BIG a STSW kalibrace AD

Z onlinetechnology.cz

Přejít na: navigace, hledání
Tato stránka platí pouze pro SDS Druhé Produktové Řady (seznam)

Obsah

Nastavení převodu digitální hodnoty na fyzikální veličinu

Všechny SDS Druhé Produktové Řady mají svůj vnitřní A/D převodník (převádí analogovou hodnotu na digitální veličinu). Digitální výsledek převodu (surové číslo = "raw") odpovídá napětí, které je na vstup převodníku přivedeno.

Protože obvykle uživatel chce vidět právě hodnotu napětí (nebo hodnotu jiné, odpovídající veličiny), nikoliv nic-neříkající digitální číslo (raw), je potřeba dále provést přepočet.


Přepočet mezi digitální (raw) hodnotou z převodníku, a skutečnou fyzikální veličinou (např. Volty), provádí právě SDS ve svém firmware, a to neustále a na základě vašeho nastavení.

Je na každém majiteli / uživateli zařízení SDS, aby zařízení nastavil tak, aby přepočet odpovídal tomu, co k jednotlivým vstupů do SDS připojil.


Další vlastnosti

Zařízení SDS druhé řady (BIG, SMALL, STSW) provádí aktualizaci měření 25x za jednu vteřinu. Každá aktualizace se skládá z 32 mezi-měření, které jsou zprůměrovány, a výsledek je tedy 25x za vteřinu poskytnut uživateli (web, M2M, FULL-C).

Zařízení SDS jsou osazeny OZ chipy AD8630, zapojenými jako napětové sledovače, které zaručují vynikajicí vlastnosti všech analogových vstupů. Nulový offset je pouze 1uV (jeden mikrovolt), a teplotní chyba 0.005uV/1degC (pět nanovoltů na jeden stupeň Celsia změny teploty), obojí plně stabilní v celém rozsahu -40degC až do +125degC.


POZOR

Upozornění uživatelům.

Některé SDS (BIG) jsou z výroby osazeny jiným OZ chipem, tedy namísto správného AD8630 jsou tam zapájeny alternativní chipy LMV324. Je nutné komunikovat s výrobcem ohledně toho, jak chcete aby vaše SDS bylo sestaveno, tedy mj. které z těchto čipů tam má být.

Použití alternativy, tedy LMV324, způsobuje posun spodní hranice měření napětí na všech vnějších AD vstupech (ADin, Rin), a to o 0.4V nahoru.

Jinými slovy, LMV324 způsobuje zanesení dolního offsetu o velikosti zhruba 400mV (tedy zhruba 50 raw ADC jednotek).

Pokud takové SDS máte, záleží pak na aplikaci ve které toto SDS provozujete - ve většině případů tato záležitost nemá vliv na funkci, a nemusíte to hlouběji řešit.

V případě, kdy chcete měřit (a) naprosto přesně nebo (b) úplně od 0.000V, pak tedy jednoznačně potřebujete SDS které je osazeno správnými chipy AD8630.

Ve všech ostatních případech by použití LMV324 nemělo vadit, ale bude případně nutné upravit si kalibraci přepočtu (viz tabulky dole, které platí jenom pro SDS osazené AD8630), minimálně tak, aby se daný pevný offset 0.4V ve zpracování odečetl.


Pokud tedy na stránce "Inputs Status" vidíte u jednotlivých AD vstupů nenulové hodnoty, i když jsou dané vstup nezapojeny (nebo i když jsou přímo spojeny na GND) (tedy například uvidíte tam toto: "0.407V (raw: 50)"), pak je zcela jistě vaše SDS osazeno LMV324. To lze ověřit i prohlédnutím desky modulu SDS, kde tyto chipy jsou.


Příklad

SDS-BIG je z výroby zapojeno tak, že měří přivedené napětí, na vstup AI1 (až AI5), v rozsahu 0V až 33V.

Pokud uživatel připojí externí sériový rezistor, může tento rozsah zvýšit. Nebo pokud se provede jiný zásah (změna vnitřního děliče), pak je možné zase rozsah snížit.


