Discussione: Calorimetro a flusso

Ciao,
ho appena finito l'interfaccia di questo flussimetro:



In pratica è un frequenzimetro da 0 a 65kHz (overflow a 65535 per la precisione) che campiona la frequenza ogni secondo.

Ha un output seriale (J3) RS232 a 9600baud, pilota un display LCD 16 char standard inseribile opzionalmente sul connettore J5, ed un'uscita analogica proporzionale alla frequenza. J4 è inutilizzato.

In più accetta dei comandi via seriale:
"A" commuta l'out analogico da On a Off e viceversa
"M" seguito da un valore (1...65000) definisce il fondo scala = Vcc dell'uscita analogica. Il default è 600Hz.

Nello zip c'è schema, layout, pcb (@300dpi), software binario scritto in basic pronto da caricare sul Pic16F628, magari può servire ad altri che volessero allestire il setup del Calorimetro

Il Pcb prevede alimentazione a 5...30vac, oppure 5-35vcc, oppure da batteria 4,5v. In quest'ultimo caso si può evitare di montare la componentistica di alimentazione, ma il pcb resta lo stesso.

L'out analogico è un segnale a 4Khz modulato in PWM con un dtc variabile da 0 a 100% in step di 0,1. Un filtro RC in uscita trasforma il segnale in una tensione continua tra 0 e 5V proporzionale alla frequenza.
Il fondo scala Max è 600Hz come da datasheet del flussimetro, ma si può cambiare via Rs232. Impostando per esempio a 400Hz, vale a dire un fondo scala a 5 litri/min (vedi grafico) si ottiene un segnale cc che corrisponderà a 5V@400Hz, ovvero 1V per litro/min.

Il led D6 lampeggia alla frequenza di input, il led D7 è acceso con intensità proporzionale all'out analogico.

N.B Il valore ottimale di C9 è 220uF, non 2,2uF come indicato.



Edited by ElettroRik - 20/10/2007, 22:49

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Flussimetro.zip ( Number of downloads: 75 )

Ciao rik,

non sono riuscito a prelevare il tuo file .zip.

Complimenti per l'interfacciamento (col materiale NI tutta la fase di "trattamento e gestione" del segnale si è rilevata molto più elementare). Con questi tuoi schemi però chiunque (senza dover ricorrere alle costose schede NI) potrà acquisire il segnale e gestirlo.
Grande.

Attenzione che quel tipo di flussiometro è sensibile ai disturbi e va tenuto a debita distanza dalla cella e adeguatamente schermato.

Complimenti!

Utile, complimenti Rik

Quel discorso che sapete è sempre aperto, si può interfacciare tutto con USB e scrivere un programma che gestisca temperatura e flusso senza problemi (in effetti il programma è già a metà ).
Magari vedo di prevedere l'uso della tua interfaccia con settaggio dalle opzioni.

CITAZIONE (Hellblow @ 21/10/2007, 11:56)

...Magari vedo di prevedere l'uso della tua interfaccia con settaggio dalle opzioni.

Già... nota che J4 è libero.... e guarda caso corrisponde alle porte ADC del PIC....

P.S. Zip: a me lo scarica... avete ancora problemi?

Ok perfetto, vedo di integrare

CITAZIONE (ElettroRik @ 21/10/2007, 17:25)

CITAZIONE (Hellblow @ 21/10/2007, 11:56)

...Magari vedo di prevedere l'uso della tua interfaccia con settaggio dalle opzioni.

Già... nota che J4 è libero.... e guarda caso corrisponde alle porte ADC del PIC....

P.S. Zip: a me lo scarica... avete ancora problemi?

Nessun problema, manca un include ma penso sia parte del compilatore (?) usato.
Riguardo all'osservazione di Hellblow sulla USB penso sia giocoforza, ad esempio il mio PC non e' dotato di RS232 o consimilia ma solo USB ... e' vero che esistono degli adattatori ...
Per il resto ottimo lavoro ...

Beh, in effetti io ho ho pensato di dedicare un pc al laboratorio. Basta un vecchio pentium, li le RS232 ci sono.
Di vecchi pc c'è pieno il mondo.... se proprio non si riesce a farsene regalare uno, su ebay con pochissimi euro si prende pc e monitor.

Comunque, con questo: http://www.ftdichip.com/Documents/DataSheets/DS_FT232BM.pdf
si risolve il problema. Ci sono gli adattatori rs232-9pin / usb che lo usano, e che costano meno di 10€. Volendo lo si può usare al posto del Max232, ma bisogna cambiare il layout e rifarlo in versione smd per quel chip.

Suvvia eventualmente si usa un 18f4550 e si risolve, non cambia molto la cosa...sono un paio di righe da aggiungere al firmware, che a proposito, in cosa è scritto? Non l'ho ancora visto

C'e un BAS ed un ASM (oltre all'obj) nell'ASM e' citato un include che penso siano le definizioni per quel chip, non c'e' nello zip per cui ritengo sia corredo del compilatore.
Teniamo conto del fatto che USB specie se 2.0 e' moolto piu' veloce di una RS 232. Ovvio che si puo' usare l'adapter, quello che ho io non supera i 115K though ...

