Свежие обсуждения
Измерения

Дизайн народного RLC-метра (RLC-3)

1 34 174

Alexkuz: Что касается экономической выгодности, то, на мой взгляд, лучше пусть будет дороже, но зато намного компактнее и проще в изготовлении.
Поэтому жду ответа на мой вопрос.

Давайте так. Вы сначала подсчитаете сколько Ваш вариант схемы будет стоить и какой диапазон измерений с какой погрешностью Вы сможете обеспечить на выбранной Вами элементной базе. Если Ваши расчёты будут правильны и точность будет не хуже чем у Е7-22 http://www.elcomag.ru/news.html?id=24 и стоимость изготовления Вашего варианта буде в два раза дешевле, чем Е7-22. Я разрисую Вам аналоговую часть.

 

Link: Давайте так. Вы сначала подсчитаете сколько Ваш вариант схемы будет стоить и какой диапазон измерений с какой погрешностью Вы сможете обеспечить на выбранной Вами элементной базе. Если Ваши расчёты будут правильны и точность будет не хуже чем у Е7-22 http://www.elcomag.ru/news.html?id=24 и стоимость изготовления Вашего варианта буде в два раза дешевле, чем Е7-22. Я разрисую Вам аналоговую часть.

Что ж, попробую рассчитать.
A). Стоимость комплектующих:
1. Генератор синуса. Его легко получить, используя 8-разрядный ЦАП от P89LPC904 (см. пост от 14 февраля (26 стр.). Для обеспечения точности для питания P89LPC904 можно использовать любой 3-вольтовый опорник (например, AD780).
Стоимость P89LPC904 в Терраэлектронике………………………..…………….. 1.55$
Стоимость A780 – около 4$ (Например, в Тенроне она стоит 144 руб) …………4$
2. Стоимость AD8231 в Элтех - www.eltech.spb.ru (там я и купил)…………. …2.8$
3. В качестве основного микроконтроллера – использовать C8051F067
(см. пост от 2 февраля), т.е. использовать его два 16-разрядных АЦП и рассчитывать
Zx с помощью преобразования Фурье (фазу и амплитуду).
Стоимость C8051F067 в Электроснабе (www.electrosnab.ru) ……………………..10$
---------------------------------------------
Итого:………………………18.35$
По курсу 33 руб/$ это будет 605 руб.
4. Стоимость платы трудно поддается расчетам. Если использовать, например, макетку
и ручной монтаж, то вообще - бесплатно. Можно для изготовления использовать
метод ЛУТ (лазерный принтер и утюг).
5. Вероятно, понадобятся дополнительные микросхемы ОУ. Кроме того, потребуются
интерфейсные микросхемы для связи с компьютером по RS232 (типа MAX232).
На все-провсе можно еще дать около 400 руб (и это с большим запасом) ………400 руб.
-------------------------
Итого: около 1000 руб.
Стоимость E7-22 4630 руб.
Половина - 2315 руб, а у меня получилось 1000 руб.
Б) Точность.
У E7-22 точность, как указано, 0.5%.
Точность предполагаемого прибора трудно определить заранее, но попробую.
Она определяется тремя параметрами: точностью по времени (т.е. точностью настройки
кварцевого резонатора для микроконтроллера), точностью измерения АЦП и диапазоном.
Я в своих устройствах настраиваю генератор (5-10 МГц) с точностью до 1 герца с помощью триммера (в качестве измерения частоты использую обычный частотомер Ч3-57). Поэтому точность по времени очень высокая и не влияет на точность прибора.
Точность АЦП. Она зависит от следующих параметров: разрешение и точность опорника.
Разрешение. 16 разрядов дают 65536 отсчетов; это больше, чем 10000. При напряжении 3В абсолютное разрешение составляет 3В/10000=0.0003В, а относительное: 0.0003В/3В=0.0001 или 0.01%.
Если использовать хороший опорник (типа AD780), то, на мой взгляд, точность АЦП такой и будет (т.е. 0.01%). Но это только для какого-то одного диапазона измерения.
Поскольку у нас диапазон усиления AD8231 от 1 до 128, то получаем дополнительную разбежку по диапазонам (т.е. диапазон измерения может варьироваться от 1 до 100).
Я, к сожалению, ничего больше о точности сказать не могу. Вероятно, можно более точно рассчитать и по-другому. Однако, по моим расчетам, точность (0.01%) значительно выше, чем 0.5% у Е7-22.

 

Alexkuz: 3. В качестве основного микроконтроллера – использовать C8051F067
(см. пост от 2 февраля), т.е. использовать его два 16-разрядных АЦП и рассчитывать
Zx с помощью преобразования Фурье (фазу и амплитуду).

Так давайте остановимся на преобразовании Фурье. Для того чтоб использовать преобразование Фурье, нам необходима и положительная и отрицательная полуволна синусоиды. Для того чтобы оцифровать ЦАПом обе полуволны синусоиды нам необходимо сдвигать уровень на +1,5В (Согласно Ваших условий), в итоге положительную полуволну Вы сможете оцифровать с разрядностью 16р/2=8разрядов.
Если учесть что АЦП имеет погрешность измерения +/-1млатший разряд то остаются честных 7разрядов, но применив усреднение измерений можно добиться 8разрядов. Дальше если мы оцифровываем синусоиду с амплитудой в 1В то минимальное изменения амплитуды напряжение которое сможет зафиксировать АЦП равно 1В/256=0,00390625В – Эта величина есть абсолютной погрешностью измерения, относительная погрешность будет равна 0,00390625В/1В=0,00390625*100%=0,390625%. Если коэффициент усиления равен 1 то прогнозируемая относительная погрешность равна 0,390625% а если коэффициент усиления равен 10 то относительная погрешность измерения равна 3,90625%. E7-22 имеет 0,5%.
Вроде так, пусть меня поправят, если я не правильно посчитал относительную погрешность измерений.
P.S. Крутой микроконтроллер правда и цена тоже не 1$ .

