Návrh multimetra

[Dorques]

Pracujem na merači elektrických parametrov (odpor, prúd, napätie) nepozrel by si sa mi na schémy či sú v poriadku?
Napätie merám do 30V mám tam 2 rozsahy do 10V a do 30V prepínané N-Fetom
https://www.dropbox.com/s/1odmp8cjio7axef/napatie.JPG

Prúd merám do 7A taktiež automatické rozsahy
https://www.dropbox.com/s/eyjjo5j4gnnuuec/Prud.JPG
Tu by som mal otázku na fóru mi jeden poradil že môžem vyhodiť relátko nechať iba 0R1 bočník a meniť iba zosilnenie. Chcem to merať od 1mA. Chcel som sa opýtať nebudem mať potom problém so zosilnením napätia 0,1mV že budem zosilňovať aj dáky šum . Zosilňovač použijem OP07 (ak mi dojde ako vzorka tak OP277).
A ešte jedna otázka bočník môžem použiť aj klasický rezistor čo zoženiem v radioamateri ale radšej objednať z Eshopu aj za cenu 5EUR poštovného nejaký do 50ppm?

Odpor chcem merať od 100R do 100k (2rozsahy)
https://www.dropbox.com/s/glnb96n776vrrcs/Odpor.JPG
Môžem prepínať tak veľkosť prúdu prúdového zdroja? Cez N-Fet ktorý bude na zem pripojený cez meraný rezistor. Čo som si skúšal na kontaktnom poli tak fungovalo to. N-Fet má Ron 0,25ohm.

A posledná otázka čo som podával diódový obmedzovač RC filter dolná priepust nastavená na 160kHz (niekde som čítal že by mala byť podľa vzorkovacej frekvencie) môže to byť tak pozapájané ako som to dal? Je nejaké pravidlo v akom poradí by mal ísť obmedzovač RC filter atď?

Vďaka za odpovede

[Milan]

Měření napětí:
Nedoporučuji jako upínací diody Schottky,mají při vyšších teplotách dost velký proud v závěrném směru,až µA, nebude to měřit přesně a s teplotou to bude kolísat. Dej tam malé obyč.křemíkové diody. Osobně bych je dal ještě před ten odpor 1k,aby byl chráněn ten FET v závěrném směru při přepolování vstupu ( třeba omylem). Bude ti stačit úroveň na
PCO k spínání FETu ? ( 5V asi ano,3V je otázka,prohlédni katalogový list)

Měření proudu:
Říkali jsme tomu "čínské zapojení". Jakmile někde vstupem brkneš o tvrdý zdroj,odpaří se ti Schottka ,operák a všechno co je spojené s tím 3,3V.Musíš omezit nějak proud,jinak je to v praxi nepoužitelné. Přestav si,že to máš v obvodu pod proudem.Procesor vyhodnotí potřebu přepnutí rozsahu,sepne relé,ale to chvíli trvá,nějaké ms,kontakt bude v luftě a celé napětí zdroje natvrdo na vstupu - budeš měnit haldu součástek. Takže před upínací diody ochranu - odpor řádově 100k,místo Schottek obyč.diody. Co je to to napětí 3,3V ? Co napájí,a jaký má vnitřní odpor ten zdroj,když tam pouštíš ta přepětí (týká se i měření napětí)?
Se zesilováním 0,1 mV DC problém bude,musel bys vybrat operák s malými nesymetriemi a pohrát si s tím. Spíš než šumy bude problém s kolísáním ss úrovně při tom zesílení.. Snímací odpor 1Ω na půl W ti velmi brzy shoří - třeba při proudu 5A na něm bude 25W ,to ani to relé nestihne přepnout než se čoud rozplyne. Co tak nějaká rychlá (F) pojistka ,jak je obvyklé na třeba 10A rozsazích rúzných měřáků ?

Co se týče teplotní závislosti odporů,záleží na tom,jak přesně chceš měřit
a jak bude kolísat okolní teplota. Dá se to spočítat,hledej heslo "toleranční rozvaha". Týká se to samozřejmě všech odporů,které na to mají vliv,tj. i
snímacích a všech,které u operáku určují zesílení (a třeba ext.referenci pro AD převodník,je-li)

Měření odporů - je to asi nedobře - jak můžeš ovládat přes PCO něco,co je připojeno na měřený odpor,o chybějích ochranách vstupu nemluvě - představ si,že chceš měřit odpor někde v obvodech a je tam po vypnutí měřeného přístroje nějaký nabitý kondenzátor - budeš měnit kupu součástek.

