Дифференциальный вакуумметр

[The Medved]

Доброго дня, уважаемые коты.
Леплю из подручных материалов конструкцию, которую я бы обозвал "дифференциальный вакуумметр" по сути это два аналоговых автомобильных датчика абсолютного давления (ДАД), сигналы с которых усиливаются и выводятся на микроамперметр с нулем посередине шкалы (R11 на приложенной схеме). Регулировка коэффициента усиления и напряжения по входу необходима для приведения выходных характеристик ДАД "к общему знаменателю", т.к. ДАД у меня из разных партий и, грубгря, стартовая точка и наклон прямых графиков "давление-напряжение" немного отличается. R1 и R2 здесь - рекомендованное сопротивление нагрузки из информации, накопанной на ДАД.
Я как бы не специалист в электронике так, утром мусор выносил и книжку Хоровица нашел, в общем критика приветствуется.

diff_vac_peak_detector.png

(134.54 КБ) 145 скачиваний

[The Medved]

Забыл, расчетная "чувствительность" - 1 деление шкалы (5 мкА) на 5 мм.рт.ст. разницы. Делается этот прибор для наглядной синхронизации работы цилиндров на двигателях мотоциклов по минимизации разницы разрежений во впускных каналах. Когда крутим винты - наглядно видим куда крутим Синхронизация считается успешной при разнице давлений менее 50-70 мм.рт.ст на ХХ и режимах частичного открытия дросселей (в мануалах разных производителей +- эти цифры.)

[Николай_С]

Строго говоря, это не дифференциальный, а двухканальный вакуумметр. Разница заключается в самом принципе измерения. Дифференциальный метод – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины. Обратите внимание, что в этом определении измерительный прибор один, а разница величин формируется в измерительном датчике. В этом случае нет необходимости учитывать другие физические величины, влияющие на результат измерения. К таким величинам относится температура, давление, вязкость и пр., которые взаимосвязаны между собой.
В многоканальных измерительных системах кроме вышеперечисленных, существуют и другие особенности:
- Значительно более сложная и дорогая конструкция по сравнению с одноканальными приборами.
- Требовательность к синхронизации и стабильности работы всех компонентов.
- Риск накопления погрешностей при увеличении количества каналов.
Всё вышеперечисленное влияет на точность измерения не в лучшую сторону. Сначала требуется оценить точность полученного результата расчётным и опытным путём, а уж затем принимать решение о построении многоканальных систем.

[The Medved]

Строго говоря, это не дифференциальный, а двухканальный вакуумметр. Разница заключается в самом принципе измерения.

Простите, а кроме незнания мной терминологии теории, сама идея и ее схемотехническая реализация - не говно?

Вообще я понял, что вы пытаетесь до меня донести. Где-то у меня валялся подобный датчик с двумя входами от какой-то автомобильной газобаллонной системы, выходное напряжение с которого составляет половину питания, вот он будет являтся истинно дифференциальным?

[Николай_С]

сама идея и ее схемотехническая реализация - не говно?

Спрашивается, для кого я всё это писал:

Сначала требуется оценить точность полученного результата расчётным и опытным путём, а уж затем принимать решение о построении многоканальных систем.

Отвечу проще: нужно считать, а затем проверять на макетке (симуляторе). Запросите у ИИ-шницы литературу по расчётам погрешности измерений и вперёд!

Где-то у меня валялся подобный датчик с двумя входами от какой-то автомобильной газобаллонной системы, выходное напряжение с которого составляет половину питания, вот он будет являтся истинно дифференциальным?

У меня тоже где-то валяются институтские конспекты с какими-то расчётами.

[The Medved]

Еще раз напишу дисклеймер для профессиональных электронщиков (и академиков с тремя высшими) - Я ЛЮБИТЕЛЬ БЕЗ ПРОФИЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ.
По этому я попробую описать шаги, а профессионалов прошу подсказывать, что я делаю не так.
Итак, идея отрисована в симуляторе, где она работает замечательно. Теперь практика:
1. Оба ДАД были подключены через тройник к ручному автомобильному вакуум-тестеру с манометром (скорее показометром), перекрывающим необходимый рабочий диапазон. После чего были сняты характеристики обеих ДАД и вычислены наклоны характеристик:

dependencies.png

(35.89 КБ) 102 скачивания

screen.jpg

(77.16 КБ) 103 скачивания

Показания снимались заслуживающим доверия прибором, который умеет в микровольты. Кривость "прямых" на графиках обусловлена говенным вакуумметром с ценой деления 20 мм.рт.ст.
В результате имеем чувствительность ДАД в среднем 7,5 мВ на каждый миллиметр ртутного столба (что в общем-то не требует каких-то схемных ухищрений и позволяет обойтись обычным ширпотребным ОУ, а учитывая выходной диапазон датчиков - обойтись однополярным питанием). Выходы каскадов-повторителей на ОУ работают друг на друга, что в общем-то ни документацией на LM324, ни какой-то из известных мне религий не запрещено.
Верхний по схеме усилитель сделан с регулируемым коэффициентом усиления для подгонки характеристик ДАД

[muravei_]

что я делаю не так.

