Yüksek çözünürlüklü termometre, miliohmmetre

[kuruotlarustune]

pt100 ile hassas sıcaklık ölçümleri için tasarladığım devrede 100-138.5 ohm aralıkta gürültüsüz 1 miliohm hassasiyet. termal offset kayması çok düşük opamplar ve %0.01 toleransta match ettiğim mf dirençler ile yaptığım ina ve onu takip eden opamplı diferansiyel amplifikatörün kazançları g=13.8 ve g=4.7 olarak sistemin toplam kazancı 64.8 ve
50 hz'deki gürültü bastırma oranı ina cmrr'ı ve bir çift lpf ile birlikte toplamda 140 db.
pratikteki gürültü seviyesinin 100 nV altında olduğu söylenebilir, nitekim son ondalık basamak değerlerindeki stabilite de bunu destekler nitelikte. maliyeti daha da arttırmak istemediğim için atmega 32 neyime yetmiyor deyip harici adc kullanmadım. henüz kutulama aşamasına geçemedim ancak bu haliyle bile ölçümler oldukça stabil, zaten ratiometric olduğu için okumalar referans(tl431) voltajındaki sıcaklığa bağlı kaymalardan etkilenmiyor. ölçüm çözünürlüğü gereği 4 telli rtd kullandım.

 

[semih_s]

Harici bir ADC mi kullandınız? 38500 count yapıyor. Tahminim whetstone köprüsü ile çalışıyor doğru mu?

 

[taydin]

Eğer gerçekten milli celsius seviyesinde ölçüm yapabiliyorsan, bununla son derece lineer çalışan ve mikrowatt mertebesinde güç ölçebilen RF power metre yapıllabilir. Bunların kalitelilerini almaya kalksan 10 bin dolardan aşağı değil.

 

[semih_s]

@kuruotlarustune , nickiniz hoşmuş . Yanlış anlamayın, paylaşım yapmaktan da çekinmeyin, Bence yaptığınız ölçüm gerçekten gürültüsüz ve 100 ohm üzerinde miliOhm çözünürlükte ölçüm yapıyor olabilir. Yalnız referans voltaj, referans dirençler ve kullanılan pt100 probun isabetliliği 100.000'de 1'den kötü ise bu çözünürlük çok anlamlı olmuyor. İki durum arasındaki farkı ölçmekte isabetli olsa da mutlak olarak ne sıcaklığı ne de direnci ölçmek mümkün olur. Kalibrasyon ile bile en fazla kalibrasyon kaynağı kadar isabetli olabilir.

 

[kuruotlarustune]

@kuruotlarustune , nickiniz hoşmuş . Yanlış anlamayın, paylaşım yapmaktan da çekinmeyin, Bence yaptığınız ölçüm gerçekten gürültüsüz ve 100 ohm üzerinde miliOhm çözünürlükte ölçüm yapıyor olabilir. Yalnız referans voltaj, referans dirençler ve kullanılan pt100 probun isabetliliği 100.000'de 1'den kötü ise bu çözünürlük çok anlamlı olmuyor. İki durum arasındaki farkı ölçmekte isabetli olsa da mutlak olarak ne sıcaklığı ne de direnci ölçmek mümkün olur. Kalibrasyon ile bile en fazla kalibrasyon kaynağı kadar isabetli olabilir.

hocam pt 100 lineerizasyonu için calendar van dusen denklemi ve 5. dereceden bir polinom denklemi kullandım. sistem doğrusallığı çok çok iyi ve bir diğeri pt 100'ün üretimdeki hata toleranslarının öneminin olmaması çünkü alpha,b,c ve 0 c referans sıcaklığındaki direnç değerleri 4 ondalık basamakta set edilebiliyor.
referans kaynağı ratiometric konfigürasyonda kullanıldığı için tl431 veya akım referans direncindeki değişimler ölçüm sonucuna etki etmez. tabi şu var ki büyük ve ani nem değişimlerinde ölçüm değeri az da olsa kayıyor ama bunun da çözümü kolay, kartları epoksi gibi bir şeyle dış ortamdan tamamen yalıtırsın olur biter. kritik tüm dirençleri eş termal drift katsayısına sahip olanları arasından %0.01 tolerans aralığında match ettim. bununla ilgili bir sıkıntı yok elbette mutlak doğruluğun pratikte bu kadar yüksek olması beklenemez ama şöyle bir bakıldığında çoğu uygulamada mutlak doğruluktan ziyade sıcaklık değerlerindeki çok küçük değişikliklerin izlenebilir olması istenir.

 

[kuruotlarustune]

üst nokta kalibrasyonunda basınç sensöründen gelen mutlak basınç değerine göre hesaplanmış 4 ondalıklı suyun kaynama noktası değerini kullanıyorum. alt nokta kalibrasyonu için ekstra bir şey yok, her rakımda 0 celsius derece malum.