 

Link: Так давайте остановимся на преобразовании Фурье. Для того чтоб использовать преобразование Фурье, нам необходима и положительная и отрицательная полуволна синусоиды. Для того чтобы оцифровать ЦАПом обе полуволны синусоиды нам необходимо сдвигать уровень на +1,5В (Согласно Ваших условий), в итоге положительную полуволну Вы сможете оцифровать с разрядностью 16р/2=8разрядов.
Если учесть что АЦП имеет погрешность измерения +/-1млатший разряд то остаются честных 7разрядов, но применив усреднение измерений можно добиться 8разрядов. Дальше если мы оцифровываем синусоиду с амплитудой в 1В то минимальное изменения амплитуды напряжение которое сможет зафиксировать АЦП равно 1В/256=0,00390625В – Эта величина есть абсолютной погрешностью измерения, относительная погрешность будет равна 0,00390625В/1В=0,00390625*100%=0,390625%. Если коэффициент усиления равен 1 то прогнозируемая относительная погрешность равна 0,390625% а если коэффициент усиления равен 10 то относительная погрешность измерения равна 3,90625%. E7-22 имеет 0,5%.
Вроде так, пусть меня поправят, если я не правильно посчитал относительную погрешность измерений.
P.S. Крутой микроконтроллер правда и цена тоже не 1$ .

На сколько мне известно, разрешение считается не по количеству разрядов, а по количеству отсчетов:
при разрешении 16 разрядов синусоида амплитудой в 3 Вольта разбивается на 65536 отсчетов. Абсолютное разрешение каждого отсчета составляет 3В/65536=0.000046В.
Относительное разрешение будет 0.000046В/3В=0.0000152=0.0015%
Далее, если уж Вы хотите подсчитать разрешение только одной положительной полуволны (хотя мне не совсем понятно почему(?), но пусть будет именно так, как Вы хотите), то, если две полуволны разбиваются на 65536 отсчетов, то одна полуволна имеет количество отсчетов в ДВА раза меньше. Подсчитаем: это будет 65536/2=32768 (что составляет 15 двоичных разрядов). Другими словами, одна полуволна синусоиды оцифровывается с разрешением не 16/2 (как у Вас получилось) разрядов, а 16-1=15 разрядов.
Подсчитаем абсолютное разрешение.
Абсолютное разрешение будет: 1.5В (одна полуволна)/32768=0.000046В (тоже самое, что и при 3В).
Я намеренно использовал в предыдущем расчете точности не 65536, а 10000, т.е. намеренно загрубил точность в 6.5 раз, т.к. у АЦП разрешение в +/- 1 ед. мл. разряда довольно большая редкость. Обычно разрешение составляет +/-1.5 (а то и 2) ед. мл. разряда.
Что Вы на это скажете?

 

Alexkuz: Что Вы на это скажете?
То что я не правильно посчитал.
Питание 5В однополярное?
Вы знаете, что синус на входе АЦП будет, сдвинут относительно нуля на 1,5В.

 

Link: Питание 5В однополярное?
Вы знаете, что синус на входе АЦП будет, сдвинут относительно нуля на 1,5В.

Конечно, знаю. Да, питание однополярное (3.3В). Мало того, для формирования синуса в ЦАП я его тоже сдвигаю на 1.5В вверх, т.е. обобщенно формула для вычисления синуса выглядит: U[В]=1.5*sin(2Пft)+1.5, где П=3.14. Когда синус=1 напряжение U=3В, когда синус=-1, напряжение U=0В. А что в этом криминального?

 

Alexkuz: Когда синус=1 напряжение U=3В, когда синус=-1, напряжение U=0В. А что в этом криминального?
У меня просто идея оцифровывать только положительную полуволну, а отрицательную «дорисовывать» программно. Отпадает необходимость преобразовывать измерения к синусу, т.е. измерение синуса сразу накапливаются в массив. И увеличивается разрядность АЦП.

 

Alexkuz: U[В]=1.5*sin(2Пft)+1.5, где П=3.14. Когда синус=1 напряжение U=3В, когда синус=-1, напряжение U=0В. А что в этом криминального?
Когда амплитуда синуса будет +1 напряжение на ЦАП и АЦП (При единичном коэффициенте усиления.) будет 2,5В когда амплитуда равна -1 то на АЦП будет 0,5В.

 

Link: Когда амплитуда синуса будет +1 напряжение на ЦАП и АЦП (При единичном коэффициенте усиления.) будет 2,5В когда амплитуда равна -1 то на АЦП будет 0,5В.

U[В]=1.5*sin(2Пft)+1.5.
Амплитуда синуса А=1.5, значение синуса изменяется от -1 до 1.
Если А=1.5, значение синуса =+1, то U=1.5*1+1.5=3В;
А=1.5, значение синуса =-1, то U=1.5*(-1)+1.5=-1.5+1.5=0В
Если А=1, значение синуса=+1, то U=1*1+1.5=2.5В
A=1, значение синуса=-1, то U=1*(-1)+1.5=-1+1.5=0.5В
Я не совсем понимаю вопрос.

 

Всё правильно это я туплю, значение синуса попутал со значением амплитуды, просто идея измерения одной полуволны в голове крутится. Вы как насчёт измерения одной полуволны? Я сейчас разрисую теорию в картинках.