Poslední otázce o DP 160kHz nerozumím ,upřesni prosím problém.

Také bych se rád na něco zeptal - proč to stavíš,když to za 100,- Kč koupíš funkční i s displejem ?

[Dorques]

Takže pre meranie napätia som diody som upravil na kremíkové 1N4148 a dal som ich pred 1k rezistor.

Pre meranie prúdu diódy taktiež zmenené, 100k odpor pred diódy. Napätím 3,3V je napájaný procesor + snímač jeden + ethernetový prevodník.
Napájaciu časť mám riešenú pomocou stabilizátorov len. Na vstup merania prúdu dám 10A poistku.

Čo sa týka merania odporu ako by si navrhoval prepínanie 2 rozsahov (veľkosti prúdu prúdového zdroja). Ochranu ešte akú tam mám pridať?

Čo sa týka tej DP tak povedzme keď mam takt AD prevodníka na 125kHz tak niekde som čítal že je dobré nastaviť DP na takú frekvenciu za účelom potlačenia vf zložiek a rôzneho bordelu. Teraz mi poradili že pokiaľ budem spriemerovať merané hodnoty tak mám nastaviť DP na desatinu.

A staviam to preto lebo potrebujem automatické prepínanie rozsahov, hodnoty ukladať na server a tak...

(AD prevodník používam interný s externou referenciou)

[Milan]

Než to začneme více pitvat,napiš mi prosím,kde a k čemu se má to zařízení používat,tj.je-li to na hraní,nebo to má něco skutečného třeba řídit
a špatné výsledky měření nebo porucha by mohly něco závažně ohrozit.

[Dorques]

No bude to slúžiť na meranie tých troch veličín na rôznych štruktúrach. S tým že sa k aktuálnym hodnotám mám vzdialený prístup a sú aj zaznamenávane. Čiže nepresnosti nemôžu nič poškodiť...presnosť interného AD prevodníka postačuje no a chcel by som z neho vyšťaviť čo to dá
Teplota okolia sa nebude nejak extrémne meniť, teplotný súčiniteľ pri tých odporoch som hlavne uvažoval iba u bočníka keďže predpokladám že prechodom prúdu sa môže aj zahriať.

[Milan]