 

[semih_s]

İnce, özenli çalışmışsınız belli ki. Ben de bir süredir ev ortamında, mümkün olduğunca isabetli ölçüm yapan ölçüm cihazları üretmeye kafa yoruyorum, ama siz bayağı kontrollü düzenekler kurmuşsunuz . Dirençlerin TC'lerini de eşleştirme fikri güzel. Az bir zahmet de değil. Daha önce bahsettiğiniz ratiometric konfigürasyonda NTC kalibre edip kullanmıştım mayşeleme için, isabetlilik yeterliydi hedeflediğim sonuçlar için.

Doğru mu anlıyorum: Elinizdeki PT100 sensörü numunesinin kalibrasyon sıcaklıklarındaki direnç değerlerini 4 ondalık basamakla sağlıyor üretici, ya da bunu siz yapıyorsunuz. Eğer kontrollü basınç altında yaptığınız kalibrasyon ile ise basıncı da çok isabetli ölçmüş olmanız lazım. Bunu nasıl yaptınız?

Atmegadaki 10 bit ADC ile nasıl bu çözünürlüğü yakalıyorsunuz? Ortalama alma yoluyla mı?
Belli bir yerden sonra ben kurduğum devrelerde opamp offset voltajlarına takıldım kaldım. Yüksek gainli devrelerde, devreye üflesem bile ölçüm oynuyordu...

 

[kuruotlarustune]

Harici bir ADC mi kullandınız? 38500 count yapıyor. Tahminim whetstone köprüsü ile çalışıyor doğru mu?

0-2500 mV aralıkta 25 uV çözünürlük, sıcaklığa ölçeklenmiş haliyle 0-100 c aralıkta 0.001 c çözünürlük, bu 100.000 count olmaz mı

 

[semih_s]

0-2500 mV aralıkta 25 uV çözünürlük, sıcaklığa ölçeklenmiş haliyle 0-100 c aralıkta 0.001 c çözünürlük, bu 100.000 count olmaz mı

100 ila 138.5 ohm arası ölçüm için 38.500 count oluyor(miliOhm çözünürlük için). Devreyi ölçüm dinamik aralığını, bu direnç aralığına taşıyacak şekilde kurmak mümkün.

 

[kuruotlarustune]

İnce, özenli çalışmışsınız belli ki. Ben de bir süredir ev ortamında, mümkün olduğunca isabetli ölçüm yapan ölçüm cihazları üretmeye kafa yoruyorum, ama siz bayağı kontrollü düzenekler kurmuşsunuz . Dirençlerin TC'lerini de eşleştirme fikri güzel. Az bir zahmet de değil. Daha önce bahsettiğiniz ratiometric konfigürasyonda NTC kalibre edip kullanmıştım mayşeleme için, isabetlilik yeterliydi hedeflediğim sonuçlar için.

Doğru mu anlıyorum: Elinizdeki PT100 sensörü numunesinin kalibrasyon sıcaklıklarındaki direnç değerlerini 4 ondalık basamakla sağlıyor üretici, ya da bunu siz yapıyorsunuz. Eğer kontrollü basınç altında yaptığınız kalibrasyon ile ise basıncı da çok isabetli ölçmüş olmanız lazım. Bunu nasıl yaptınız?

Atmegadaki 10 bit ADC ile nasıl bu çözünürlüğü yakalıyorsunuz? Ortalama alma yoluyla mı?
Belli bir yerden sonra ben kurduğum devrelerde opamp offset voltajlarına takıldım kaldım. Yüksek gainli devrelerde, devreye üflesem bile ölçüm oynuyordu...

ultra low drift opamp kullanmalısınız hocam. aksi halde üf deseniz çıkış offseti yardırır gider. elimdeki bit tl072'nin offset driftini ölçtüm 18 uV/c çıktı. 100 gainli bir devrede 1 celsius derecelik ortam sıcaklığı değişiminde 100*18=1.8 mV offset kayması demek ve hiç de az değil.

 

[kuruotlarustune]

bununla da bitmiyor tabi, kazancı etkileyen dirençlerin de çok düşük temperature coefficient değerine sahip (<10ppm) olması gerek.

 

[semih_s]

ultra low drift opamp kullanmalısınız hocam. aksi halde üf deseniz çıkış offseti yardırır gider. elimdeki bit tl072'nin offset driftini ölçtüm 18 uV/c çıktı. 100 gainli bir devrede 1 celsius derecelik ortam sıcaklığı değişiminde 100*18=1.8 mV offset kayması demek ve hiç de az değil.

Hakkatten öyle ben de bunun teklisini (TL071) ve OP07 ile kurmuştum o devreyi. Kesenin ağzını açmak lazım azcık . Elle tutulur sonuç almayınca motivasyon kayboluyor, bu konudaki miliOhmmetreyi de bu yüzden mütevazı hedeflerle çabucak tamamladım. Vakit buldukça uğraşacağım daha...

