Discussione: Misura del segnale elettrico

Ciao a tutti,
questi lunghi silenzi sono davvero inquietanti, non trovate?

Di mio per ora devo dire che sto raccogliendo grandi delusioni.... Rilevo poca, pochissima overunity, adesso che ho perfezionato gli strumenti di misura.

Dato che ritengo MOLTO critica la parte di acquisizione, ho deciso di realizzarmi un'interfaccia idonea al condizionamento del segnale di pilotaggio della cella, cosicché possa essere facilmente acquisito senza errori.

Nocciolo base dell'interfaccia, sono alcuni integrati della Analog Devices:

Un Amplificatore differenziale ad alta tensione di modo comune AD629
e un moltiplicatore analogico a 4 quadranti AD633 che realizza il prodotto istantaneo Tensione-Corrente restituendo la potenza istantanea.

Così facendo, spariscono tutti i dubbi legati a problemi di sfasamenti e di banda passante indadeguata al campionatore A/D usato, perchè è il segnale della potenza stesso ad essere filtrato ed adattato alla capacità del convertitore A/D, quindi è integrato solo DOPO essere state moltiplicate V inst x I inst.

A questa interfaccia sarà collegato un Pic dotato di interfaccia USB (o una scheda d'acquisizione professionale) che provvederà a campionare il segnale della potenza, opportunamente filtrato, con una risoluzione non altissima, ma abbondantemente sufficiente a fare tutte le valutazioni del caso. Disponendo poi di un sistema un multicanale, si acquisiranno anche i dati delle sonde di temperatura del calorimetro, ed il tutto potrà essere così tracciato graficamente e simultaneamente.

A breve posterò lo schema e il layout del PCB dell'interfaccia V-I, se a qualcuno interessa realizzarlo mi contatti pure.

Edited by ElettroRik - 23/1/2008, 19:06

Eccolo:


Tensione:
Il partitore formato dalle 990k+10k (1Mohm) raccoglie la tensione ai capi della cella, che si presenta divisa per un fattore 100 sulla R da 10k. Tale tensione viene raccolta da un amplificatore differenziale ad alta tensione di modo comune (S1), e presentata su un'uscita 0-10V rispetto ad una massa di segnale a bassa tensione. Ogni Volt di Vvolt corrispondono a 100V applicati alla cella.

Corrente:
La corrente che percorre la Rshunt da 0,1 ohm, che è la stessa della cella (salvo una componente 10^-4, del tutto trascurabile che percorre il partitore da 1Mohm) provoca una caduta di tensione, che viene raccolta dall'ampli differenziale S2 e successivamente amplificata di un fattore 10, in modo che ogni ampere che scorrono nella cella generino un volt di tensione sul segnale Vamp.

Potenza:
Il prodotto dei segnali Vvolt x Vamp viene calcolato da un moltiplicatore analogico a 4 quadranti, e presentato all'uscita Vpwr. Tale segnale rappresenta la potenza istantanea, comprensiva dell'eventuale fattore sfasamento tensione-corrente. Questo segnale può essere integrato nel tempo per ottenere l'energia erogata dal sistema mediante un semplice filtro passa basso, la cui costante di tempo influisce sul fondo-scala dell'energy meter.

L'elemento chiave è il totale disaccoppiamento delle MASSE, che possono risultare totalmente fluttuanti. Comunque, il consiglio è quello di impiegare una R di 250kohm o superiore che ne eviti la fluttuazione eccessiva.
N.B. Non c'è disaccoppiamento galvanico (e d'altra parte non è possibile ottenerlo senza introdurre gravi errori di non linearità di elementi come i fotoaccoppiatori), ma l'alta tensione è comunque tenuta a livelli di sicurezza grazie all'alta impedenza d'ingresso del circuito di misura.

Questa interfaccia potrà essere facilmente collegata a una qualunque schedina ADC di acquisizione. A completamento di questo sistema aggiungerò un Pic che acquisisce questi dati a 10bit su 3 canali, più altri 4 canali che acquisiranno la temperatura fornita da sensori di precisione PT100, dato che le classiche termocoppie Tipo-K hanno una tolleranza troppo grossolana per rilevare i decimi di grado.

