen Referenzwiderstandswert macht ist also: RPOTI = ADCCode / 2^BITS * RREF Angenommen der Widerstand hat folgende Spezifikation: 1k +-0.01%, TK = 3ppm/°C -20 °C - 80 °C macht also insg. 1k +- (0.1 + 0.3). RPOTI = 500 ADCCode = 500 * 2^Bits / 1000.4 ADCCode = 500 * 2^Bits / 999.6 Gerechnet würde somit: RPOTI = (500 * 2^Bits / 1000.4) / 2^Bits * 1000 RPOTI = (500 * 2^Bits / 999.6) / 2^Bits * 1000 RPOTI = 500 * 1000 / 1000.4 bzw. 999.6 499.80 <= RPOTI <= 500.2 Fehler ~ 0.04 % (0.02 % bei einem TK von 2 ppm/°C oder 0.01 % wenn der Referenzwiderstand eine konstante Temperatur hat). Alterungseffekte, ADC-Fehler etc. pp. mal aussen vor.
Hallo Arc Net, danke für Die Ausführliche Rechnung, ich hab, obwohl ja das Thema Pt1000 im Raum stand, nicht an Konstantstrom gedacht und kommt drum nichts mit dem Referenzwiderstand anfangen. Jetzt ist's klar. Welches Messprinzip wäre denn das vernünftigste? Ich hab da ja einiges zur Auswahl: 1. Konstantstrom 1.1. Konstantstrom durch den Gesamtwiderstand, Messung der Gesamts- und der beiden Teilspannungen 1.2. Konstantstrom durch jeden Teilwiderstand, Messung der Teilspannungen 2. Konstanntspannung 2.1 Konstanntspannung nacheinander an Gesamt- und Teilwiderstände, jeweils Messung des Stroms. 2.2 Konstantspannung an den Gesamtwiderstand, Messung der Teilspannungen Hab ich noch was vergessen? Fragt sich ob's einfach ist eine kleine konstante Spannung 1mV - 1V oder einen konstanten Strom 1µA - 1mA zur Verfügung zustellen. Grüße Flo
Hallo, ich nochmal. Ich frage mich gerade, ob nicht vielleicht aller viel einfacher ist als ich bisher dachte. Ich muss ja nur das "Verhältnis" der zwei Widerstände zueinander messen, Absolutwerte interessieren mich nicht. Da müsste man sich doch ein Messverfahren ausdenken können, so dass die Drift von Referenzspannung und Wandlertakt gar keine Rolle mehr spielt und alles nur noch für die Dauer einer Messung stabil sein muss. Grüße Flo
Hallo solange dein Poti an der gleichen Referenz hängt wie der AD-Wandler ist der Rest ziemlich egal. Bei einer ratiometrischen Messung werden die meisten Einflüsse kompensiert. Wenn die Referenz wackelt tut sie das fürs Poti und für den AD-Wandler. Solange das Poti und der Wandler linear bleiben klappt das. Das gleiche gilt für die Temperatur weil die Teilwiderstände der gleichen Temperatur ausgesetzt sind. Das System bildet eine Brücke bei der der obere und der untere Zweig jeweils gleichen Einflüssen unterliegt.
Hallo karadur
> solange dein Poti an der gleichen Referenz hängt wie der AD-Wandler ist
der Rest ziemlich egal. Bei einer ratiometrischen Messung werden die
meisten Einflüsse kompensiert.
Ich hatte da bisher noch nicht rangedacht, dabei ist das ja total klar.
Ich dachte ich muss die 12-15 bit Genauigkeit absolut und über den
ganzen Temperaturbereich schaffen. Ich muss aber ja eigentlich nur die
Auflösung und Linearität für 15 bit erreichen (Linearität sogar nur für
12-13, mehr macht das Poti nicht). Das müsste doch einigermaßen machbar
sein.
Das Problem einen guten Analogteil hinzubekommen bleibt aber. Hat jemand
Vorschläge oder Literaturempfehlungen, zur Erzeugung der
Referenzspannung, der Ableitung der Messspannung daraus und der
Messsignalverstärkung? Und dann wär da noch das Problem der
Messstellenumschaltung (1. Teil-, 2. Teil-, Gesamtwiderstand).