 

[kuruotlarustune]

Hakkatten öyle ben de bunun teklisini (TL071) ve OP07 ile kurmuştum o devreyi. Kesenin ağzını açmak lazım azcık . Elle tutulur sonuç almayınca motivasyon kayboluyor, bu konudaki miliOhmmetreyi de bu yüzden mütevazı hedeflerle çabucak tamamladım. Vakit buldukça uğraşacağım daha...

op07 gene fena değil, ölçümde 2.5 uV/ c çıkmıştı ki ucuz bir opamp için hiç de fena sayılmaz. tl071'in 20 cm uzağında gazımızı çıkartsak çıkış offseti sürüklenmeye başlar. tl serisi ses uygulamalarında güzel.

 

[kuruotlarustune]

100 ila 138.5 ohm arası ölçüm için 38.500 count oluyor(miliOhm çözünürlük için). Devreyi ölçüm dinamik aralığını, bu direnç aralığına taşıyacak şekilde kurmak mümkün.

aslında 0.385 miliohm, lcd'de bu aralıkta geçişler hoş gözükmeyeceği için lcd'ye virgülden sonra 3 hane şeklinde yazdırdım.
pt100 1 c sıcaklıkta 385 miliohm değişiyor ya, kararlı bir 0.001 c sıcaklık çözünürlüğüm olduğu için 385*0.001=0.385 mili ohm

 

[semih_s]

Atmega bunu nasıl yapıyor? 100 dereceyi 10 bit (1024) dilimleyince yaklaşık 0.1 dereceyi ayırt edecek. Eğer 1 derecelik bir aralığı ölçecekse tamam ama o zaman da bu 1 derecenin dışında kalan sıcaklıklara kör olacak.

 

[ckocagil]

Auto-range ve opa/ina kullanmak yerine HX711 veya ADS1232 gibi load cell çiplerini kullanıp yüksek çözünürlük elde etmeyi deneyebilirsiniz. Bunlar hem zero-drift çalışıyor hem de içlerinde PGA var. Yüksek CMRR var ve pahalı direnç alıp matchlemeyi gerektirmiyor.

 

[kuruotlarustune]

Atmega bunu nasıl yapıyor? 100 dereceyi 10 bit (1024) dilimleyince yaklaşık 0.1 dereceyi ayırt edecek. Eğer 1 derecelik bir aralığı ölçecekse tamam ama o zaman da bu 1 derecenin dışında kalan sıcaklıklara kör olacak.

kısa bir video ekledim.

ölçüm stabilliğinin gözlenebilmesi açısından pt100 probu pet şişedeki suya daldırdım, suyun termal tepkisi yavaş olduğu için ölçüm hassasiyeti daha kolay gözlemlenebilir.
çalışma lambasını açtıktan birkaç dakika sonra sıcaklık okuması ağır ağır yükselmeye başlıyor video'da da görünen bu yükseliş eğilimi bundan kaynaklı. tertemiz, smooth geçişlere sahip 385 micro ohm'luk(görünen 300) bir hassasiyet var.
38.5 ohm/0.000385 ohm= 100000 count

 

[kuruotlarustune]

65536 adc örneğiyle oversampling yaparak çözünürlüğü 18 bit'e yükselttim, bunun 1 lsb'den biraz fazlasını gürültü biti olarak değerlendirdim, lcd'ye yansıtılan okuma çözünürlüğü 16.6 bit gibi. ölçüm dc tabanlı olduğundan adc'den yüksek enob değerlerini elde etmek zor olmuyor -ki, enstrümantasyon yükselteci ve alçak geçiren filtreler 50 hz fc 140db gürültü bastırma oranı sağlıyorken ratiometric rtd sisteminde bu çözünürlük ve kararlılığı tutturamamak garip olur.
bu aleti kullanacağım sıcaklık bandında adc hatası oldukça az olduğu için offset hatası dışında bir düzeltme yapma gereği duymadım.çok dar bir sıcaklık aralığında kullanılacak ve 0.05 c'den daha iyi mutlak doğruluk gereksinimim yok, fakat 0.01 c ve altı sıcaklık değişimlerinin izlenebilir olması prosese artı değer katar.

 

[semih_s]

Eğer gerçekten milli celsius seviyesinde ölçüm yapabiliyorsan, bununla son derece lineer çalışan ve mikrowatt mertebesinde güç ölçebilen RF power metre yapıllabilir. Bunların kalitelilerini almaya kalksan 10 bin dolardan aşağı değil.

Hocam, sıcaklığın böyle hassas ölçümüne neden ihtiyaç duyuyor rf powermetre? Kayıpları ölçmek için mi? Sıcaklık etkilerini telafi etmek için mi?

 

[semih_s]

Oversampling yaparak efektif çözünürlüğü artırınca, 10 bit ADC'nin kusurları aynı oranda efektif çözünürlüğe yansımıyor mu? Ölçümü daha yüksek çözünürlükte yapıp birkaç bitten vazgeçerek ADC kusurlarının ölçüme etkisi azaltılabilir mi ki?