Edited by ElettroRik - 28/1/2008, 22:26

Sarebbe un'eresia l'utilizzo di un alimentatore assemblato ad hoc, che abbia tensione stabilizzata a 300 Volt, e corrente stabilizzata a 1 ampere?
in questo modo,si obbliga la cella a lavorare sempre e solo a 300 watt; una comparazione calorimetrica permetterebbe di valutare se i 300 watt stabilizzati abbiano dato vita a 350/400 watt calorici.
Alla fin fine,si sta cercando l'esatto COP globale,o almeno questo si desume dallo schema di acquisizione dati di Elettrorik.

CITAZIONE (OggettoVolanteIdentificato @ 28/1/2008, 22:32)

Sarebbe un'eresia l'utilizzo di un alimentatore assemblato ad hoc, che abbia tensione stabilizzata a 300 Volt, e corrente stabilizzata a 1 ampere?

Se convinci la cella a presentare una impedenza costante di 300ohm, non fa una piega.... Ma la vedo dura. Se imponi la corrente, dovrai variare la tensione, rischiando di non averne abbastanza (>350V) o, al contrario, di scendere sotto l'innesco...
Se imponi la tensione, come abbiamo fatto fin'ora, dovrai misurare la corrente (e la tensione realmente applicata al netto delle cadute sui fili, 'seduta' dello stadio alimentatore, il ripple, ecc...).
Alla fine, se vuoi sapere QUANTO STAI BUTTANDO DENTRO realmente, con una precisione decente, questo è uno dei pochi modi per farlo.... Che dici?

Beh,mi sembra di ricordare che si raggiunge un momento in cui il plasma si stabilizza,e erogare piu' volt non contribuisce ad alcuna variazione:intendevo effettuare la misura temperatura e la stabilizzazione da quel momento,e non per tutto il tempo di accensione.Ma forse è abbastanza complesso erogare 300 watt,il carico non è propriamente resistivo e su questo hai ragione.
Direi che il misuratore differenziale che si sta proponendo è abbastanza intrigante; la prova ideale sarebbe quella di testarlo prima su un carico resistivo immerso,e verificare il matching ( o comparazione effettiva) tra i watt immessi e il deltaT ottenuto.
La seconda fase sarà quella di testare la cella vera e propria.
A grosse linee,la circuitazione mi sembra affidabile,ma sarei propenso a pensare a misure su una cella di notevoli dimensioni,come ad esempio su un contenitore con 10 litri di soluzione salina.L'ebollizione rapida di celle piccole porta sempre a errori di misura,se non altro quando ci interessa la caloria reale prodotta.

CITAZIONE (OggettoVolanteIdentificato @ 28/1/2008, 23:18)

Beh,mi sembra di ricordare che si raggiunge un momento in cui il plasma si stabilizza....

Eh, "si stabilizza" significa che si agita entro il 20% del proprio valore, ma è sempre tantissimo. Non sarà mai assimilabile ad un'impedenza costante, ecco perchè ho concluso che bisogna ricorrere alla misura istantanea del prodotto V x I.

CITAZIONE

A grosse linee,la circuitazione mi sembra affidabile,ma sarei propenso a pensare a misure su una cella di notevoli dimensioni,come ad esempio su un contenitore con 10 litri di soluzione salina.L'ebollizione rapida di celle piccole porta sempre a errori di misura,se non altro quando ci interessa la caloria reale prodotta.

Io ho risolto con un calorimetro in cui circola acqua di raffreddamento dentro la camicia del contenitore. Non raggiungo mai l'ebollizione, anzi, non arrivo a superare i 70°C di temperatura nella soluzione.
Il calore asportato in Joule è dato da m(massa H2O) * dT(t1-t2, le sonde temp in & out) * Qs(calore specifico H2O, c.a. = 1) * 4186(fattore kCal/Joule), e dato che m/t (massa nel tempo) è in pratica (per la densità dell'H2O) la portata del circuito, ottengo direttamente la potenza termica asportata al sistema. Quando esso va all'equilibrio e la soluzione presenta per un certo tempo una Temp costante, so quanto calore sta generando perchè ne asporto una indentica quantità nota (vedi post sul calorimetro), senza variarne la temperatura.

