Преобразователь ток-напряжение

[Falconist]

Гут! Давайте подведем предварительные итоги.

1. Если устранить наводки на вход измерительной цепи, то Вам глубоко фиолетово, что мерить - напряжение или ток. Следовательно, задача сводится именно к этому: устранению помех. А выбор метода измерения (ток/напряжение) остается за Вами.

2. Радикальным способом устранения наводок является гальваническая развязка питания первичного преобразователя и собственно измерителя. Если обеспечить малый ток потребления первичного преобразователя (несколько мА), то его спокойно можно питать от гальванических элементов (концертные микрофоны же так питаются, и - ничего). Ну, дороговато будет менять батарейки, зато надежно.

3. Итак, все, что Вам по сути надо - это изолирующий интерфейс (квадратик со знаком вопроса) который мог бы обеспечить нужное Вам быстродействие.

Вроде бы так?

4. А вот то, что должно быть в этом квадратике - . И большой! Честно говоря, даже и не знаю, как его практически реализовать. Можно, например, на оптроне, но, как правило, они "медленные". Не уверен, потянут ли 500 кГц. И, если я Вас правильно понял, то полоса частот простирается до постоянного тока?..

Можно было бы попробовать на лазерном диоде - но опять же, не знаю их параметров и свойств. Может быть, кто-нибудь подскажет.

Отсюда родилась мысля: А что если в самом первичном преобразователе разделить полосы на 2 канала: одним - передавать постоянную составляющую, а вторым - ВЧ компонент? Тогда пребования к каждому из каналов смогут уложиться в приемлемые границы... Надо думкать

[kualx]

Если есть помеха по общему проводу - исключите
общий провод из цепи передачи сигнала.
Для этого после датчика и схемы преобразования ток - напряжение поставьте дифференциальный драйвер
( устройство с парафазными выходами ), например SSM2142
от Analog Devices, а на приемном конце - приемник SSM2141 от того же производителя. В результате сигнал на входе АЦП будет равен разности сигналов между неивертирующим и инвертирующем входах приемника, что при равенстве помех на обоих входах практически полностью подавляет синфазную помеху.
Можно дополнительно поставить на входе приемника
ВЧ фильтры, поскольку коэффициент подавления синфазной помехи уменьшается с увеличением частоты.
Можно предложить более дешевую реализацию
этого метода - на передающем конце ставите дополнительный ОУ с коэффициентом передачи
минус 1, на приемном - ОУ в дифференциальном включении и опять сигнал передаете дифференциальным способом. В данном варианте необходимо применять прецезионные резисторы или иметь подстроечные резисторы для настройки коэффициента подавления
синфазного сигнала.
Все вышеперечисленное будет работать в случае,
если сигналы на входе приемника не превысят
уровень, допустимый для данного приемника.
Существуют схемы дифференциальных усилителей допускающие подачу на вход сигналов и помех
больших, чем напряжение питания.
Кстати вот еще вопрос - а заземлен ли ваш
компьютер? И какого качества в нем блок питания?
Не наблюдается ли помеха по питанию в самом компьютере?
В большинстве компьютерных блоках питания во входных
цепях стоит по конденсатору между корпусом и каждым из силовых проводов. В результате в незаземленном компьютере на корпусе присутствует помеха сетевой частоты, а также часть высокочастотной помехи, которую блок питания компьютера "отдает" в сеть 220В.
Еще хотелось бы посмотреть на схему вашего преобразователя ток - напряжение, поскольку
ОУ в данной схеме имеет склонность к самовозбуждению,
т.к. паразитная емкость монтажа и входная емкость ОУ
нуждаются в компенсации - емкости в цепи обратной связи.
Подведя итог вышесказанному предлагаю:
-заземлить корпус компьютера и входную часть измерительной схемы, если это невозможно, просто соедините корпус компьютера с корпусом измерительной схемы;
-сигнал с датчика, после преобразователя, передавайте в компьютер дифференциальным способом, не используя
заземляющий провод в качестве сигнального;
-в случае невозможности соединения корпусов компьютера и измерительной схемы между собой
можете попробовать устройства гальванической развязки, например ISO102,ISO106 от Texas Instruments
(BB):
FEATURES
l 14-BIT LINEARITY
l INDUSTRY’S FIRST HERMETIC
ISOLATION AMPLIFIERS AT LOW COST
l EASY-TO-USE COMPLETE CIRCUIT
l RUGGED BARRIER, HV CERAMIC
CAPACITORS
l 100% TESTED FOR HIGH VOLTAGE
BREAKDOWN
ISO102: 4000Vrms/10s, 1500Vrms/1min
ISO106: 8000Vpk/10s, 3500Vrms/1min
l ULTRA HIGH IMR: 125dB min at 60Hz,
ISO106
l WIDE INPUT RANGE: –10V to +10V
l WIDE BANDWIDTH: 70kHz
l VOLTAGE REFERENCE OUTPUT: 5VDC,
правда с ограниченным до 70 kHz диапазоном частот или им подобные.
Удачи.