Die Messspannung müsste bei ~1mV liegen, das Poti hat ~1k Ohm, ergibt
den geforderten Messstrom von 1µA - alles ziemlich wenig. Der Messstrom
darf bis zu 10mA groß sein, aber empfohlen ist <1µA. Vielleicht sollte
man aber doch eher Richtung 1mA gehen, da hätte man dann immerhin ~1V?
Wie würde man geschickter Weise die Messspannung erzeugen?
Spannungsteiler und OpAmp als Impedanzwandler wird wirklich eine Lösung
sein. Und dann bräuchte ich ja noch einen Instrumentenverstärker mit
einem Gain von ~1000. Klingt alles schwierig, oder?
Grüße
Flo
Flo, ich nehme stark an, dass der Messstrom von 1uA der Schleiferstrom ist. Das lässt sich einfach über einen entsprechend hochohmigen Eingang lösen (z.B. OPV als Spannungsfolger). Das Poti selber kannst Du wahrscheinlich problemlos mit 5V (entspricht 5mA) betreiben, siehe Datenblatt. Entsprechend ist dann auch Dein Messsignal 0-5V (wie bereits vorgeschlagen statt 5V hier Vref des ADC verwenden). Gruss, Thorsten
Hallo Thorsten > ich nehme stark an, dass der Messstrom von 1uA der Schleiferstrom ist. > Das lässt sich einfach über einen entsprechend hochohmigen Eingang lösen > (z.B. OPV als Spannungsfolger). Das Poti selber kannst Du wahrscheinlich > problemlos mit 5V (entspricht 5mA) betreiben, siehe Datenblatt. Ah natürlich, so wird's sein. Das Datenblatt ist eh etwas dürftig, ich hab die Zahlen schnell am Telefon mit geschrieben und da war von "Messstrom" die Rede und mal von besser unter 1µA mal von max. 10mA. Deine Interpretation kling plausibel. Den Eingang hochohmig genug zu bekommen ist ja kein Problem. Grüße Flo
Hallo auch die Referenz ist kein Problem solange dein Poti an der Referenz hängt. Das Poti und der AD-Wandler sehen die gleiche!! Referenz.
> Das Problem einen guten Analogteil hinzubekommen bleibt aber. Hat jemand > Vorschläge oder Literaturempfehlungen, zur Erzeugung der > Referenzspannung, der Ableitung der Messspannung daraus und der > Messsignalverstärkung? Der Analogteil reduziert sich auf ein Minimum, wenn ein ADC wie der AD7793/94 verwendet wird (u.U. nur noch RC-Filter + TVS/ESD vor die Eingänge). Der Rest (Buffer, In-Amp, Verstärkung, Konstantstromquelle, Multiplexer etc.) ist integriert. Eingangsstrom liegt bei max. 1 nA. "Aufwendiger" ist eigentlich nur die Abstimmung von Referenzwiderstand, Konstantstrom und Verstärkung, um die Grenzen des ADCs nicht zu überschreiten und den Wandler auszunutzen.