A/D převodník funguje tak, že celý uvedený rozsah vyjádří v 4096 krocích (12-bit rozlišení, platí pro SDS-BIG, SDS-SMALL a SDS-MODUL-STSW) (pozor, pro ostatní SDS (první produktové řady) je to jen 1024 kroků, tj. 10-bit rozlišení).

Protože před samotným A/D převodníkem, uvnitř SDS, je zapojen rezistorový dělič, můžeme celý rozsah libovolně měnit - ale vždy nám bude rozdělen právě na 4096 úseku, které je možné změřit.

Pokud je na vstup děliče přivedené napětí 0V, je výsledná digitální hodnota 0. Pokud je přivedené napětí 33V, je digitální hodnota 4095. Pokud je přivedené napětí 16.5V, je digitální hodnota 2047. A tak dále.


Změnou zapojení děliče (jeho hodnot nebo přidáním externího sériového rezistoru) lze rozsah změnit.


Vnitřní zapojení SDS-BIG

Podobné zapojení je k dispozici i na SDS-SMALL, jen hodnoty součástek (rezistorový dělič) jsou jiné. Modul SDS-STSW je opět zapojen zcela podobně, rozdílem je umístění děliče MIMO desku SDS-STSW.

Soubor:SDS_BIG_rev1_analoginput_schematic.gif

Klíčová informace zde je to, že GND je společná pro všechny vstupy, a že je propojená s vnitřní GND (připojená přes diody na napájecí zdroj, viz schema).


Kalibrační tabulky

Pro zařízení SDS-BIG a SDS-STSW byly sestaveny tabulky, které ukazují, pro jaké napětí přivedené na vstup zařízení SDS, jsou poskytnuty odpovídající digitální hodnoty jako výsledek A/D převodu.

Protože jsou k dispozici dva typy vstupů (napěťový a odporový), je zde tabulek více - vždy se musíte podívat, ke kterému konkrétnímu vstupu ta která tabulka patří.


Pozn. pro SDS první řady je kalibrace odlišná (a není zde uvedena), než pro SDS druhé řady (BIG, SMALL a STSW).


SDS druhé řady

Zapojení vstupů (BIG, SMALL, STSW):

FULL-C INDEX: |  [431] (uint)     |  [432]          |  [433]          |  [434]          |  [435]          |  [436]          |  [437]          |  [438]          |
FULL-C INDEX: |  [311] (float)    |  [312]          |  [313]          |  [314]          |  [315]          |  [316]          |  [317]          |  [318]          |

--------------|-------------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|

BIG:          |  Odporový Vstup   |  Vnější Zdroj   |  Vnitřní +5V    |  AI-1           |  AI-2           |  AI-3           |  AI-4           |  AI-5           |

 ROZSAH:      |  10 až 7700 ohm   |  2V až 33V      |  bude uveden    |  0.0V až 33.0V  |  0.0V až 33.0V  |  0.0V až 33.0V  |  0.0V až 33.0V  |  0.0V až 33.0V  |

--------------|-------------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|

SMALL:        |  Odporový Vstup   |  Vnitřní +3V3   |  Vnější +5V     |  AI-1           |  AI-2           |  AI-3           |  nedostupné     |  GND            |

 ROZSAH:      |  bude uveden      |  0.0V až 6.6V   |  0.0V až 10.0V  |  0.0V až 75V    |  0.0V až 75V    |  0.0V až 75V    |  vždy 0.0V      |  vždy 0.0V      |

--------------|-------------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|-----------------|

STSW rev2:    |  Odporový Vstup   |  Vnitřní +3V3   |  Vnější +5V     |  AI-1           |  AI-2           |  AI-3           |  nedostupné     |  GND            |

STSW rev3:    |  Odporový Vstup   |  Vnitřní +3V3   |  Vnější +5V     |  AI-1           |  AI-2           |  AI-3           |  AI-4           |  GND            |

 ROZSAH:      |  bude uveden      |  0.0V až 6.6V   |  0.0V až 10.0V  |  0.0V až 3.3V   |  0.0V až 3.3V   |  0.0V až 3.3V   |  0.0V až 3.3V   |  vždy 0.0V      |

Jak lze z tabulky vidět, uživatel má k dispozici vnitřní signály (+5V, +3V3) a vnější signály (odporový vstup, napájení, vstupy AI-1 až AI-5). Povolené rozsahy se také liší, podle typu SDS.