[strnikol]

Наблюдая за развитием дискуссии я так и не понял это шум датчика или наводка. В зависимости от этого и нужно принимать решения.

[tws]

Только увидев эту тему, сразу хотел было подсказать чего-нибудь умное. Да, смотрю, дискуссия уже завязалась.
Почитав, складывается впечатление, что наиболее правильно подходит пока тов. Falconist. Однако без помощи автора вопроса (immelstorm) он тоже вряд ли чего решит. Ведь, похоже, что реально нужно не напряжение и не ток, а

нестабильные характеристики, которые, как раз, и несут измеряемую информацию

.
Следовательно - пока могу только порекомендовать immelstorm-у рассказать чтоже он всё-таки меряет. Тогда может кто и подскажет, что здесь сигнал, что помеха, как их разделить и через что передать в компьютер. А то пока, все обяснения похожи на попытки рассказать как пройти в ближайший город человеку, сидящему в глубокой яме. А ему бы, сначала, лестницу или верёвку.

[immelstorm]

2tws
Измеряется ТЭДС естественной термопары резец-деталь.

2Falconist
Я думаю что сначала стоит собрать преобразователь ток-напряжение с оптронной развязкой и посмотреть как это вообще будет работать, хотя бы на низких частотах.
Какой ОУ и оптопару будет лучше использовать? Желательно достаточно распространённые.

[Godzilla82]

Хоть немного стало ясно, что же у вас там.
Во-первых. Термо - это ЭДС, то есть напряжение. А когда вы меряете ток, то это напряжение распределяется между входным сопротивлением амперметра (тем, что вы меряете), сопротивлением резца и сопротивлением станка (образца).
Если при этом образец ещё и движется, вообще ппц. То есть происходит механический разрыв цепи. Если вы этим хотите добиться измерения температуры в зоне резки... Хм... Вам тогда нужно ставить очень жёсткий фильтр низких частот, чтобы сглаживал всё и вся. Термо процессы очень медленные. И говорить о даже десятках герц не имеет смысла. Если у вас другая цель - точно её опишите. А то такое ощущение, что вы что-то не договариваете или пытаетесь сделать то, что никто не делал по ряду вполне объективных причин.
И ещё, деталь крепится к станку. Резец - тоже. Всё металлическое. Возникает шунтирование термоэдс через корпус станка. Вам нужно изолировать деталь.
Я так представляю, что все помехи - от механического дребезга (+ возможно статическое электричество). Так что не думайте о скорости. Ставьте фильтр и усредняйте результаты. Тепловые процессы (ещё раз говорю!!!) очень медленные.
Для начала сделайте устройство с питанием от батарей. Или через классический трансформатор. Этим вы обеспечите гальваническую развязку. Особых осожнений здесь быть не должно, так как корпуса приборов (ваш, и токарного станка) можно (и нужно)объединить и посадить на массу (общий провод вашего устройства, минус и т.д.). Наводки - тут не особые, так как внутреннее сопротивление термопары относительно мало.
И ещё. Если вас интересует конечный результат, то учтите. Что термоэдс возникает на границе двух различных металлов при разности температур. Это относится, в частности, к самому резцу. А вот дальше резец крепится к железному основанию, которое в свою очередь, уже вставляется в патрон станка.
Допустим, температура резца в зоне резки - 200 градусов, а вот температура того же резца в зоне крепления - уже 120. Но это примерно. А вам же надо точно? Понятно, что если бы их температура составляла разницу в 1-2 градусов, проблем бы не было. Так что не забывайте и об этом ньюансе.

[immelstorm]

1. Резец изолирован от станка.
2. В зоне резания идут химические (диффузия) и физические (наростообразование, скалывание и т.д.) процессы, поэтому ТЭДС определяется не только температурой.
3. Температурный градиент составляет от 100 до 400 градусов, но из-за того, что химический состав резца и детали близок, ТЭДС мала.
4. Сейчас сигнал усиливается с помощью ina118 с питанием от трансформатора. Таким методом померять сигнал не удаётся.
5. Абсолютная величина сигнала тут не важна, скорее важна его форма.

[tws]

Да вы, ребята, за процессом стружкообразования следить пытаетесь похоже. Тут готового решения вряд ли кто подскажет.
Для начала посоветовал бы поточнее определиться с ограничениями:
1. Какова полная полоса измеряемого сигнала (если я угадал правильно, то от 0 Вас интересовать не должно). Чем она уже, тем меньше шумов. Поэтому всё лишнее, как сверху так и снизу надо обрезать.
2. Каково внутренне сопротивление этой "термопары". При столь малых сигналах точное согласование может дать достаточно много.