Hallo Arc Net > Der Analogteil reduziert sich auf ein Minimum, wenn ein ADC wie der > AD7793/94 verwendet wird (u.U. nur noch RC-Filter + TVS/ESD vor die > Eingänge). Der Rest (Buffer, In-Amp, Verstärkung, Konstantstromquelle, > Multiplexer etc.) ist integriert. Eingangsstrom liegt bei max. 1 nA. Stimmt. Das ist aber ein Sigma Delta Wandler. Schadet aber ja nicht, oder? > "Aufwendiger" ist eigentlich nur die Abstimmung von Referenzwiderstand, > Konstantstrom und Verstärkung, um die Grenzen des ADCs nicht zu > überschreiten und den Wandler auszunutzen. Ist es denn nicht geschneiter mit Konstantspannung zu arbeiten? Da könnte ich doch einfach eine belastbare Referenz wie ADR430 benutzen und Poti und ADC direkt dranhängen. Grüße Flo
> Ist es denn nicht geschneiter mit Konstantspannung zu arbeiten? Da > könnte ich doch einfach eine belastbare Referenz wie ADR430 benutzen und > Poti und ADC direkt dranhängen. Nein, zum einen weil die Schaltung dadurch nicht einfacher wird, zum anderen erzeugt man dadurch zusätzliche Fehler. http://www.national.com/nationaledge/dec04/article.html Schaltung z.B. wie im Datenblatt des AD7792/93 oder Fig. 21 im Datenblatt des AD7711 http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/AD7792_7793.pdf http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/AD7711.pdf
Hallo Arc Net >> Ist es denn nicht geschneiter mit Konstantspannung zu arbeiten? Da >> könnte ich doch einfach eine belastbare Referenz wie ADR430 benutzen und >> Poti und ADC direkt dranhängen. > > Nein, zum einen weil die Schaltung dadurch nicht einfacher wird, zum > anderen erzeugt man dadurch zusätzliche Fehler. Ja? Welchen denn? > http://www.national.com/nationaledge/dec04/article.html Hmm. Wo kommt denn die erwähnte Nichtlinearität her? Oder ist nur die Tatsache gemeint, dass in der in Fig. 2 gezeigten Schaltung natürlich RTD nicht proportional zur an ihm abfallenden Spannung ist. Das könnte man aber leicht rechnerisch korrigieren, das ist ja ein systematischer Fehler. Und in meinem Fall, Linearpoti, gibt es diese Problem gar nicht, mein Gesamtwiderstand ist ja konstant. Mir scheint immer noch Spannungserregung sinnvoller. Wäre nett, wenn Du Deine Bedenken näher erläutern könntest. > Schaltung z.B. wie im Datenblatt des AD7792/93 oder Fig. 21 im > Datenblatt des AD7711 Gut, wenn der ADC schon eine Stromquelle hat hat kann man sie benutzen, aber ich kann den Vorteil noch nicht sehen. Grüße Flo
Hallo Arc Net, danke für Deine Mühe. Ich glaube ich verstehe, was Du meinst. Ich werde das mal nachrechnen, bzw. auch mal simulieren. Das Problem ist also, dass die unbekannten Übergangswiderstände R1, R4, R9, R12 gegenüber den 1k Ohm des Potis nicht vernachlässigbar sind. Ist eigentlich logisch. Wie sind denn die möglichen zusätzlichen Fehler, durch Konstantstromquelle einzuschätzen. Aus der Spannungsreferenz einen Konstantstrom zu machen, wird doch sicher auch einen Fehler hervorrufen. Grüße Flo
> Aus der Spannungsreferenz einen Konstantstrom zu machen, wird doch sicher > auch einen Fehler hervorrufen. Mein Fehler, die rechte Schaltung sollte eigentlich nicht der Version von National entsprechen, sondern keine Strombegrenzung enthalten. Macht letzendlich aber nichts, da dann der Fehler noch größer gegenüber der Konstantstromvariante wäre.
Hallo Arc Net, du hast die Simulation doch mit LTspie bzw. SwitcherCAD gemacht, oder? Der Screenshot sieht so aus. Das ist jetzt zwar eher OT, aber wie macht man denn so was richtig? Ich da doch am besten einen über die Zeit veränderlichen Widerstand (für's Poti). Wie erstellt man so was? Grüße Flo
Hallo Florian, man muss für eine 16bit Datenerfassungslösung normalerweise keine 500-1000€ pro Kanal ausgeben. In Anbetracht des Aufwands zahlt es sich da oft nicht aus das Rad selber neu zu erfinden. Unsere Arbeitsgruppe auf der Uni *) verwendet für Experimente u.a. HW von National Instruments. Das NI-USB 6218 mit 32 16bit Kanälen kostet beispielsweise 1000€, also weniger als deine Potis. Es gibt daneben noch eine Menge anderer Hersteller (Meilhaus, Spectrum,...) die sich mit Datenerfassung beschäftigen. Gruß Reinhard *) TU Wien; Stand das nicht auch vor kurzem in deinem Profil?