In ogni caso, concordo nella necessità di evitare di avvicinarsi troppo ai 100°C.

Edited by ElettroRik - 29/1/2008, 10:07

Ecco il PCB del circuito: a poco a poco vado avanti...



Alla fine ho usato due LT1990 per tracciare V e I, e un AD633 per ottenere il prodotto analogico. Con questo circuito si può misurare l'energia immessa e la potenza istantanea con precisione migliore di 1W su un carico di oltre 1 kilowatt.
La parte a sinistra andrà inscatolata in un box metallico come si fa con i circuiti oscillatori AF, onde evitare che senta le EMI.

CITAZIONE (ElettroRik @ 25/2/2008, 23:11)

Alla fine ho usato due LT1990 per tracciare V e I, e un AD633 per ottenere il prodotto analogico. Con questo circuito si può misurare l'energia immessa e la potenza istantanea con precisione migliore di 1W su un carico di oltre 1 kilowatt.
La parte a sinistra andrà inscatolata in un box metallico come si fa con i circuiti oscillatori AF, onde evitare che senta le EMI.

ciao elettrorik
complimenti per il lavoro svolto io sarei interessato a montare il circuito temo solo per reperibilità dei componenti
su rs gli lt1990 non ce l' hanno, i negozi che ci sono dalle mie parti non ne parliamo neanche!
A proposito dei sensori di temperatura cosa ne pensi degli lm35?
Io ho già costruito una sonda con uno di questi debitamente impermeabilizzato e vorrei interfacciarlo ad un convertitore tensione-frequenza che possiedo (che trasforma i volt proporzionalmente agli hz) per poi collegare il tutto alla scheda audio con gli opportuni software si può tenere la temperatura sotto controllo.
Certo sarebbe bello avere in tempo reale sullo schermo del pc potenza , temperatura e peso dellla soluzione...
ciao

Edited by randagio73 - 26/2/2008, 16:13

bello il cs
Occhio alla BW..che non è già alta di per se..e se si usano tanti "ohm" basta pochi "C" (es layout) per tagliare parecchio

x randagio73:
Uno stadio differenziale è realizzabile eventualmente come segue e con i guadagni indicati (salvo errori)

(non usare resistenze da 100 ohm!!!!.. Ma un bel po di più)

I primi due opamp si possono togliere se non si hanno problemi di simmetria sull'impedenza d'ingresso (come nel caso dello schema dove si voglia fare misurare direttamente la tensione positiva - quella sulla Rsensing da 1 ohm... in tal caso va eliminato il partitore attuale sulla tensione e si deve entrare secchi su Rindiff.. tuttavia io proteggerei perchè a opamp non alimentato il "meno" non è tanto vincolato se si vuole un discreto guadagno [anche unitario! Visto che se Rindiff è maggiore di Rincontr..si va in attenuazione])

CITAZIONE (gattmes @ 26/2/2008, 15:27)

Uno stadio differenziale è realizzabile eventualmente come segue e con i guadagni indicati (salvo errori)

Ciao Gatt,

in effetti il differenziale da strumentazione era il circuito che avevo preparato all'inizio, scegliendo anche degli Opamp ad alto CMRR, solo che mi sono bloccato perchè mi sono reso conto che parliamo di oltre 400Vcc di modo comune, ed ho paura che degli opamp non specifici non li reggano.
Poi, cerca, cerca, ho trovato LT1990, AD629, INA117, ecc... che paiono essere specifici per quel compito, per cui ho poi ripiegato sul loro uso.

In effetti la BW è sui 100kHz, e non dovrebbe essere difficile evitare di peggiorarla troppo... Certo, un Pcb doppia faccia e componenti Smd aiuterebbero parecchio, ma dobbiamo restare nel 'fatto in casa'...

Per Randagio73:

Se sei in grado di fotoinciderti il PCB ti mando il tiff del master, sennò vediamo... Per l'LT1990 ti faccio sapere, io li ho avuti in una campionatura e quindi ho scelto quelli. Se ti è più semplice trovare gli AD629, ti mando il PCB relativo, fammi sapere.

ok ..
..cmque basta dimensionare opportunamente il partitore in ingresso (tanto anche nell'altro schema hai messo centinaia di k) in modo che su rgnd non si esca dalla max tensione accettata in ingresso secondo i datasheet (non parlo dell'absolute... ma di quella per cui l'opamp...fa l'opamp! ovvero di norma qualche volt "distante" dall'alimentazione, eccetto railtorail o single supply ecc.)