Poznámka k SDS-MODUL-STSW: protože STSW je modul pro vestavbu do zařízení, neobsahuje STSW rezistorový dělič (tak jak ho v sobě má BIG), předpokládá se, že jej vždy implementuje koncový uživatel. Příkladem je modul SDS-SMALL, který je postaven na základě STSW, a má doplňující rezistorový dělič.


"Odporový Vstup" vyžaduje napájení, aby mohl fungovat (měřený externí odpor je potřeba připojit na zdroj napětí, aby se dala určit hodnota odporu) - toto je plně realizováno uvnitř SDS-BIG (a SDS-SMALL), takže můžete na svorky SDS-BIG (a SDS-SMALL) přímo připojit měřený odpor.

Pozor však u SDS-MODUL-STSW, kde tato napájecí elektronika není součástí implementace - je to na vás, jako integrátoru modulu STSW (viz uživatelské schéma od STSW).


Způsob kalibrace

Kalibrace je do zařízení nahrána při výrobě. Jakmile však uživatel změní měřící rozsah (což samozřejmě může udělat), je potřeba změnit nastavení zařízení SDS.


1. Sestaví se tabulka (měřením - pro vhodný počet kroků přivedeného napětí na vstup se zapíše odpovídající RAW hodnota)

2. Regresně se sestaví převodní rovnice (výsledkem jsou hodnoty F0 až F6) - lze využít FULLC.exe aplikaci

3. Údaje F6 až F0 se zapíší do SDS (webové rozhraní) pro daný A/D vstup


Sestavení tabulky si musí provést uživatel sám, protože jen konkrétní uživatel má svou vlastní sestavu a jen takový uživatel může provést své vlastní měření.

Sestavení tabulky spočívá v postupném procházení všech možných hodnot veličiny na vstupu (např. přivedené napětí na A/D vstup) a zápisem odpovídající digitální (raw) hodnoty.

Jakmile je tabulka sestavena, lze použít nástroj (regrese v rámci FULLC.exe) a sestavit výslednou převodní rovnici.

raw = digitální hodnota z A/D

uživatelem poskytnutá kalibrace = údaje F6 až F0 pro daný vstup

výsledek = F6×(raw)^6 +F5×(raw)^5 +F4×(raw)^4 +F3×(raw)^3 +F2×(raw)^2 +F1×(raw)^1 +F0

Rovnice přímo popisuje to, co se uvnitř SDS dějě: SDS přečte digitální hodnotu z A/D (tj. "raw", od 0 do 4095). Tuto hodnotu dosadí do rovnice, a výsledek je údaj, který je reprezentován v jednotkách, které si uživatel zvolil (např. Volty).

Tento princip je univerzální, a používá se pro zcela všechny analogové vstupy (převod "raw" na hodnotu odporu, napětí, a jakékoliv jiné jednotky, podle připojeného čidla).


Datum provedení kalibrace

Kalibrační údaje na této stránce byly změřeny dne 28.května.2015 - na základním zapojení modulů SDS, s měřícími přístroji Fluke-185 s platným kalibračním listem.


Kalibrační tabulka SDS-BIG

AI1 až AI5 - napěťové vstupy SDS-BIG (HW rev1: dělič 91k/10k, OZ AD8630)

ZAPOJENÍ: vnější zdroj DC napětí připojen na svorky, GND zdroje a SDS propojeno

 napětí na vstupu           digitální hodnota (raw)
------------------------|------------------------------------------
   0.1V                 |    12
   0.2V                 |    25
   0.5V                 |    62
 -----------------------|------------------------------------------
   0.8V                 |    98
   1.0V                 |    122
   1.5V                 |    184
   2.0V                 |    245
 -----------------------|------------------------------------------
   5.0V                 |    614
   7.5V                 |    921
  10.0V                 |    1229
  12.5V                 |    1536
 -----------------------|------------------------------------------
  15.0V                 |    1843
  20.0V                 |    2458
  30.0V                 |    3688
 -----------------------|------------------------------------------

