Электронная балансировка моста Уитстона

[kolobokus]

Прошу посоветовать вариант электронной балансировки моста Уитстнона в широких пределах (весь диапазон измерения), запитанного переменным током.
Задача: Вместо мостового тензодатчика включать резисторный мост с широким диапазоном балансировки, с помощью которой эмулировать работу снятого мостового тензодатчика.
Желательно иметь удовлетворительную температурную стабильность (не хуже 500 ppm). Мост питается синусоидой 2В RMS 400 Гц. Максимальный сигнал с моста 10 мВ.
Интересует прежде всего аналоговый вариант (нелинейность не более 2%) управления перекосом (балансировки) моста постоянным напряжением. Эмулируемые процессы медленные (10% шкалы в минуту).
Цифровые потенциометры пока не рассматриваю.

Вот схема, описывающая задачу.

структурная схема.JPG

Блочная схема установки

(255.87 КБ) 240 скачиваний

Зеленый график - изменение напряжения в течении нескольких десятков секунд или минут, красный - результат в отчете. Они должны оказаться идентичными.

Я не имею возможности проводить реальные испытания, но необходимо с помощью имеющегося прибора, не влезая в его программу, получить отчет, похожий на тот, что ожидается (в целях предоставления потенциальным заказчикам для оценки возможностей прибора).

Формирователь (аналоговый интегратор плюс схема коррекции или, возможно, управляемый компьютером по своей программе ЦАП) формирует напряжение, форма изменение которого во времени похожа на возможную результирующую кривую (на схеме обозначена красным цветом). Я задаю разные формы кривых и получаю разного вида отчеты программного комплекса вместе с автоматически формирующимися расчетами параметров результатов испытания.

[BlackKilkennyCat]

эмулировать программно? то есть, не руками переменники крутить?
помимо цифровых потенциометров существуют моторизированные переменные резисторы, дороговатые.
Можно моторизировать самостоятельно, рулевой машинкой.
Но только не совсем понятно, а почему просто сразу не эмулировать выходной сигнал после моста?

[АлександрЛ]

[uquote="kolobokus",url="/forum/viewtopic.php?p=3924083#p3924083"]Прошу посоветовать вариант электронной балансировки моста Уитстнона в широких пределах (весь диапазон измерения), запитанного переменным током.
Задача: Вместо мостового тензодатчика включать резисторный мост с широким диапазоном балансировки, с помощью которой эмулировать работу снятого мостового тензодатчика.
Желательно иметь удовлетворительную температурную стабильность (не хуже 500 ppm). Мост питается синусоидой 2В RMS 400 Гц. Максимальный сигнал с моста 10 мВ.
Интересует прежде всего аналоговый вариант (нелинейность не более 2%) управления перекосом (балансировки) моста постоянным напряжением. Эмулируемые процессы медленные (10% шкалы в минуту).[/uquote]
Если у вас мост питается переменным напряжением, то как вы хотите делать ему перекос ПОСТОЯННЫМ напряжением?

Какое сопротивление имеют резисторы тензомоста?
Напряжение питания тензомоста?

При тензорезисторах 350 Ом и питании 5 вольт (постоянки) перекос в почти 4,5 милливольта обеспечивает резистор в 100 кОм, подключённый параллельно одному из тензорезисторов (направление "перекоса"- зависит от того, к какому резистору вы его подключите)

У нас балансировка моста делается вот так:

Спойлер

слева "вроде как правильная", а справа- так пришлось делать при применении цифрового резистора..

[kolobokus]

[uquote="BlackKilkennyCat",url="/forum/viewtopic.php?p=3924088#p3924088"]эмулировать программно?
Но только не совсем понятно, а почему просто сразу не эмулировать выходной сигнал после моста?[/uquote]


Сразу, это программно? Над этой возможностью работают сейчас другие. Я же хочу попробовать сделать это аппаратно, сначала аналоговыми устройствами. Не получится - ЦАП+ МК

Добавлено after 2 hours 8 minutes 29 seconds:
[uquote="АлександрЛ",url="/forum/viewtopic.php?p=3924104#p3924104"]Если у вас мост питается переменным напряжением, то как вы хотите делать ему перекос ПОСТОЯННЫМ напряжением?

Какое сопротивление имеют резисторы тензомоста?
Напряжение питания тензомоста?[/uquote]


В том до и дело что Мост питается синусоидой 2В RMS 400 Гц.
А для эмуляции его работы я собирался прилагать постоянное напряжение, изменяющееся по нужному мне закону, к преобразователям "напряжение-сопротивление" подключенным параллельно противоположным резисторам моста. То есть, мысль та, чтобы полностью имитировать работу тензомоста, включив вместо него (в его же разъем) свою схему и не "ломая" программу прибора. Пусть он регистрирует то, что я ему выдам.
Ваша схема применения ЦП в случае питания моста переменным током тоже возможна, но потребует двух гальванически развязанных источников питания и гальванической развязки управления ЦП. Сложновато, как то...
Да, еще проблема при применении ЦП (цифрового потенциометра): количество шагов регулирования только в отдельных экземплярах 1024, а чаще 256. А те, что 1024 - имеют слишком маленькие корпуса для любительского монтажа. И мне мало 1024 шагов, будут заметны "ступеньки" регулирования. А как включить два ЦП, чтобы увеличить шаги в разы (256х256=65536) - не представляю. Есть идеи?
Пока бьюсь над чисто аналоговым вариантом и удивлен тем, что не нахожу готовых электронных элементов выполняющих функцию линейного преобразования напряжение - сопротивление.