1. V příloze katalogový list FETu,který chceš použít k přepínání. Nehodí se vůbec pro voltmetr ,neboť proud Ids při Ugs=0 může být kolem µA,při vyšší teplotě i více. To znemožní s MΩ odpory děličů měření,najdi nějaký lepší ,stačí na menší proudy Ids.
2. Dolní propust před AD převodníkem - záleží na tom,jak rychlé změny chceš sledovat ,samozřejmě rychleji než obsloužíš převodník to nepůjde.
Je-li riziko indukce cizích napětí do měřených obvodů velké a není zvláštní požadavek na rychlost ,klidně dej zlomový kmitočet i třeba pod 1 kHz, stejně se ti to zpozdí přenosy a jejich zpracováním.
3.Stabilizátory ve zdroji bych ošetřil zpětnými diodami viz katalogový list,
aby případný proud upínacími diodami ,tekoucí vlastně z pohledu stabilizátoru zpátky,měl kam odejít. Z toho důvodu bych dal na paralelně k C11 nějakou zenerku (napětí dle napětí zdroje + odstup třeba 3V).
4.Na vstup měření proudu bych dal rychlou pojistku a mezi vstup a zem třeba výkonovou ZD (třeba3V9/ 5W),aby se v případě poruchy omezilo nahrubo napětí na vstupu ,popř.by šel použít i vhodný tranzil. Spočítej si,jaký vliv bude mít svodový proud zavřeného FETu na zesílení OZ a když tak i sem dej jiný ( aby při Ugs=0 ti jím tekoucí proud neovlivňoval měření). Ochranný odpor před diody (100k) - zkontroluj si podle katalogu OZ,zda má malý vstupní proud,aby úbytek na něm nekazil měření. Když tak zmenšit,bude-li tam ta zenerka. Snímací odpory - doporučuji zvětšit watáž ,a to podstatně,nebo poskládat z více odporů třeba paralelně -musí to vydržet trvalou zátěž + rezerva aspoň 100% .
5.Ohmetr -jak píšu,musíš schema předělat,vždyť si při měření pouštíš přes R14 nějaký nedefinovaný proud do měřícího proudu (měřeného odporu)resp.při vypnutém Q2 máš ten odpor prakticky paralelně k měřenému. Až to spravíš,nezapomeň na nějakou ochranu,třeba si dej do měřícího vstupu nějaký přesný odpor ( aspoň kΩ) a upínací diody na napájení,ten odpor pak můžeš sw odečíst od výsledku po změření.
6.Obecně,pokud chráníš vstupy upnutím na napájení, musí být ve zdroji zajištěno,že ten proud má kam odejít resp.ten výkon se má kde zmařit.
Prostě když připojíš omylem vstupní tvrdé napětí třeba 100V,nebo přijde nějaké přepětí,projde omezovacím odporem přes upínací diodu a jde přes zdroj zpátky.Bude-li odběr tvého měřidla malý,nemá se kde spotřebovat,napětí stoupne i na napájení a měřák ti zničí - takže zenerky,tranzily,velké filtr.kondy.
7.Dej si pozor při návrhu desky PS,aby ti ten měnič na -5V nerušil měřící vstupy,zejména u V-metru je dost velká impedance.
8. Doporučuji ti zvážit v programu zavést nějakou malou hysterezi pro přepínání rozsahů zejména relátkem,aby se ti v důsledku naindukované třeba 50Hz z relé nestal bzučák. To ovšem má souvislost s onou DP ,dobou měření a průměrováním,dobou přítahu a odpadu relé atd. - teorie by byla tak aspoň na doktorát,jednodušší bude si s tím pohrát v reálu.

[Dorques]

1. Pozrel som si klasiku N-Fet BSS123 ten má pri Uds=20V zvodový prúd 10nA

3. Tá zenerka paralelne k C11 slúži na to aby prúd tečúci cez obmedzovacie diódy išiel do zdrojovej časť cez spätné diódy na stabilizátoroch a do tej zenerky? Hodnotu dať povedzme ten 5V stabilizátor + 3V alebo si mal na mysli vstupné napätie +3V?

4. Vstupná prúdova nesymetria OZ je 0,5nA max 3,8nA. Tá zenerka na vstupe pri meraní prúdu neprinesie ďalšiu nepresnosť do merania?

5. Tak skúsil som upraviť schému pomocou P-Fetu. Ak je to už dobre načo sa zamerať pri výbere Fetu ak odpor mi ovplyvňuje veľkosť prúdového zdroja. Na Ron alebo skôr tiež na Idss. Pokiaľ na Idss tak BSS84 má pri Uds=-40V Idss do 100nA.
A čo sa týka tých ochrán ten rezistor + obmedzovacie diódy dať ešte na vstup pred meraný rezistor tak pojde meraný rezistor na zem no a napäťový sledovač na meranie úbytku napätia na rezistore čiže nie tak ako mám ja?

(vďaka za ochotu mi pomôcť)

[Milan]

