SNÍMACIA ČASŤ

Snímač

Tvorí prakticky vstupný prvok meracieho reťazca, ktorý nepretržite sleduje určenú fyzikálnu veličinu v danom prostredí. Svojimi fyzikálnymi vlastnosťami predstavuje filter druhu a veľkosti meranej veličiny. Poruchové vplyvy nedokonale odfiltrovaných veličín sú potláčané konštrukciou snímača alebo upravením a dobrom spracovaním signálu v meracom reťazci. Keďže svojimi vlastnosťami zásadne ovplyvňuje parametre celého meracieho kanála, má dominantné postavenie v štruktúre meracieho reťazca.

Náš použitý snímač je tvorený kostrou na zapájanie chipov, ktorá bola upravená na potrebný tvar a teraz je využívaná prakticky ako elektródy na meranie odporu. Použitá je hlavne kvôli ľahkosti úpravy, cenovej dostupnosti a kvalite.

Signálový prevodník

Prevádza odpor získaný z termistora na napätie v rozsahu -5V až +5V a takto spracovaný signál prevádza do meracích kanálov AD prevodníka. Softwarovo je jeho funkcia spracovanie nelineárnej prevodovej charakteristiky termistora NR 355 20K U. Keďže znalosti v oblasti konštrukcie takýchto prevodníkov sme chceli konzultovať s oborníkmi, na konštrukcii a návrhu tohto prvku sme spolupracovali s diplomantmi FEI, od ktorých sme dostali námety na podobné prípady z praxe a veľa technických trendov využívaných v tejto oblasti. Prevodová tabuľka a charakteristika sú uvedené v prílohách.

Merací člen

Parametre:

• Výstup [V]: 0 až 5

• Odpor [MOhm]: 0 až 5,5

Merací člen je navrhnutý na meranie odporu v rozsahu 0 až 5,5 MOhm. Zodpovedajúci výstupný signál je v rozsahu 0 až 5) V. (Podrobná krivka je uvedená v prílohe). Mostík je navrhnutý tak, aby prevodová charakteristika bola čo najlepšia pre meranie zmien odporov hlavne medzi hodnotami 0 až 1,5 MOhm. Táto vlastnosť sa dá dosiahnuť vhodnou hodnotou sériového odporu R1. Ak by sme však chceli dostať prevodovú krivku výhodnú pre väčší rozsah stačí zmeniť hodnotu odporu R1. Podstata kvalitného merania je v stabilnej analógovej časti. Prípadný posun sa dá kompenzovať v číslicovom spracovaní. Je to lepšie riešenie, ako neustále kalibrovať merací kanál ladením trimrov. Preto trimre TP1 a TP2 sú zapojené nasledovne: trimer TP2 je zapojený a trimer TP1 je skratovaný. Z tohoto dôvodu bola teda vynechaná aj unifikácia výstupného signálu (napr. do rozsahu 1 až 5 V). Napätie z referenčného zdroja sa rozdeľuje do dvoch vetiev, pričom jedna je hneď uzemnená (len z dôvodu, že prevodník je používaný aj na iný projekt, kde sa táto vetva využíva, takže pre terajšie prezentácie je ponechaná aj keď nemá nijaký praktický význam). Napätie vo vetve s odporom R1 je teda 2,5 V, no prechodom cez merací člen vetvou s odporom R4 a zapojením trimra T2 je napätie zosilnené na dvojnásobok (viď schému zapojenia a vzorce na výpočet).

Prevodová charakteristika meracieho kanála je:

kde, Au je zosilnenie presného meracie operačného zosilňovača AD620 vypočítané

• Au - keďže TP2 je zapojený Au = 2,

• Uref je referenčné napätie = 5V,

• RNTC je odpor termistora NR355-20KU

• R3 je skratovaný.

Napájací zdroj

Parametre:

• Výstup 1: 15V

• Výstup 2: 5V

Napájací zdroj poskytuje napájanie meracieho člena.

Prevodník R/U

Parametre:

• Vstup [Ohm]: 0 až

• Výstup[V]: 0 až 5

Prevodník elektrického odporu na elektrické napätie je založený na princípe merania úbytku napätia na ľubovolnom odpore s hodnotou rádovo MOhm-y. Schéma je principiálne zhodná so schémou meracieho člena teploty pomocou odporového NTC termistora (viď obrázok). Polovičný mostík je napájaný zo zdroja referenčného napätia Uref. Paralelný rezistor R1p má za úlohu obmedziť výstupné napätie na 5V v prípade, ak je meraný odpor nepripojený. Naopak rezistor R1 obmedzuje prúd z referenčného zdroja ak je meraný odpor nulový. Odpor R1p navyše mierne vyrovnáva prevodovú charakteristiku. (Celá krivka prevodu je v prílohe).

Prevodová charakteristika prevodníka R/U je nasledovná

kde, Au je zosilnenie presného meracie operačného zosilňovača AD620 a počíta sa nasledovne

• Au - keďže TP2 je zapojený Au = 2,

• Uref je referenčné napätie = 5V,

• RNTC je meraný odpor (pozn. označenie ostalo analogické ako pre odpor termistora).

Merací modul AD 232

Merací prevodník transformuje prirodzený signál zo snímača na požadovaný druh a hodnotu fyzikálnej veličiny, ktorá je lepšie spracovateľná v ďalšom postupe. Ide o modul integračného prevodníka napájaného a komunikujúceho po sériovej linke RS 232. Je vhodný najmä na meranie malých signálov z čidiel. Tento prevodník bol zvolený kvôli svojej priateľnej cene (aj pre školy), faktu, že je externý a ochote konštruktérskej firmy spolupracovať a poskytnúť určité výhody pri tvorbe nášho projektu. Programovo je kompatibilný so všetkými typmi počítača (od PC 386 vyššie). Softwarová časť nepotrebuje nijaké knižnice. Jeho použitie je teda univerzálne. Technické údaje:

• napájanie a komunikácia po RS 232

• rozlíšenie: + - 18 bitov

• rozsah: + - 0,5 V alebo + - 5 V

• 4 diferencované vstupy

• presnosť + - 0,02 % z údaju + 0,008 % z rozsahu na rozsahu 0,5 V

• presnosť + -0,05% z údaju + 0,008% z rozsahu na rozsahu 5 V

• doba integrácie vstupného napätia: 20 ms, doba prevodu 65 ms

• šum typ 15 uVef

Schéma prepojenia AD 232 s PC

Popis činnosti meracieho modulu AD 232

Jadrom modulu AD232 je integračný AD prevodník so vstupným rozsahom + - 0,5 V a rozlíšením + - 18 bitov (to je 19 bitov vrátane znamienka). Vzhľadom k vlastnému šumeniu je využiteľné rozlíšenie pre jedno meranie asi + - 15 bitov. Dá sa dosiahnuť aj vyššie rozlíšenie, no pri tom treba urobiť viac meraní a výsledok priemerovať. Presnosť rozsahu je určená referenčným napätím odvodením od referenčného obvodu TL431 pomocou presného a stabilného deliča s doštičkovým odporom. Pre zväčšenie univerzálnosti modulu bol prevodník doplnený o delič na rozšírenie rozsahu na + - 5 V a o 4 diferencované vstupy. Výrobca: JanasCard, Česká Republika