Cmque quello "già fatto" è preferibile (anche x il discorso layout)

Circa le R e specialmente se usi SMD ricordati che hanno anche una Vmax! (e quindi eventualmente fai delle serie)...ricorda anche che certi tipi fanno anche "rumore".. e di norma quando ci sono parekki ohm.... quindi occhio a cosa ti rifilano in negozio!

Ciao ciao
(PS e sempre un piacere scambiare 2 chiacchere/pareri.. e un po ke non mi faccio vivo...
PS2 hai il bromografo per il cs? .. O usi anke te il "ferro da stiro"?)

CITAZIONE (gattmes @ 26/2/2008, 16:39)

Ciao ciao
(PS e sempre un piacere scambiare 2 chiacchere/pareri.. e un po ke non mi faccio vivo...
PS2 hai il bromografo per il cs? .. O usi anke te il "ferro da stiro"?)

Ho un bromografo fatto da me con una base di compensato e 3 tubi UV montati a nudo sui supporti portaneon, e reattori a vista.. . Ho però aggiunto un foglio di plexyglass smerigliato per rendere uniforme la luce. Irraggio un lato alla volta, ma tanto non ho fretta. Il ferro da stiro non sono mai riuscito a farlo funzionare in maniera decente. O meglio, ormai mi sono specializzato così... arrivo a 16 mils di clearance e a piste da 10-12mils. Il tutto inciso in muriatico & acqua ossigenata, però ho una vaschetta verticale a ricircolo di acido per le 'produzioni' in serie (oltre 3-4 pz.) o basette un po' grosse.
Lo scassamento di balle che non ho ancora risolto è la foratura...

CITAZIONE

.cmque basta dimensionare opportunamente il partitore in ingresso (tanto anche nell'altro schema hai messo centinaia di k) in modo che su rgnd non si esca dalla max tensione accettata in ingresso secondo i datasheet

Quindi, tu dici che non ci sarebbero problemi, nemmeno se, per qualche 'strano' giro di masse ci trovassimo alcuni 100V tra gli ingressi e l'alimentazione degli Opamp? Ovvero, se la massa della parte a bassa tensione non 'fluttuasse' a dovere, avremmo 400Vcc (che potrebbero essere anche molti di più se contiamo gli eventuali spikes) tra i pin d'input e i rails di alimentazione! A me ha spaventato parecchio questa cosa, ecco perchè sono andato alla ricerca di un qualcosa di specifico, garantito per quelle tensioni .

Edited by ElettroRik - 26/2/2008, 17:56

CITAZIONE (ElettroRik @ 26/2/2008, 16:29)

Per Randagio73:

Se sei in grado di fotoinciderti il PCB ti mando il tiff del master, sennò vediamo... Per l'LT1990 ti faccio sapere, io li ho avuti in una campionatura e quindi ho scelto quelli. Se ti è più semplice trovare gli AD629, ti mando il PCB relativo, fammi sapere.

si è un bel pò che non incido qualche cs sarà l' occasione per riprendere a maneggiare il ferro cloruro !
gli ad629 si trovano con più facilità quindi preferisco iniziare con quelli, comunque dimmi poi per gli lt1990
quindi se ho ben capito con 300watt di potenza assorbita il tuo circuito tira fuori 3 volt su vpwr?

CITAZIONE (randagio73 @ 26/2/2008, 18:51)

CITAZIONE (ElettroRik @ 26/2/2008, 16:29)

Per Randagio73:

Se sei in grado di fotoinciderti il PCB ti mando il tiff del master, sennò vediamo... Per l'LT1990 ti faccio sapere, io li ho avuti in una campionatura e quindi ho scelto quelli. Se ti è più semplice trovare gli AD629, ti mando il PCB relativo, fammi sapere.

si è un bel pò che non incido qualche cs sarà l' occasione per riprendere a maneggiare il ferro cloruro !
gli ad629 si trovano con più facilità quindi preferisco iniziare con quelli, comunque dimmi poi per gli lt1990
quindi se ho ben capito con 300watt di potenza assorbita il tuo circuito tira fuori 3 volt su vpwr?