Převodní rovnice: 
 napětí = +1.66528718511675E-21*(raw^6) -1.25590844170449E-17*(raw^5) +2.65338197458429E-14*(raw^4) +1.07350797918577E-13*(raw^3) -5.03616294810546E-8*(raw^2) +0.00817533107719809*(raw^1) -0.00123199711497968

Konfigurace SDS-BIG (web-admin):
 F6 = +1.66528718511675E-21
 F5 = -1.25590844170449E-17
 F4 = +2.65338197458429E-14
 F3 = +1.07350797918577E-13
 F2 = -5.03616294810546E-8
 F1 = +0.00817533107719809
 F0 = -0.00123199711497968


Rin - vstupy měření odporu, SDS-BIG (HW rev1: napájení 5V/Rs=3k9, OZ AD8630)

ZAPOJENÍ: měření pasivního odporu (rezistor nebo podobný prvek, připojený přímo ke svorkám Rin)

 odpor připojený k Rin      digitální hodnota (raw)
------------------------|------------------------------------------
   10   ohm             |    16
   20   ohm             |    31
   30   ohm             |    47
   40   ohm             |    63
 -----------------------|------------------------------------------
   50   ohm             |    78
   60   ohm             |    93
   70   ohm             |    109
   80   ohm             |    124
 -----------------------|------------------------------------------
   90   ohm             |    139
   100  ohm             |    154
   500  ohm             |    702
   1000 ohm             |    1259
 -----------------------|------------------------------------------
   1200 ohm             |    1452
   1500 ohm             |    1715
   2000 ohm             |    2091
   2200 ohm             |    2224
 -----------------------|------------------------------------------
   2500 ohm             |    2409
   2800 ohm             |    2576
   3000 ohm             |    2686
   3200 ohm             |    2784
 -----------------------|------------------------------------------
   3500 ohm             |    2921
   3800 ohm             |    3047
   4000 ohm             |    3123
   4200 ohm             |    3198
 -----------------------|------------------------------------------
   4500 ohm             |    3304
   4800 ohm             |    3403
   5000 ohm             |    3465
   6000 ohm             |    3735
 -----------------------|------------------------------------------
   7000 ohm             |    3959
   7200 ohm             |    3999
   7500 ohm             |    4054
   7600 ohm             |    4072
 -----------------------|------------------------------------------
   7700 ohm             |    4094
 -----------------------|------------------------------------------

Převodní rovnice: 
 odpor = +1.99156825565969E-18*(raw^6) -1.65453709037569E-14*(raw^5) +6.33889089676753E-11*(raw^4) -8.86561288277864E-8*(raw^3) +0.000189215081774441*(raw^2) +0.604319636082622*(raw^1) +1.6360816319384

Konfigurace SDS-BIG (web-admin):
 F6 = +1.99156825565969E-18
F5 = -1.65453709037569E-14
F4 = +6.33889089676753E-11
F3 = -8.86561288277864E-8
F2 = +0.000189215081774441
F1 = +0.604319636082622
F0 = +1.6360816319384


Rin - vstupy měření odporu, SDS-BIG (HW rev1: napájení 5V/Rs=3k9, OZ AD8630)

ZAPOJENÍ: měření teploty pomocí čidla KTY81/220 (čidlo připojeno přímo na svorky Rin)

 teplota čidla KTY81/220     digitální hodnota (raw)
--------------------------|------------------------------------------
   -55 degC               |   1239
   -50 degC               |   1289
   -40 degC               |   1391
   -30 degC               |   1495
 -------------------------|------------------------------------------
   -20 degC               |   1603
   -10 degC               |   1709
     0 degC               |   1819
    10 degC               |   1928
 -------------------------|------------------------------------------
    20 degC               |   2037
    25 degC               |   2091
    30 degC               |   2145
    40 degC               |   2253
 -------------------------|------------------------------------------
    50 degC               |   2360
    60 degC               |   2464
    70 degC               |   2569
    80 degC               |   2671
 -------------------------|------------------------------------------
    90 degC               |   2776
   100 degC               |   2873
   110 degC               |   2967
   120 degC               |   3054
 -------------------------|------------------------------------------
   125 degC               |   3093
   130 degC               |   3127
   140 degC               |   3186
   150 degC               |   3228
 -------------------------|------------------------------------------
 