Hallo Reinhard > man muss für eine 16bit Datenerfassungslösung normalerweise > keine 500-1000€ pro Kanal ausgeben. Will ich auch nicht, drum der Thread hier. :-) > In Anbetracht des Aufwands zahlt es sich da oft nicht aus das > Rad selber neu zu erfinden. Möglich ja, aber ich wollte mal drüber nachdenken. Wenn man mal anfängt was zu bauen wird das schon auch immer schnell teuer, und bei 20 Kanälen kann man sich dann auch nicht mehr mit Mustern durchmogel und Stecker, Kabel und Gehäuse gehen auch immer ganz schnell ins Geld, und die Zeit wär da ja auch noch. Lohnt sich nur wenn man eben so eine Lösung mit spezifischen Vorteilen bekommt. > TU Wien; Stand das nicht auch vor kurzem in deinem Profil? Ja, hab hier eine Prädoc-Stelle. Hab das aber grad wieder aus dem Profil genommen, weil's gar so prominent überall stand. Ich schreib's wieder rein. > Unsere Arbeitsgruppe auf der Uni *) verwendet für Experimente > u.a. HW von National Instruments. Das NI-USB 6218 mit 32 16bit > Kanälen kostet beispielsweise 1000€, also weniger als deine Potis. Hmm, das klingt schon viel viertäglicher. Ich fürchte nur mit einer zentralen Lösung Probleme wegen der dann nötigen langen Leitung zu bekommen. Ich hätte rund sagen wir mal 10m Kabel zu jedem Poti. Ist das ein Problem oder nicht? Mit einer dezentralen Lösung sind immer nur ein paar cm, der Rest ist dann irgendein digitaler Bus. > Es gibt daneben noch eine Menge anderer Hersteller (Meilhaus, > Spectrum,...) die sich mit Datenerfassung beschäftigen. Danke für die Namen, ich fange da grad erst an mich umzuschauen. Grüße Flo
Florian Rist wrote: > Hmm, das klingt schon viel viertäglicher. Ich fürchte nur mit einer > zentralen Lösung Probleme wegen der dann nötigen langen Leitung zu > bekommen. Ich hätte rund sagen wir mal 10m Kabel zu jedem Poti. Ist das > ein Problem oder nicht? Das hängt von verschiedenen Details ab, aber ich denke das sollte kein großes Problem sein. Vermutlich reichen ein überlegter Aufbau (keine Erdschleifen etc.), geschirmte Kabel und ev. ein wenig Filtern in der Software aus. Sonst muss man halt ein wenig tiefer in die Trickkiste greifen. Gruß Reinhard
Hallo Reinhard >> Ich hätte rund sagen wir mal 10m Kabel zu jedem Poti. Ist >> das ein Problem oder nicht? Das hängt von verschiedenen Details ab, aber ich denke das sollte kein großes Problem sein. Hmm, OK. dann hab ich mir da vielleicht unnötige Sorgen gemacht. > Vermutlich reichen ein überlegter Aufbau (keine Erdschleifen > etc.), geschirmte Kabel und ev. ein wenig Filtern in der > Software aus. Sonst muss man halt ein wenig tiefer in die > Trickkiste greifen. Keine Erdschleifen und überhaupt auch keine anderen Leiterschleifen, ist klar. Immerhin ist ja die Versorgung der Potis mit cagen wir mal 1mA verhältnismäßig stark belastet drum recht unempfindlich gegen Einstrahlungen, oder? Die Messleitungen zum ADC sind kaum belastet, die muss man dann schön schirmen, vielleicht verdrillen. Am ADC Eingang könnte man dann noch einen Tiefpass anbringen, oder?. Ich probier das mal aus. Ein paar Meter kabel und ein Poti sollten ja reichen. Grüße Flo
Hi! Ich will ja jetzt nicht unken, beim elektrischen Teil sehe ich keine allzugrossen Probleme(würde es vorort umsetzen), aber beim mechanischen schon. Du musst ja das Poti irgendwo festmachen, wenn du da nicht hargenau das gleiche Material hast, aus dem das Poti ist, kommt es doch unweigerlich zu Dehnungsunterschieden und dein "µ" ist falsch. Also -24-80°C halte ich für nicht (na sagen wir mal fast nicht) machbar. Also wenn du das sauber löst, Hut ab! Trotzden viel Erfolg, Uwe