1.Chlape,pleteš si nějaký svodový proud přes G se svodem mezi D a S při Ugs=0 ! Ten nový tranzistor je ještě horší,krom toho má Rdson 10Ω,což je chyba při zapojeném 200 Ω nejméně 5%,která se dá z valné části sice kompenzovat sw,ale ten odpor roste s teplotou. Je možné,že vyhovující FET nebo MOSFET tranzistor nenajdeš ,pak se obrať zpět k bipolárům a zkus hledat zapojení tranzistorového spínače v inverzním zapojení ,ale chtělo by to pnp spínat z plusu,aby sis mohl někam ke vstupu dát ochranu..
3. Zenerka u C11 má za úkol "sežrat "přepětí,které by se přes upínací diody dostalo na napájení.Její hodnota musí být nejméně špičkové napětí zdroje+rezerva třeba ty 3V,aby byla v normálním stavu vždy zspolehlivě zavřená.
4. Vstupní proud OZ je na odporu 100k úbytek asi 0,5mV,s omezením na vstupu můžeš dát i třeba jen 10k. Zenerka by skutečně mohla o nějaké desítky µA měření kazit,tak co třeba za tu pojistku dvě dvojice v sérii antiparaleně Si diod ( proti zemi) .
5. Nejsem si jist,zda se takto zapojen bude ten P kanál dobře otvírat,nehledě na jeho svod mezi D a S při Ugs=0 a R dson. Zkus si to nabastlit. Nemáš stále ve schematu žádnou ochranu - co ty dráty ze vstupu R na FET a LM 334 - no pokud budeš měřit jen odpor jako nezapojenou součástku a ještě se přitom nenabiješ na lakované židli,tak to tak nech, jinak ošetřit obdobně jako v ost.schematech.

[Dorques]

Ok rozhodol som sa že použijem signálové relátka a odpadnú mi problémy s tými mosfetmi.
Čo sa týka zvodového prúdu 10nA tak písal som hodnoty Idss nie Igss
https://www.dropbox.com/s/unvk06p728uh3p2/Idss.PNG

Ešte by som mal otázku ohľadom návrhu DPS a prepojenia analogovej a digitálnej časti. Čítal som v jednej publikácie že je vhodné urobiť izolačný priekop cez ktorý by nemali ísť žiadne vodivé dráhy v každej vrstve okrem jedného premostenia. Môže to byť spravené tak ako som to nakreslil? zem ide cez TOP vrstvu (červená) a napájanie prepojené bude v BOTTOM vrstve (modrá) cez to premostenie. Neviem či som to správne pochopil.
Do analógovej časti mám dať všetky tieto zapojenia čo som tu dával plus prepínanie rozsahov predpokladám a ešte by ma zaujímalo napájanie (stabilizátory). V ktorej časti mám tie stabilizátor plus invertor umiestniť?
https://www.dropbox.com/s/qyu2kek2zt1dejk/navrh.png

[Milan]

Mám jiné údaje viz příloha,zřejmě jiný výrobce téhož. Jinak sorry,odjíždím a vrátím se až v neděli večer. Pro návrh DPS by bylo vhodné celkové schema + zdroj+ periferie - propojení v počítačem ,bude-li ,atd.

[Milan]

Pokud budeš mít ty tranzistory od výrobce,který zaručuje proud Ids při Ugs=0 v řádu nA a Rdson bude řádově Ω, použil bych je,i za cenu úpravy schematu. Koukal jsem na ta relé RELPOL (mimochodem kdysi jsem v jejich výrobě osobně byl,vrátný měl perfektní uniformu,jinak...) ,která máš ve schematu - asi sis nevšiml,že nejmenší spínané napětí je 5V a proud asi 10mA. A to se týká všech běžných relé - prostě ty kontakty malé proudy při malých napětí nevedou (tvoří se tam atomární bariéra, kterou musí měřený proud/napětí prorazit) .Skutečnost bývá o řád lepší než údaj výrobce,zvlášť,pokud se relé "hýbe" ,ale i to je na měřák bídné. Mnohem lepší jsou jazýčková relé ,pročti si stránky firmy MEDER.Ale ani to ideální není,jak ověřeno v praxi,pokud je kontakt dlouhodobě bez pohybu.