Převodní rovnice: 
 teplota = +2.2758719200737E-17*(raw^6) -2.87129645542293E-13*(raw^5) +1.48173817505793E-9*(raw^4) -3.99578657994844E-6*(raw^3) +0.0059284206691288*(raw^2) -4.48856739370058*(raw^1) +1269.95760077797

Konfigurace SDS-BIG (web-admin):
 F6 = +2.2758719200737E-17
 F5 = -2.87129645542293E-13
 F4 = +1.48173817505793E-9
 F3 = -3.99578657994844E-6
 F2 = +0.0059284206691288
 F1 = -4.48856739370058
 F0 = +1269.95760077797


Rin - vstupy měření odporu, SDS-BIG (HW rev1: napájení 5V/Rs=3k9, OZ AD8630)

ZAPOJENÍ: měření teploty pomocí čidla Pt1000-3850 (Sensit CZ) (čidlo dvoudrátově připojeno přímo na svorky Rin)

 teplota čidla Pt1000         digitální hodnota (raw)
--------------------------|------------------------------------------
   -50 degC               |   1054
   -40 degC               |   1097
   -30 degC               |   1138
   -20 degC               |   1180
 -------------------------|------------------------------------------
   -10 degC               |   1220
     0 degC               |   1259
    10 degC               |   1298
    20 degC               |   1337
 -------------------------|------------------------------------------
    30 degC               |   1374
    40 degC               |   1410
    50 degC               |   1446
    60 degC               |   1481
 -------------------------|------------------------------------------
    70 degC               |   1517
    80 degC               |   1552
    90 degC               |   1586
   100 degC               |   1619
 -------------------------|------------------------------------------
   110 degC               |   1650
   120 degC               |   1681
   130 degC               |   1712
   140 degC               |   1742
 -------------------------|------------------------------------------
   150 degC               |   1773
   160 degC               |   1803
   170 degC               |   1832
   180 degC               |   1861
 -------------------------|------------------------------------------
   190 degC               |   1890
   200 degC               |   1918
   210 degC               |   1945
   220 degC               |   1972
 -------------------------|------------------------------------------
   230 degC               |   1999
   240 degC               |   2025
 -------------------------|------------------------------------------

Převodní rovnice: 
 teplota = +2.839863726897E-16*(raw^6) -2.63272204406932E-12*(raw^5) +1.00609346932127E-8*(raw^4) -2.02599015819427E-5*(raw^3) +0.0227209889785627*(raw^2) -13.2424942150246*(raw^1) +3007.66669741273

Konfigurace SDS-BIG (web-admin):
 F6 = +2.839863726897E-16
 F5 = -2.63272204406932E-12
 F4 = +1.00609346932127E-8
 F3 = -2.02599015819427E-5
 F2 = +0.0227209889785627
 F1 = -13.2424942150246
 F0 = +3007.66669741273


Kalibrační tabulka SDS-MODUL-STSW

AI5 - je natvrdo připojen na GND, tj. měl by měrit "nulu" (přesněji, měří nulový offset A/D převodníku, takže toho lze s výhodou využít).

AI4 - k dispozici pouze od verze STSW "rev3" a dále. Avšak pozor! AI4 na STSW rev3 není přiveden přes OZ ale naopak je připojen přímo do A/D převodníku! Je tedy vaší povinností ošetřit AI4 na vaší základní desce (tj. oddělit operačním zesilovačem), narozdíl od AI1/2/3 (viz dále) které už na všech STSW oddělovací OZ chip mají. Dále také pozor na maximální napětí (max 3V3) na pinu AI4, při vyšším napětí hrozí okamžité zničení procesoru na modulu STSW.