Hallo Uwe > Ich will ja jetzt nicht unken, beim elektrischen Teil > sehe ich keine allzugrossen Probleme(würde es vorort umsetzen), > aber beim mechanischen schon. Du musst ja das Poti irgendwo > festmachen, wenn du da nicht hargenau das gleiche Material hast, > aus dem das Poti ist, kommt es doch unweigerlich zu > Dehnungsunterschieden und dein "µ" ist falsch. In diesem Fall nicht, die Probe wird abgekühlt, belastet, dann wird erst mal gewartet, dann wird das Poti akklimatisiert und montiert, jetzt wird gemessen, für ein paar Monate. Die Temperatur ist immer konstant. Ich brauch nur die relative Änderung die sich dann noch ergibt. Ausdehnungskoeffizienten des Materials oder des Potis spielen daher keine Rolle. > Also -24-80°C halte ich für nicht (na sagen wir mal fast > nicht) machbar. Also wenn du das sauber löst, Hut ab! Für absolut genaue Messungen ist dass sicher sehr sportlich, brauch ich aber auch nicht, relativ wird's schon gehen denk ich. Wie die Mechanik genau aussehen wird kann ich aber leider erst überlegen, wenn ich mich für ein Poti entschieden habe. Und das ist nicht so einfach, die meisten sind entweder zu groß oder nicht linear genug. Im Moment versuch ich einen Hersteller dazuzubekommen mir die Protokolle vom Lasertrimmern des Potis zu geben. Vermutlich ließe sich damit nachträglich eine Linearisierung durchführen. Das wäre sehr praktisch, sonst muss ich womöglich selbst eine Vorrichtung zum kalibrieren bauen und da wird die Mechanik dann schon ein Problem. Bzw. sie wird Teuer, da müsste ich eben einen präzisen Linearantrieb aus der Optik oder so besorgen. Grüße Flo
Hi! >dann wird das Poti akklimatisiert und montiert, jetzt wird >gemessen, für ein paar Monate. Die Temperatur ist immer konstant Das klingt aber jetzt deutlich anders als: >Das wohl größte Problem dürfte der große Temperaturbereich werden. Die >Schaltung muss von -24 bis 80°C funktionieren und sollte so auch problemlos machbar sein. Viel Erfolg, Uwe
Hallo Uwe >>dann wird das Poti akklimatisiert und montiert, jetzt wird >>gemessen, für ein paar Monate. Die Temperatur ist immer konstant > >Das klingt aber jetzt deutlich anders als: > >>Das wohl größte Problem dürfte der große Temperaturbereich werden. Die >>Schaltung muss von -24 bis 80°C funktionieren Wieso? Wegaufnehmer und ADC (wenn der in de Nähe des Aufnehmer ist) von -24 bis +80 °C funktionieren. Die über die Messung konstante Temperatur erleichtert einiges, aber es ist dennoch ein großer Temperaturbereich. Die meisten Wegaufnehmer machen den schon mal nicht mit. Ob sie nur nicht dafür Spezifiziert sind und dann doch funktionieren würden oder wirklich nicht gehen weiß ich allerdings nicht. Mir sind da jetzt schon komische Sachen erzählt worden, so hab ich z.B. schon von verschiedenen Herstellern gehört ihre Aufnehmer, die ein Magnetband abtasten, würden <0°C nicht funktionieren, weil da der Magnetismus verschwindet. Das kommt mir sehr komisch vor. Grüße Flo
Da das Poti auch einen gewissen Ausdehnungskoofizienten hat, denke ich mit 15 Bit Auflösung für eine Längenmessung is nich bei dem Temperaturbereich.
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