Co se týče DPS a vedení spojů,vrstev,příkopů atd.tak to ti odpovědně neporadím. Někde tu byl nedávno odkaz na velmi dobře zpracovanou příručku k návrhu DPS, pohledej ji.
Naposledy před mnoha lety jsem si hrál podobně s DAC08,ale tam,vzhledem k rozsáhlé kabeláži,na které se měřilo ( km),rušení a zemnění systému vědomému či náhodnému na mnoha místech vzdálených km byla digitální a číslicová část naprosto galvanicky oddělena,tj. procesor cpal data do DACu přes rychlé optrony ,měřené napětí se porovnávalo s napětím z DACu komparátorem a z něj do procesoru to šlo opět přes optron. Na dnešní dobu pomalé, ale s těmi příšernými kabely to fungovalo. Napájení analogu bylo galvanicky odděleno od napájení procesoru.
Takže výsledek tvého návrhu bude záležet velmi na tom kde se bude měřit a s čím ještě to bude spojené (mám namysli např. měření na nějakém zařízení a měřák napojen třeba na PC - utvoří se zemní smyčka mezi přístroji přes napájení sítě ( PE),a to i když bude něco bez PE - jsou tam odrušováky ,které pro vf představují zkrat a rušivé proudy se přes ně uzavřou.
Já osobně bych se při návrhu držel zásady "svůj k svému",tj.zvlášť stabilizátory pro analog,zvlášť pro digitál,žádné upínací diody z analogu na napájení digitálu,ale jen a jen na napájení analogu, samozřejmostí jsou zvlášť spoje zemí analog a digitál, napojení AD převodníku a návrh spojů kolem něj bych prioritně hledal v manuálu výrobce,pokud bych nenašel,spojil bych ty země v jednom bodě u převodníku a zem analogu na vstup bych táhl extra spojem ,aby mi po něm neteklo nic než to co chci měřit.
Jinak ,pokud vzniknou nějaké problémy s rušením, klidně sniž ty zlomové frekvence DP ještě dolů,ty op.zsilovače moc rychlé nejsou a možnou rychlost vzorkování asi stejně nevyužiješ. Hodně bude záležet také na sw,tj. jak ta data zpracuješ, prostý průměr není moc vhodná metoda,inspiruj se třeba integrací u klasických dig.měřáků, jde hlavně o to,potlačit indukované složky 50Hz a jejich harmonických (které ovšem nemusí a většinou nejsou se základním kmitočtem 50Hz ve fázi).

[Dorques]

Nahodil som všetky 3 schémy do jedného obrázka.
https://www.dropbox.com/s/vyaom2z0kp0g04v/zapojenie.png

Najprv by som mal otázku k tým upínacím diódam. Na aký parameter sa mám vlastne zamerať pri ich výbere? Postačia klasické 1N4148? (v zapojení ešte nemám ich poupravované) Našiel som ešte schottkyho diodu BAS70 ktora ma prud v zavernom smere 100nA pri Ur=50V . Upínacie diody Okrem toho že slúžia na ochranu vstupu proti prepätiu slúžia ešte na niečo?

Napájanie celého meracieho obvodu som zmenil len na 5V. 3,3V bude napájaný mikroprocesor a ďalšie digitálne obvody.

Pri meraní napätia budem rozsah prepínať nakoniec signálovým relé (kvôli tomu zvodovému prúdu). Relé bude 2 kontaktové takže druhý kontakt chcem využiť pri prepínaní prúdového rozsahu pri merní odporu. Pri meraní ATmegou chcem mať 1.možnosť merať prúd a napätie 2.možnosť meranie odporu čiže snáď by nemal byť problém pri takomto využití relátka.

Pri meraní prúdu pridal som poistku antiparalelné diódy (aby sa nedostalo vyššie napätie ako 1,4V v prípade nejakej poruchy ak som správne pochopil) odpory som trocha zväčšil zaťaženie, odpor pred diódy som dal 10k. Nfet jeden som nechal pri nastavovaní zisku OZ keďže si myslím že tam by až tak nemal vadiť

Pri meraní odporu diódy a odpor som presunul aby bol chránený aj LM334

DP pomocou RC som ešte taktiež neupravoval.

[Milan]