Il Bas c'era nel primo zip, era una prima versione, poi l'ho tolto nella versione .zip completa e aggiornata, ma lo mando a chi me lo chiede.

Le include fanno parle dell'ambiente PicSimulatorIDE che uso.

Il 18F è un 28 pin, praticamente il pcb è tutto da rifare. Fattibile, ma bisogna rifare quasi tutto.

115k per loggare temperature e portata del calorimetro bastano e avanzano... per fare altro, probabilmente no.

Il file bas è scritto in picbasic e si deve solo operare sulle istruzioni di I/O (sono poche).
L'USB dei pic è di tipo FULL quindi 12 MBit/s.
Si dovrebbe invece lavorare sul software per PC. In particolare questo dovrebbe accettare in ingresso sia le sonde di temperatura che il flussimetro per poter elaborare insieme i dati ricavati. In effetti a questo ci sto lavorando io nel tempo libero ed ho già completato la parte relativa alla gestione delle sonde termiche con acquisizione a 12 bit.
Ho anche riprogettato il sistema di acquisizione per usare un convertitore a 22 bit. Vedremo...
Tutto sommato non è difficile, le modifiche sono poche, ma il pcb và rifatto oppure data la semplicità si puo' usare una basetta millefori.

Edited by Hellblow - 22/10/2007, 16:10

CITAZIONE (Hellblow @ 22/10/2007, 15:55)

Il file bas è scritto in picbasic e si deve solo operare sulle istruzioni di I/O (sono poche).
L'USB dei pic è di tipo FULL quindi 12 MBit/s.
Si dovrebbe invece lavorare sul software per PC. In particolare questo dovrebbe accettare in ingresso sia le sonde di temperatura che il flussimetro per poter elaborare insieme i dati ricavati. In effetti a questo ci sto lavorando io nel tempo libero ed ho già completato la parte relativa alla gestione delle sonde termiche con acquisizione a 12 bit.
Ho anche riprogettato il sistema di acquisizione per usare un convertitore a 22 bit. Vedremo...
Tutto sommato non è difficile, le modifiche sono poche, ma il pcb và rifatto oppure data la semplicità si puo' usare una basetta millefori.

Ok, ma... tu sei andato sul sofisticato!
Dato che usando dei sensori tipo LM35 si ha un errore di +-0,5°C, tanto vale acquisire a 10bit con l'adc che c'è nel pic, e tanti saluti: 1024 step bastano e avanzano per stare nell'errore citato. Quasi quasi aggiorno già il software per acquisire gli ADC sul J4 e trasmettere anche quei dati...

Eh no perchè gli errori possono sommarsi e quindi l'errore di +-0,5 gradi rischia di diventare +-1. Almeno sull'ADC si deve essere precisi, e poi le LM35 sono per le prove iniziali (piu' che altro per il software) dato che spero di passare alle PT100 il prima possibile.
A proposito ho trovato uno schema carino per l'interfacciamento della PT100 all'ADC. Quanto prima lo posto con il resto del lavoro...

CITAZIONE (Hellblow @ 22/10/2007, 19:05)

Eh no perchè gli errori possono sommarsi e quindi l'errore di +-0,5 gradi rischia di diventare +-1. Almeno sull'ADC si deve essere precisi, e poi le LM35 sono per le prove iniziali (piu' che altro per il software) dato che spero di passare alle PT100 il prima possibile.
A proposito ho trovato uno schema carino per l'interfacciamento della PT100 all'ADC. Quanto prima lo posto con il resto del lavoro...

100°C di fondo scala con 1024 step fanno circa 0,1°C d'errore ADC, assumendo +- l'ultimo bit.
Poi devi considerare che, una volta calibrato per ottenere deltaT pari a zero quando le sonde sono insieme alla stessa temp, ti resta solo l'errore di non linearità, che è molto più basso rispetto a quello iniziale di offset. Guarda che ci si sta dentro bene...

All'errore della LM35 devi sommare il resto degli errori quindi non è un problema di starci dentro ma un problema di somme. In ogni caso ripeto, sto passando alle PT100 e spero di arrivare a leggere con risoluzione di 0,1 gradi. In effetti ho visto sonde utilizzate persino con risoluzione di 0,01 gradi ma per i nostri scopi è davvero troppo anche se fattibile.

La calibrazione del deltaT è anch'essa critica e ci possono essere problemi di linearità che sommati all'errore dell' ADC danno uno scostamento che può diventare critico per certe misure.
In queste cose serve essere molto accurati per evitare che "qualcuno" parli di errori di misura U_U

CITAZIONE (Hellblow @ 22/10/2007, 19:27)

All'errore della LM35 devi sommare il resto degli errori quindi non è un problema di starci dentro ma un problema di somme. In ogni caso ripeto, sto passando alle PT100 e spero di arrivare a leggere con risoluzione di 0,1 gradi. In effetti ho visto sonde utilizzate persino con risoluzione di 0,01 gradi ma per i nostri scopi è davvero troppo anche se fattibile.