Я глубоко не вникал, но если у вас датчики работают от нуля, то ОУ вам нужны тоже соответствующие: Rail to Rail , причем по входу, или смещение.
Симулятор , вероятно , очень оптимистично симулирует.
Но могу ошибаться , тк вникать нет времени.

пс Мелко на картинках, если от 1.5 в , то может и так сойдет.

[HochReiter]

и, грубгря, стартовая точка и наклон прямых графиков "давление-напряжение" немного отличается.

Регулятор наклона я на схеме вижу, регулятора "стартовой точки" - не вижу. Вижу непонятную цепь D5, R9, R16. Что это такое?

[Николай_С]

Вижу непонятную цепь D5, R9, R16. Что это такое?

Тут всё просто: это часть интегрирующей цепочки, которую они образуют с конденсатором С6. Через D5, R9 конденсатор С6 заряжается быстро, а через R16 разряжается медленно. Таким образом схема определяет минимальное разряжение за несколько циклов работы цилиндра.

[The Medved]

Доброго всем дня

Я глубоко не вникал, но если у вас датчики работают от нуля, то ОУ вам нужны тоже соответствующие: Rail to Rail , причем по входу, или смещение.

Выходное напряжение примененнных ДАД 0,4-4,6 В (20-105 кПа), LM324 умеет по входу и выходу от нуля до Vcc-1,5, что в общем-то не требует каких-то ухищрений. Диапазон выходных напряжений, в котором производится настройка карбов - в районе 1-2 вольт. Выходных характеристик выбранных ДАД я толком не нашел, на сайте одного из производителей написано: "Выходное сопротивление - десятки Ом, Рекомендованное сопротивление нагрузки - от 50 кОм. От них собственно и считалась обвязка ОУ по учебнику.
LTSpice, вроде, в излишнем оптимизме замечен не был, но я опять-же не профессионал.

Тут всё просто: это часть интегрирующей цепочки, которую они образуют с конденсатором С6. Через D5, R9 конденсатор С6 заряжается быстро, а через R16 разряжается медленно. Таким образом схема определяет минимальное разряжение за несколько циклов работы цилиндра.

Да, именно так и задумывалось, по пневматической аналогии. Устройство большинства приборов для настройки примерно такое-же - на входе манометра (ртутного или стрелочного) стоит регулируемый краник с жиклером и небольшой мертвый объем, краник прикрываем так, чтобы стрелка перестала дергаться.

Регулятор наклона я на схеме вижу, регулятора "стартовой точки" - не вижу.

Я и сам его уже не вижу
Да, я слепил макет за выходные, и оно работает, но, соответственно, криво. Регулировками верхнего плеча схемы можно выгнал примерный ноль на середину рабочего диапазона разрежений, но все равно неравномерность на краях рабочего диапазона ДАД получается в районе 40 мм.рт.ст. (По норме цилиндры считаются отсинхронеными при разнице меньше 70, но хотелось бы перфекционизьму). Чтобы понять почему пришлось вспомнить школьную алгебру и уравнения.
По сути мы имеем два уравнения прямых вида
y1=a1+b1x
y2=a2+b2x
В моем случае по результатам замеров получается(все величины в милливольтах):
y1 = 4528-7,56х
y2 = 4428-7,21х
Чтобы подогнать одну кривую к другой мне надо от а1 отнять 100 милливольт и домножить b1 на определенное число. Если с домножением я просто меняю коэффициент усиления верхнего плеча схемы, то со смещением "стартовой точки" пока рабочих идей нету. Как сместить усилитель? Взять балансируемый? Гугл и учебник на запрос "математические операции на ОУ" выдают инвертирующий сумматор, что в моем случае не сработает.

[The Medved]

Да, "заслуживающий доверия прибор" - мультиметр DT-830 UT805A, проверенный и прогретый, все измерения делал в одном выбранном диапазоне.

[HochReiter]

Тут всё просто: это часть интегрирующей цепочки, которую они образуют с конденсатором С6.

Семён Семёныч!.. Конденсатор-то я и не приметил. Но сразу же возникает другой вопрос: 2.2 мкФ х 2.2 МОм = 4.84 секунды. Не много ли?
И тут же: у манометра есть LF на выходе? Пиковым детектором можно наловить шумов, если они есть.

со смещением "стартовой точки" пока рабочих идей нету

Сумматор вам чем не нравится? Инвертирующий или неинвертирующий? По вкусу.