Výběr upínací diody se bude řídit tím,jaké poruchové napětí (např.přepětí
z omylem připojeného obvodu ,u profi přepětí při zkouškách EMC (pulzy,bursty atd.) dle příslušné EN) se na ní může objevit, proudovým omezením takového zdroje včetně tvých odporů před diodami,tj.aby se dioda neodpařila ,někdy také její malou vlastní kapacitou ( u rychlých dějů nad MHz,což se tě netýká) a proudem v závěrném směru takovým,aby neovlivňoval měřící obvod. Schottky bych tam proto nedával,spíše Si třeba i rychlé, tady ti budou stačit i ty 1N4148 kromě ampérmetru- díval ses,kolik tam dioda vydrží ? 1A neopakovatelný pulz !
Tobě musí při připojení na tvrdý zdroj vydržet třeba 5x10A po dobu několika desítek ms - na co by tam ta pojistka byla a jak by shořela ?
Takže to doporučuji opravit, bude to nějaký "macek" ,hledej v katalog. listech diod třeba parametr neopakovatelného proudu ,ten to musí s bezpečnou rezervou snést.
Nejsem si jist,že jsi pochopil můj monolog na téma "kontakty relé" .Relé si změnil za jiné ,takže předpokládám,že jsi vybral u voltmetru relé,které bezpečně sepne µA. U ampérmetru to není kritické,ale chceš měřit od 1 mA,tak tento proud musí projít - a to taky každé relé neumí,resp.ti to výrobce nezaručí. Na druhou stranu zde ten kontakt musí vydržet dost velký proud viz pojistka x...X ,aby se ti nesvařil,zvláště pokud by se relé "mrcasilo".

Nějak jsem nepochopil funkci pinů Rin a Rout ve vztahu k pinu R.

Snad ještě k tišťáku - zvažoval bych silně,zda kondy DP C19,20,21 připojit na analogovou zem nebo ,pokud mohou být u převodníku,přímo na zem tam a nebo třeba poloviny na obou místech. Nejspíše bych si tam alespoň připravil přípojná místa ,abych to mohl změnit ,ale to bude záležet hodně na tom,na čem budeš měřit,a to jaksi stále nevíme...

Ty obvody ti doporučuji si se skutečnými součástkami,hlavně relé,nastrkat do kont.pole a změřit ,zda to opravdu funguje dle tvých představ.
Ať se ti dílo daří !

[Dorques]

Relátko som vybral s minimálnym prúdom 10uA. (tie označenia relátok v schéme som ešte neprepisoval podľa vybraného)

Rin Rout to je len druhý kontakt relátka ktorý pripája paralelne rezistor určujúci veľkosť prúdu prúdového zdroja pri meraní odporu.

Prečo dióda by mala vydržať impulz až 5x10A?

Ešte ma tak napadlo ak by som chcel dať ochranu pri meraní napätia ak by som pripojil väčšie napätie ako 30V. Našiel som niečo také, je to dobrý spôsob alebo je niečo lepšie?

[Milan]

Najdi si charakteristiky rychlých pojistek nějakého výrobce a uvidíš,proč.To jako máš představu,že když je na ní napsáno 10A,takže okamžitě vypne,jakmile proud dosáhne 10A ? Kdyby to takhle fungovalo,
asi bychom nikdy nic nedokázali zapnout a jen bychom měnili pojistky .

Na měření napětí žádnou lepší ochranu nepotřebuješ - vždyť tam máš odpory MΩ,přes které teče nula nula nic i při kV napětí - leda bys překročil povolené napětí na odporu a přeskočilo to,ale snad kV měřit nehodláš ani omylem. . Kritický je ten ampérmetr - sežeň si zdroj aspoň 10A ,vezmi ochranné brýle a připoj na něj přes tu pojistku tu BAT.., a pak napiš,co jsi z ní dohledal,pokud tedy vůbec něco. Nějak se mi nedaří ti vysvětlit,že prakticky celý výkon zdroje musíš zmařit v pojistce a diodách po dobu třeba desítek ms,než se pojistka přepálí. A co když bude proud zrovna 9,9A ? Řešením je také třeba Polyswitch ,ale bude ti zvyšovat úbytek na ampérmetru,a také až tak rychlý není .Anebo se na pojistku a diody na vstupu A metru vykašli,měřící odpory si dej třeba klasické x wattů do nějaké šroubovací svorkovnice,a když holt někdy shoří,tak je vyměníš.
Ono to s tím měřením proudu nebude tak časté - s tímhle jsi schopen měřit jen proud proti "zemi" ,uvnitř někde v obvodech to nejde kvůli spojení jednoho fousu se zemí .

K obvodu ochrany přepětí dle tvého obrázku - je to blud,při napětí na vstupu větším než cca 4V ti poteče proud ze vstupu přes těch 220Ω ,E-B tranzistoru a 1k do zdroje 3,3V . To budeš to napětí měřit přesněji šuplerou.