[BlackKilkennyCat]

ну вообще-то это транзистор.

[АлександрЛ]

[uquote="kolobokus",url="/forum/viewtopic.php?p=3924225#p3924225"]Пока бьюсь над чисто аналоговым вариантом и удивлен тем, что не нахожу готовых электронных элементов выполняющих функцию линейного преобразования напряжение - сопротивление.[/uquote]
Обычно "страдают" по обратному преобразованию- сопротивление или ток в напряжение..

Берёте мою ПРАВУЮ схему, там "цифровой резистор" номиналом 5 кОм включён ДЕЛИТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ, а уже подеренное резистором напряжение подаётся на выход моста, и вызывает его "перекос"..
Заменяете резистор на ОУ, и напряжение с выхода ОУ подаёте, через резистор на выход моста..
А на вход ОУ можно подать сигнал нужной вам формы и частоты (длительности), пределы изменения выходного напряжения ОУ можно настроить за счёт задания коэффициента усиления ОУ и номинала резистора от выхода ОУ к выходу моста.

зы.. Я пробовал заменить "цифровой потенциометр" на ЦАП.. ииии.. Выкинул ЦАП нахрен, от него ОЧЕНЬ МНОГО ШУМА..

зызы.. А так ли вам нужна "линейность преобразования"? Вы же хотите ЭМУЛИРОВАТЬ сигнал тензодатчика!
Можно попробовать использовать ДВА фоторезистора, вернее, два РЕЗИСТОРНЫХ оптрона, у которых в качестве излучателя применяется миниатюрная лампочка накаливания, у таких оптронов, вроде как "линейность" получше, чем у оптронов со светодиодом..

Самодельную оптопару типа "светодиод-фоторезистор" я делал, на замену АОР124-

Примерно так же можно сделать оптопару с лампочкой.

[kolobokus]

[uquote="BlackKilkennyCat",url="/forum/viewtopic.php?p=3924272#p3924272"]ну вообще-то это транзистор.[/uquote]

Это теоретически, увы. На практике все сложнее. Если очень простые условия: постоянный ток, узкий диапазон, нет требований к стабильности и линейности, то да.
Но у меня питание моста переменным током и очень желательны температурная стабильность хотя бы в 1% на 10 градусов и линейность во всем диапазоне изменений сигнала моста не хуже 2%.
Вообще, я ищу вариант линейной функции R=f(U) в диапазоне R - от нескольких сот Ом до нескольких десятков кОм. (диапазон U - не критичен, его легко операционниками подогнать).

Добавлено after 18 minutes 49 seconds:
[uquote="АлександрЛ",url="/forum/viewtopic.php?p=3924288#p3924288"]Можно попробовать использовать ДВА фоторезистора, вернее, два РЕЗИСТОРНЫХ оптрона, у которых в качестве излучателя применяется миниатюрная лампочка накаливания, у таких оптронов, вроде как "линейность" получше, чем у оптронов со светодиодом..
Примерно так же можно сделать оптопару с лампочкой.[/uquote]

Спасибо за идею с лампочкой! Действительно, линейность преобразования должна возрасти. Буду пробовать. У этого варианта очень хорошие преимущества: простота и гальваническая развязка, притом устройства можно включить в противоположные плечи моста, а лампы - последовательно.

Не совсем понял на счет варианта с ОУ.
Вы предлагаете его использовать совместно с цифровым потенциометром?

Добавлено after 14 minutes 17 seconds:
Вот, накопал схему.




Если заменить предлагаемые оптопары с полевиком на самодельные (лампочка-фоторезистор), предложенные Александром, то можно, я думаю, ещё улучшить параметры схемы, повысив её линейность и дополнительно обеспечить фильтрацию входного сигнала за счет инерционности лампы накаливания, что мне не помешает.
Или не менять...

[kolobokus]

Один уважаемый форумчанин предложил модернизацию понравившейся мне схемы.
В ней фототранзистор заменен на фоторезистор.
Получилось ещё лучше. Работает в широком линейном диапазоне, включая переменный ток в нагрузке.

На этой схеме и остановлюсь.
Выкладываю модель, предоставленную bordodynov

[Hand-Maker]

Вкину свои пять копеек. Если необходимо получить линейную зависимость сопротивления фоторезистора от управляющего напряжения, то наверное надо R2 заменить на источник постоянного тока.

[kolobokus]

[uquote="Hand-Maker",url="/forum/viewtopic.php?p=3927077#p3927077"]надо R2 заменить на источник постоянного тока.[/uquote]

В том то и дело, что ток через R4 переменный. А если использовать вместо R2 ИПТ, то эти нагрузки окажутся в разных условиях. Надо моделировать, что то не могу сообразить, станет ли лучше...

[Hand-Maker]

Вам надо определиться, какая зависимость измерительного резистора от измеряемого параметра. И именно эту зависимость "вгонять" в сдвоенную оптопару. Тогда выходной резистор будет верно эмулировать работу прототипа.