Преобразователь ток-напряжение - Страница 4

Ifkey · 06.02.2009, 00:44

Термопару можно просто зачеканить в тело резца с обратной стороны от победитовой накладки - запитка входного усилителя от автономного источника и последующая гальваническая развязка вполне позволяют такой поступок. Похоже, что автора топика интегральная температура тоже интересует, поскольку с ней придется увязывать и высокочастотную информацию. Диапазон же частот последней можно ограничить снизу (скажем, от 20 кГц) - это может значительно упростить задачу с гальванической развязкой.

NOPROBLEM · 06.02.2009, 01:32

Сообщение от immelstorm

1. Это широкополосный сигнал, который содержит постоянную составляющую.
2. Выход преобразователя подключен к плате сбора данных в компьютере. Несмотря на то, что всё заземлено, начинается перетекание тока через общую землю от объекта измерения через преобразователь на плату сбора, забивая вход оу.
3. На вход платы желательно подавать напряжение хотя бы в 100 мВ, т.к. напряжение помех уже 4 мВ.
4. Объектом измерения является естественная термопара, поэтому такие малые токи.

Позвольте вставить свои 5 копеек, так как имею некоторый опыт в подобных измерениях.
1. Если полоса больше нескольких герц, то длинные концы в промышленных условиях не удается реализовать ни по каким схемам компенсации.
2. Также много проблем доставляют цепи питания, гальванически завязанные с приемником сигнала
3. ИМХО в данном случае лучший вариант - предварительный усилитель с автономным питанием рядом с резцом. Второй провод (от детали) следует проводить с умом, поскольку уровень наводок пропорционален площади контура входных проводов. Я бы использовал контакт в виде металлической щетки непосредственно под резцом.
4. ИМХО сигнал в измеритель лучше гнать не аналогом, а цифрой. Самый экономный вариант - инструментальный усилитель + преобразователь напряжение/частота и быстрый оптрон в развязке. Единственным препятствием к этому может быть готовая входная схема обработки сигнала, а если самому делать, то на любой микропроцессор можно с десяток таких устройств понавесить легко

Что непонятно - спрашивайте!

Andrew1 · 06.02.2009, 08:37

Термопару в резец не обязательно вбивать, можно поставить на тонкую изолирующую прокладку и нет проблем с гальваническими развязками и помехами по общему проводу

vic1967 · 06.02.2009, 10:06

Доброе время суток! Мне кажется, что измерять температуру в месте контакта резца и детали следует дистанционно. Ну допустим, ИК-диодом (или чем-то вроде этого), а потом спокойно усиливать и передавать сигнал куда угодно. Ведь снимая сигнал непосредственно с места контакта резания, Вы измеряете не температуру, а контактную разность потенциалов в первую очередь - тело резца+режущая часть+припой -это все разные материалы, ну и потом все остальные помехи и наводки, которые наводятся двигателем станка по земле, т.е. 50Гц.

immelstorm · 06.02.2009, 19:50

Спасибо за ссылки на книги.
Хотелось бы ещё немного прояснить вопрос:
1. Мы используем резец без напаек, как раз для избежания появления паразитных термопар.
2. Примерное распределение температур приведено в прикреплённом рисунке.
3. Пирометром мы тоже пробовали мерять, но для получения более-менее достоверных результатов поверхность должна быть матовой и чёрной.

-- Прилагается рисунок: --

Godzilla82 · 07.02.2009, 00:00

У вас, извините, получаются не наводки и шумы (хотя и не без них), а механический разрыв цепи. Причём устранить его вы не сможете. Соответственно, результат нужно фильтровать и усреднять (что и делает стрелочный микроамперметр).
Механические явления ограничиваются полосой несколько килогерц. Уж точно не до 500. Температурные явления - на два-три порядка ниже. Всё, что выше - дребезг и пр., не несущий полезную инфу сигнал.
А чего вы, собственно, хотите добиться в итоге? Ну получите вы максимальную температуру, ну скорость её изменения... А дальше что? Эти параметры можно и так прикинуть, проведя не столь "прямые" измерения.

NOPROBLEM · 07.02.2009, 00:43

Сообщение от Godzilla82

У вас, извините, получаются не наводки и шумы (хотя и не без них), а механический разрыв цепи. Причём устранить его вы не сможете. Соответственно, результат нужно фильтровать и усреднять (что и делает стрелочный микроамперметр).
Механические явления ограничиваются полосой несколько килогерц. Уж точно не до 500. Температурные явления - на два-три порядка ниже. Всё, что выше - дребезг и пр., не несущий полезную инфу сигнал.
А чего вы, собственно, хотите добиться в итоге? Ну получите вы максимальную температуру, ну скорость её изменения... А дальше что? Эти параметры можно и так прикинуть, проведя не столь "прямые" измерения.