AI1 až AI3 - napěťové vstupy SDS-MODUL-STSW (HW rev1/rev2/rev3: piny na DPS přímo na vstup OZ AD8630)

ZAPOJENÍ: vnější zdroj DC napětí připojen na svorky, GND zdroje a SDS propojeno
(pozor: STSW má rozsah svých vstupů 0V až 3V3, dělič napětí musí být externě doplněn)

 napětí na vstupu           digitální hodnota (raw)
------------------------|------------------------------------------
   0.004V               |    5
   0.025V               |    30
   0.050V               |    62
   0.075V               |    93
 -----------------------|------------------------------------------
   0.100V               |    122
   0.250V               |    310
   0.500V               |    619
   0.750V               |    929
 -----------------------|------------------------------------------
   1.000V               |    1240
   1.500V               |    1860
   2.000V               |    2481
   2.500V               |    3102
 -----------------------|------------------------------------------
   3.000V               |    3721
   3.100V               |    3845
   3.300V               |    4091
 -----------------------|------------------------------------------

Převodní rovnice: 
 napětí = -1.08384286558069E-23*(raw^6) +1.93417929722793E-19*(raw^5) -1.10586741518295E-15*(raw^4) +2.84087885652305E-12*(raw^3) -3.79685805502507E-9*(raw^2) +0.000808518272239551*(raw^1) +0.000284774618282913

Konfigurace SDS-STSW (web-admin):
 F6 = -1.08384286558069E-23
 F5 = +1.93417929722793E-19
 F4 = -1.10586741518295E-15
 F3 = +2.84087885652305E-12
 F2 = -3.79685805502507E-9
 F1 = +0.000808518272239551
 F0 = +0.000284774618282913


Rin - vstupy měření odporu, SDS-MODUL-STSW (HW rev1/rev2: EXTERNÍ napájení děličem 5k1/10k z 5V tak jak je to zapojeno v SDS-SMALL)

ZAPOJENÍ: měření teploty pomocí čidla KTY81/220 (čidlo připojeno přes doplňkovou elektroniku (ta je mimo STSW) (viz SDS-SMALL) ke Rin vstupu STSW)

 teplota čidla KTY81/220     digitální hodnota (raw)
--------------------------|------------------------------------------
   -55 degC               |   930
   -50 degC               |   973
   -40 degC               |   1040
   -30 degC               |   1115
 -------------------------|------------------------------------------
   -20 degC               |   1192
   -10 degC               |   1268
     0 degC               |   1345
    10 degC               |   1423
 -------------------------|------------------------------------------
    20 degC               |   1499
    25 degC               |   1536
    30 degC               |   1575
    40 degC               |   1649
 -------------------------|------------------------------------------
    50 degC               |   1723
    60 degC               |   1795
    70 degC               |   1867
    80 degC               |   1937
 -------------------------|------------------------------------------
    90 degC               |   2008
   100 degC               |   2076
   110 degC               |   2136
   120 degC               |   2196
 -------------------------|------------------------------------------
   125 degC               |   2222
   130 degC               |   2244
   140 degC               |   2283
   150 degC               |   2311
 -------------------------|------------------------------------------
 
Převodní rovnice: 
 teplota = +2.27885754663632E-16*(raw^6) -2.1014833000447E-12*(raw^5) +7.94160033947268E-9*(raw^4) -1.57177773050729E-5*(raw^3) +0.0171621022288022*(raw^2) -9.66184072822216*(raw^1) +2103.47832320631

Konfigurace SDS-STSW (web-admin):
 F6 = +2.27885754663632E-16
 F5 = -2.1014833000447E-12
 F4 = +7.94160033947268E-9
 F3 = -1.57177773050729E-5
 F2 = +0.0171621022288022
 F1 = -9.66184072822216
 F0 = +2103.47832320631


Kalibrační tabulka SDS-SMALL

Údaje budou teprve uvedeny. Protože SDS-SMALL je postaveno s využitím SDS-MODUL-STSW, má většinu kalibračních údajů stejných (rozdíl je pouze v AI1,AI2,AI3 vstupech pro měření vnějšího napětí).


konec

Osobní nástroje
Translate