Вольтметры своими руками




ПРЯМО СЕЙЧАС:

Узелки:

Автор Сообщение Не в сети

 Заголовок сообщения: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Ср июл 02, 2014 13:59:56  Электрический кот
Карма: 34
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 08:32:24
Сообщений: 1040
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 6 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: 1900
Вернуться наверх  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Ср июл 02, 2014 16:54:48  Друг Кота Аватар пользователя
Карма: 11
Зарегистрирован: Пн авг 10, 2009 02:18:55
Сообщений: 3910
Откуда: Электросталь
Рейтинг сообщения: 0 Супер статейка!
почерпнул кое что для своей задумки
Сапасибо :tea:Вернуться наверх  Профиль WWW  

 

JLCPCB Prototype, Бесплатная доставка первого заказа + на прототип ПП!

Крупнейший производитель печатных плат в Китае, 290,000+ заказчиков, 8,000+ он-лайн заказов в день.

Цена за 10 плат: за 2-х слойную, за 4-х слойную, за 6-ти слойную.

LCSC Parts: Экономия до 50%, большой выбор компонентов в наличии, отправка заказа в день оплаты.

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Чт июл 03, 2014 00:11:37  Модератор Аватар пользователя
Карма: 24
Зарегистрирован: Пт янв 11, 2013 20:19:26
Сообщений: 2141
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  Профиль  

 


Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 16:19:05  Друг Кота Аватар пользователя
Карма: 76
Зарегистрирован: Сб апр 02, 2011 13:40:46
Сообщений: 4946
Откуда: Минск
Рейтинг сообщения: 0

Приведенный график - это интегральная нелинейность?

Вернуться наверх  Профиль WWW  

 


Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 17:05:00  Электрический кот
Карма: 34
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 08:32:24
Сообщений: 1040
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  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 18:05:41  Открыл глаза Аватар пользователя
Зарегистрирован: Пн апр 06, 2009 19:32:14
Сообщений: 54
Рейтинг сообщения: 0 впечатляет.

А файл\чертёж платы будет выкладываться ?

Вернуться наверх  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 18:12:00  Электрический кот
Карма: 34
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 08:32:24
Сообщений: 1040
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 0 Вернуться наверх  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пт июл 04, 2014 18:28:56  Открыл глаза Аватар пользователя
Зарегистрирован: Пн апр 06, 2009 19:32:14
Сообщений: 54
Рейтинг сообщения: 0 Mickle, спасибо :beer:Вернуться наверх  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пн июл 14, 2014 10:11:40  Электрический кот
Карма: 34
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 08:32:24
Сообщений: 1040
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 (

Изображение Изображение

Вернуться наверх  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пн июл 14, 2014 15:02:33  Мучитель микросхем Аватар пользователя
Карма: 7
Зарегистрирован: Вт фев 03, 2009 06:16:25
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 | Time 9823 | HP 3458A Вернуться наверх  Профиль WWW  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пн июл 14, 2014 16:06:00  Электрический кот
Карма: 34
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 08:32:24
Сообщений: 1040
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  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 10:12:44  Электрический кот
Карма: 34
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 08:32:24
Сообщений: 1040
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 2 Проект завершён.

Изображение Изображение Изображение

Изображение Изображение Изображение

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

Вернуться наверх  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 11:34:42  Друг Кота Аватар пользователя
Карма: 11
Зарегистрирован: Пн авг 10, 2009 02:18:55
Сообщений: 3910
Откуда: Электросталь
Рейтинг сообщения: 0 :o просто ахринительно/афигительно
Я тоже такой хочу :love::)))Вернуться наверх  Профиль WWW  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 12:19:27  Модератор Аватар пользователя
Карма: 24
Зарегистрирован: Пт янв 11, 2013 20:19:26
Сообщений: 2141
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  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 18:52:13  Вымогатель припоя Аватар пользователя
Карма: 7
Зарегистрирован: Сб фев 20, 2010 04:11:56
Сообщений: 633
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  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 23:39:25  Электрический кот
Карма: 34
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 08:32:24
Сообщений: 1040
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: 309
Комментарий к файлу: Avr Studio 4
Firmware.rar [66.19 KiB]
Скачиваний: 304
Вернуться наверх  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Сб авг 16, 2014 23:46:57  Друг Кота Аватар пользователя
Карма: 11
Зарегистрирован: Пн авг 10, 2009 02:18:55
Сообщений: 3910
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  Профиль WWW  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Вс авг 17, 2014 08:43:13  Мучитель микросхем Аватар пользователя
Карма: 7
Зарегистрирован: Вт фев 03, 2009 06:16:25
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 | Time 9823 | HP 3458A Вернуться наверх  Профиль WWW  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пн авг 18, 2014 10:41:55  Модератор Аватар пользователя
Карма: 51
Зарегистрирован: Чт сен 18, 2008 13:27:21
Сообщений: 17485
Откуда: Столица Мира Санкт-Петербург
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1
Получил миской по аватаре (1)

А что за хуёвина с чёрным круглым радиатором (?) наверху?


_________________
[ Пью бурду - несу ерунду ] [ 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  Профиль  

 

Не в сети

 Заголовок сообщения: Re: Прецизионный вольтметр/мультиметр своими руками

СообщениеДобавлено: Пн авг 18, 2014 11:00:15  Электрический кот
Карма: 34
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 08:32:24
Сообщений: 1040
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 0

Low-drop стабилизатор PQ30RV21.

Вернуться наверх  Профиль  

 

Показать сообщения за: Все сообщения 1 день 7 дней 2 недели 1 месяц 3 месяца 6 месяцев 1 год  Сортировать по: Автор Время размещения Заголовок Оцененым сообщениям Среднему рейтингу по возрастанию по убыванию  Вернуться наверх



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



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


Источник: http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?p=2062665



Рекомендуем посмотреть ещё:


Закрыть ... [X]

Амперметр цифровой своими руками. Цифровые амперметры и вольтметры Аппликатор для валяния это

Вольтметры своими руками Вольтметры своими руками Вольтметры своими руками Вольтметры своими руками Вольтметры своими руками Вольтметры своими руками Вольтметры своими руками Вольтметры своими руками Вольтметры своими руками