Как уже упоминал Godzilla82 для начала лучше отмакетироваться на батарейках (лучшей гальванической развязки не всречал).
Когда сигнал будет ужеполучен, можно будет добавлять оптопары, объединение/разделение змель и пр. Для такой задачи может иметь смысл вообще цифровать прямо в гальванически развязаной части схемы и дальше передавать в цифре.
Из распространённых ОУ может ничего не подойти - они все достаточно шумные.[/list]

[Ifkey]

Хотя и очень сомневаюсь, что "термопарный" подход здесь вообще возможен, даю ссылки на книги по этой теме:
--------------------------------------------------
Серьезнов А.Н., Цапенко М.П. Методы уменьшения влияния помех в термометрических цепях. (196. "Библиотека по автоматике", вып 282. 72 страницы.
Ее можно скачать по прямой ссылке:
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/B/''Biblioteka_po_avtomatike''/''Biblioteka_po_avtomatike'',v.0282.(196.[djv].zip

Короче и проще борьба с помехами описана в книге:
Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике.1987 (DjVu, 3246 Кб)
Адрес для "кривой" () скачки:
http://edu.prometey.org/library/book/17668.html
Советую скачать, т.к. там много другого очень полезного. Изложение простое (в виде развернутого справочника).
--------------------------------------------------

Если говорить о температуре, то в столь сложных условиях подходит ПИРОМЕТР, позволяющий производить измерения дистанционно. Выпускаются они сейчас в огромном количестве и ассортименте - наберите в Googl'е "пирометр".
Навскидку, из того, что мне "зацепилось":
http://www.gsi.ru/good.php?id=642
Пирометр Raynger МТ6
- Цена: 4512.00 руб.
- Вес: 227 г
- Время отклика: 500 мс
- Габаритные размеры: 152 х 101 х 38 мм
- Диапазон измерения: -30° до +500° град.С
- Оптическое разрешение (D:S): 10:1
- Питание: 9В (батарейка или аккумулятор)
- Точность: в диапазоне от 10°С до 30°С: ±1°С, более 30°С ±1,5°С или 1.5%

Характеристики более "шустрого" (с откликом 150 мс) - OPTRIS LaserSight (при цене 35955.00 руб) можно глянуть на страничке:
http://www.gsi.ru/good.php?id=666

Скорее всего и это будет "не в жилу", если интересуют лишь артефакты, возникающие в процессе резки.

При практически одинаковых материалах резца и детали ТЭДС, возникающая в месте контакта детали с "носиком" резца, будет Оочень маленькой. Деталь активно охлаждает режущую кромку, поэтому область максимального нагрева сдвинется от нее в тело накладки. Все это, наверняка, обильно поливается охлаждающей суспензией.
То, что удается уловить, порождено, скорее всего, слоем медного припоя (между победитовой накладкой и телом резца), местами контакта медных проводов с резцом и деталью и т.д.. Нормальные потенциалы металлов, из которых может состоять измерительнвя цепь: Fe** -0,440В, Sn** -0,136В, Pb** -0,126В, Cu** +0,337В. Пара Fe-Cu имеет контактную разность потенциалов (КРП) 0,440 + 0,337 = 0,777В. Получается неплохой источник, который гонит ток по измерямой цепи. Это, кстати, несложно проверить с помощью достаточно высокоомного вольтметра - должен подойти даже "китайский" тестер вроде М-830В, который имеет входное сопротивление 1 МОм на всех пределах измерения пост тока, поэтому с "генератора" КРП будет сниматься ток менее 0,8 мкА. Для этих измерений надо будет, не отнимая резца от детали, выключить станок и люминесцентное освещение (лампы дневного света дают очень сильные наводки).
В общем, есть сильное подозрение, что при токовом входе усилителя фактически измеряется сопротивление цепи. Тогда почему бы не пойти именно этим путем - измерять сопротивление цепи, пропуская через нее уже свой, достаточно большой ток (напр. 10...50мА)?

Верхняя частота, по-видимому, определяется минимальным размером артефакта. Сделаю прикидочный ретрорасчет: при скорости вращения шпинделя n=1200 об/мин, диаметре детали D=25 мм на частоте F=500 кГц "наследят" артефакты размером Pi*D*n/60 /F = 3,14/1000 = 3 мкм. Может быть стоит ограничиться (хотя бы на первое время) более крупными артефактами, и пропорционально снизить требования к верхней частоте?

[Andrew1]

Если интересует именно температура, а не весь комплекс процессов в одном сигнале, может подойти проще - термопару из тонкого провода поставить на резец в удобном месте?