[The Medved]

Семён Семёныч!.. Конденсатор-то я и не приметил. Но сразу же возникает другой вопрос: 2.2 мкФ х 2.2 МОм = 4.84 секунды. Не много ли?
И тут же: у манометра есть LF на выходе? Пиковым детектором можно наловить шумов, если они есть.

Много. Уменьшил в макете резисторы до 1МОм
Может быть LPF? Мне кажется, при выходном сопротивлении ДАД в сотни ом и сигнале в единицы вольт наловить помех - это надо прям целенаправленно постараться. По крайней мере в ЭБУ, даже очень старых, особых схемных ухищрений на этот счет не замечено. И да, макет, питающийся от бортсети, рядом с заведенным мотором, проблемы не выявил. Сами датчики питаются стабильным 5В от 78L05.
Вот схема получившегося макета:

Сумматор вам чем не нравится? Инвертирующий

Ну, введением в схему опоры/заморочкой с двуполярным питанием например. Так-то все красиво питается от настраиваемого мотоцикла

или неинвертирующий? По вкусу.

(Голосом К.Ступина) С этого места прошу поподробней!
И да, все-таки можно ли добиться нужного смещения выхода (~100-200 мВ) путем балансировки ОУ штатными входами балансировки? Идея-то заманчивая простотой реализации
Из доступного нагуглился LM301A - умеет по входу от минуса питания и входы балансировки есть.

Еще раз напомню - я не профессионал. Умную книжку в своем лотке нашел, оказалось интересно.

[mickbell]

Я бы постеснялся напряжение с выхода 780x считать хоть сколько-то прецизионным, чтобы питать датчики прямо им. Так что если будут проблемы со стабильностью, рекомендую пересмотреть этот момент. (Ну а если проблем не будет, то - "и так сойдёт!")

[The Medved]

Я бы постеснялся напряжение с выхода 780x считать хоть сколько-то прецизионным, чтобы питать датчики прямо им.

По докам на датчики 5В +-2% ЧЯДНТ?

[HochReiter]

Мне кажется, при выходном сопротивлении ДАД в сотни ом и сигнале в единицы вольт наловить помех - это надо прям целенаправленно постараться.

Тут мне вспомнился стенд для балансировки автомобильных колёс. Там тензодатчик. Колесо крутится, по теории на выходе датчика должна быть синусоида, по её фазе и амплитуде определяется дисбаланс. Но подшипники шуршат, что-то шумит, синусоида настолько бородатая, что выявить на фоне шумов синус - совсем не элементарно, Ватсон. И фильтр, и накапливание сигнала за несколько оборотов... А с ДАДом я дела не имел, не в курсе.

Я бы постеснялся напряжение с выхода 780x считать хоть сколько-то прецизионным, чтобы питать датчики прямо им.

Не зная ни датчиков, ни требований к девайсу я бы не торопился стесняться.

[mickbell]

Мне подумалось, что датчики, вероятно, с тензометрическим мостом и более там нет ничего, такие питать надо тщательно. Но - ты прав, не факт, что именно так оно и есть.

[The Medved]

Не, автомобильные датчики это довольно дубовые устройства, к которым стандартами предъявляются довольно жесткие условия к стабильности, помехозащищенности и живучести по питанию, ну и в виду массовости - дешевые. Какой-нибудь MPXHZ6400AC6T1 стоимостью 2,5КРуб это конечно круто и очень точно - но дорого, и применительно к данному прибору смысла не имеет. Если я получу чувствительность в пределах 1-2 мм.рт.ст. и линейность в пределах 5 - этот прибор будет гораздо лучше того, что я видел и держал в руках (обычно это ртутные (щас уже не купить) или масляные дифманометры либо батарея по числу цилиндров из механических манометров класса 2,5), даже фирменная приблуда от BMW Motorrad зажигает светодиодик при разнице давлений меньше 50.

Друзья, а не подскажете ли наименования ширпотребных ОУ, имеющих выводы балансировки и умеющих в напряжения по входу от минуса питания ну или на 0,5 в больше минуса? С LM301 я ошибся. Хочу попробовать поэкспериментировать. Гугол выдает что попало...

[The Medved]

Ну оооооочень уж не хочется городить в схему источник отрицательного напряжения, или, в случае сумматора - стабильный источник опорного напряжения.

[HochReiter]

Заглянул в даташит крутого MPXHZ6400AC6T1. Пора начинать стыдиться: его выходное напряжение пропорционально напряжению питания. Для схем с МК это не страшно: питание работает референсом. Вашей схеме требуется стабильное питание. Но: погрешность крутого прибора +-1.5%, по сравнению с ней любая схема с ОУ - идеал, наверное, 7809 подойдёт с запасом, надо посмотреть даташит. И - датчик не умеет работать возле ноля, не обязательно искать ОУ R/R.