Esattamente. Tira fuori :
Vv = V / 100 (1Volt per 100Volt);
Vi = I (1V per 1A);
Vp = Vv (x) Vi (1Volt per 100Watt)

tornando all' acquisizione dei dati ,una volta registrato il segnale con un datalogger (è ovvio che più campionamenti si fanno al secondo più precisa sarà la misura ) si fa una media dei valori e il risultato verrà moltiplicato per la durata in secondi della prova , in questo modo si otterranno i wh consumati è giusto ?

CITAZIONE (randagio73 @ 27/2/2008, 18:32)

tornando all' acquisizione dei dati ,una volta registrato il segnale con un datalogger (è ovvio che più campionamenti si fanno al secondo più precisa sarà la misura ) si fa una media dei valori e il risultato verrà moltiplicato per la durata in secondi della prova , in questo modo si otterranno i wh consumati è giusto ?

Esatto, ma dovrai integrare il segnale Potenza, non i singoli segnali tensione e corrente, perchè il prodotto degli integrali non è uguale all'integrale del prodotto.

Ah, ho guardato gli IC... praticamente ti basta prendere gli AD629 in versione SOIC e collegare il Pin 5 a massa con un ponticello per usare lo stesso PCB fatto per gli LT1990. L'unica differenza di nota è che l'AD629 ha un'impedenza d'ingresso più bassa di circa un terzo rispetto agli LT, per cui forse occorrerà ritoccare il valore delle R sul partitore di tensione.

Edited by ElettroRik - 27/2/2008, 21:12

scusate l'ignoranza, ma posso usare questo "incredibile accrocco" :-) per monitorare i consumi di casa mia anche se non ho i pannelli solari?
E' sufficiente metterlo dopo il quadro elettrico?

CITAZIONE (jumpjack @ 28/2/2008, 10:49)

E' sufficiente metterlo dopo il quadro elettrico?

Esattamente.

ho richiesto dei samples degli lt1990 alla Linear speriamo che arrivino nel frattempo rik se mi mandi la tiff del cs proverò a stirare e ammirare niente fotoincisione purtroppo però non mi sembra eccessivamente complicato come piste. La massima potenza misurabile è di un kwh?
ciao

Edited by randagio73 - 28/2/2008, 13:18

CITAZIONE (randagio73 @ 28/2/2008, 12:45)

ho richiesto dei samples degli lt1990 alla Linear speriamo che arrivino nel frattempo rik se mi mandi la tiff del cs proverò a stirare e ammirare niente fotoincisione purtroppo però non mi sembra eccessivamente complicato come piste. La massima potenza misurabile è di un kwh?
ciao

Con la scala attuale i valori max dipendono dall'alimentazione: con 2 pile da 9V il limite è di 9V = 900W ma si può arrivare a +-18V spostando il limite a 1800W.

Per andare oltre è meglio cambiare la scala, per esempio usando una Rshunt di valore dimezzato, ed avendo l'accortezza di moltiplicare poi per 2 i valori acquisiti sull'uscita corrente: 1V = 2A

A proposito, occhio che l'uscita Potenza non è raddrizzata, quindi una volta acquisita ne va calcolato il modulo quando si esegue la media, altrimenti si vedrebbe una 'potenza negativa' che ovviamente non esiste.

P.S. kWh è un'unità di misura di Energia, ti è scappato un h di troppo.

Ciao ELETTRORIK.
Le misurazioni che tu stai eseguendo, penso misurano i flussi di corrente nella cella, pertanto ti misurano anche i flussi generati dalla cella stessa,
Sai bene che la cella da mè progettata è alimentata a 100 Volt cc. 1,2 Amp. però controllando con l'oscilloscopio abbiamo punte di tensione che arrivano ad oltre i 400 Volt. ciò è dovuto a tensioni generate dalla reazione nucleare che avviene all'interno del plasma e pertanto dovresti sapere la quantità di energia prodotta da detta reazione.
Ciao VULCANO