Думаю, Вы суть вопроса несколько упрощенно понимаете

ТермоЭДС взята как наиболее просто поясняемая составляющая электрического сигнала, снимаемого данным методом. Полагаю, уважаемый immelstorm озадачен только аппаратной частью стенда, не слишком примитивной в данной постановке. ИМХО анализ физических и физикохимических процессов в зоне контакта резца и детали соответствует уровню докторской диссертации в области материаловедения. Прямые измерения и корреляция их с термоЭДС даст этим специалистам огромный простор для работы, просто дух захватывает. А про разрыв цепи не волнуйтесь, там его не будет, по крайней мере пока резец не пищит!
immelstorm, я Вам завидую! Жутко перспективное направление! Будет очень жаль, если оно заглохнет по причине слабости Ваших электронщиков. С радостью помогу, чем можно! Удачи

Godzilla82 · 07.02.2009, 02:38

Не то, что воспринимаю слишком упрощённо. Вовсе нет. Просто понимаю, что в данной ситуации вытащить именно полезные данные очень сложно (практически нереально). И основная проблема - именно непостоянство контакта. Выходит горячая стружка, коротит ответственную часть схемы, причём сопротивление самой стружки очень сильно зависит от температуры. Ток, который через неё потечёт - от степень нажима и сопротивления стружки. К тому же, если "пищать" будет - вообще ток периодически будет идти через стружку. И разделить всё это на части и правильно анализировать - действительно диссертация.
Но тем не менее, полезный диапазон частот, в этом случае не превышает нескольких килогерц. И не надо заморачиваться насчёт нескольких десятков и, тем более, сотен. Им просто не откуда взяться.
Если здесь значительную роль играет ЭДС нетеплового происхождения (химические процессы), может имеет смысл упростить задачу? В частности, исключить механическое движение. Взять тот же самый резец и образец и нагревать их подходящим источником. Будет сразу видно, что ЭДС плавно меняется. Хотя о химических процессах в этом случае, наверное, можно не вспоминать. Будет та же самая термопара. А вот периодическое разрывание этой термопары слоем оксида (при вращении) с образованием хим. ист. тока - это уже процесс, практически не поддающийся описанию ввиду его хаотичности.
Когда-то слышал фразу от одного физика. Можно, конечно, потратить всю жизнь на изучение образования завихрений в потоке воды в сливающемся унитазе. Только вот нужно ли это будет в практической жизни.
Одно дело, действительно, изучить распределение температуры по резцу, а другое - ещё и вытащить эту инфу из шума. Боюсь, что задача может оказаться нерешаемой. Несмотря на отличную идею. Действительно, термопара, которая даёт температуру именно в зоне резки, то есть именно в зоне источника. Измерить её весьма соблазнительно

Falconist · 07.02.2009, 15:02

Во-первых, тоже хочу выразить восхищение новизной научного подхода к теме! Всегда считал, что умных голов у нас - навалом, им бы только соответствующее материальное обеспечение... А во-вторых, сказать пару слов по поводу обхода некоторых проблем, видимых навскидку, по поводу аппаратной реализации этой идеи.

Давайте рассмотрим IMHO принципиальный вопрос - цепь прохождения тока в данной термопаре (деталь/резец). Предположим, резец изолирован от резцедержателя, проводник к нему подходит непосредственно. Гут. А как со вторым контактом - к детали? Она закреплена во вращающемся через подшипники шпинделе. К чему подходит проводник? К шпинделю? Через токосъемник? Тогда токосъемник "искрит". Вот Вам и Ваши 500 кГц. Прямо к станине? Но в подшипниках - масло, и масляная пленка тоже то рвется, то восстанавливается - то же самое "искрение" и те же 500 кГц. Совершенно прав Godzilla82 - не вижу, откуда взяться столь высокочастотному сигналу.

Предлагаю техническое решение, как обойти проблему токосъемника (будете писать статью - не забудьте взять меня в соавторы

) - ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕЗЕЦ. Суть - на рисунке: рядом стоят два резца, режущие поверхности которых - из разных материалов, например, из твердосплавной напайки ("В") и быстрорежущей стали ("А"). Шаг смещения их режущих кромок равен глубине снятия стружки. При подаче они будут в практически равных условиях резания. Один из них (например, твердосплавный) взять в качестве "референтного" - образцового.

Получается термопара не с одним спаем, а с двумя (внизу рисунка). Безо всяких паразитных путей прохождения измерительного тока. Не знаю, насколько большая разница термо-ЭДС тут будет в абсолютных значениях, но навскидку какая-то должна быть - надо мерить. ВЧ разрывы электрического контакта ("искрение") устранить фильтрами. В "сухом остатке" остается "полезный" НЧ сигнал. Вот его-то и анализировать.

Как-то так...

-- Прилагается рисунок: --

immelstorm · 07.02.2009, 16:58

Вообще, хотелось бы сказать, что идея эта сама по себе не новая - этим занимались ещё в 60-х годах. Но, видимо, из-за неразвитости элементной базы всё ограничилось измерением постоянной составляющей. Резец тупится -› нужна большая мощность резания -› растёт тепловыделение -› увеличивается ТЭДС. Тогда же и была предложена схема с двумя резцами.
Сейчас есть перспектива померять спектр, использовать цифровую фильтрацию и т.д., т.е. поднять этот метод на качественно новый уровень.

Токосъёмник пока в виде скользящего контакта, но в перспективе думаем перейти к чему-нибудь типа вращающегося трансформатора.

В понедельник пойду пробовать предусилитель с Ku=100 и короткими проводами. В качестве ацп можно будет использовать АСК4106, у него есть гальваническая развязка.