Già. Uno 0,5 +0,1 = -+0,6 per me può essere ragionevole. Basta usare una portata tale da generare un deltaT significativamente più alto.

CITAZIONE

La calibrazione del deltaT è anch'essa critica e ci possono essere problemi di linearità che sommati all'errore dell' ADC danno uno scostamento che può diventare critico per certe misure.
In queste cose serve essere molto accurati per evitare che "qualcuno" parli di errori di misura U_U

L'importante è esserne coscienti, calcolarli correttamente e indicarli nelle misure, e nessuno potrà obiettare alcunchè. Per l'uso amatoriale dell'aggeggio, per me può andare. Sennò, tanto vale comprarsi una bella scheda d'acquisizione come si deve...

Con un convertitore da 10 bit hai un LSB di almeno +-1. Quello a 12 bit che ho usato arriva a +-2 perchè c'e' l'errore di guadagno. Quindi con quello da 10 bit in realtà hai solo 9 bit affidabili. Usando un voltage reference da 4,096 volt hai una risoluzione di 4.096/512=8*10^-3 ed usando un reference da 2.5 hai 2.5/512=4.88*10^-3 cioè circa 5 millivolt di risoluzione. La LM35 ha un errore di +-0.5 gradi ma ritornando la temperatura in millivolt causa un errore di 5 millivolt che corrispondono appunto a mezzo grado e che si somma ai 5 millivolto di errore nella risoluzione.
Realizzato infatti l'apparato ho notato uno scostamento variabile a seconda della sonda che alla fine arrivava anche ad 1 grado. Anche calibrando ricorrendo ai deltaT (perdendo però la reale temperatura) si corre il rischio di avere sonde poco lineari e rumore nell'ADC che può portare a scostamenti tali da deviare il risultato di qualche punto percentuale. Considerando le varie perdite in gioco si capisce che l'errore sale alla fine.
Si potrebbe amplificare la LM35 per migliorare la risoluzione (X4 con reference da 4.096) ma cosi' si rischia di introdurre un errore di guadagno che può andare ad intaccare la misura.
Per questo ho deciso di ricorrere ad un 22 bit, in modo da aumentare la risoluzione almeno portandola a valori tali da leggere il decimo di grado su una PT100.
Poi preferisco farmela da me perchè cosi' mi gestiso software e comunicazione come voglio dato che con l'interfaccia ci devo gestire anche altre cose oltre le sonde...bho vediamo cosa esce, intanto mi sono bruciato le dita per saldare in SMD quei maledetti convertitori delta ç_ç
Inoltre cosi' mi implemento anche una funzione di autotest hardware dell'interfaccia per verificare la correttezza delle misure. Questo sempre per evitare di sentirmi dire "errore di misura".

Uh mentre che ci sono...nella scheda che sto completando (quella a 22 bit) il segnale in arrivo passa attraverso un amplificatore a 8 ingressi (per selezionare con MUX la sonda) a guadagno programmabile con errore massimo dell'1%. Il segnale in uscita passa attraverso un secondo amplificatore operazionale che è gestito anch'esso dal PIC per variare l'amplificazione e compensare l'errore del precedente amplificatore. Il tutto poi passa attraverso un filtro passa basso (quello che mi hai spedito tu Rik) per finire poi nell'ADC. Un DAC permette la calibrazione della scheda inviando un certo valore sia ad uno degli ingressi dell'amplificatore programmabile sia direttamente all'ingresso dell'ADC (ovviamente uno alla volta). Fissando un certo valore sul DAC è cosi' possibile ottenere la differenza causata dall'errore di guadagno di amplificatore e filtro e compensare questo errore tramite microcontrollore che agisce sull'amplificatore di compensazione.
Che ne pensi? Sulla 12 bit la cosa sembra funzionare e l'unico problema è appunto l'accuratezza...

Premesso che se l'hai realizzato mi fido di ciò che hai riscontrato....

L'LM35 ha un out pari a 10mV /°C, quindi varierà, diciamo da 100mV a 1V nel range 10°C - 100°C.
Se il mio ref è, mettiamo, 1,024V significa che lavoro con risoluzione di 2mV scartando già il LSB.
Considerando che abbiamo +-2mV per l'ADC e +-50mV sull'LM35.... dire +-50mV o +-52mV cambia poco...

Sul fatto di non amplificare il segnale dell'LM35, sono d'accordo per semplicità, anche se ci sono ormai Opamp low-cost molto più precisi di quel che ci serve. Diciamo che ti piace fare le cose mooolto bene. Ma ti costa tempo e fatica!

Sul resto, mi pare che tu abbia lavorato molto bene. Dato che ti piace eccellere, te la butto lì:
pensare a un'autotermoregolazione dell'intero contenitore del PIC, in modo da evitare le derive termiche dei componenti, tipo l'ampli?

Ehm, c'e' una LM35 che misura la temp interna ma l'avevo messa piu' che altro per avere un monitoraggio sullo stato della scheda. Volendo si può metter mano al software per compensare...
Vabbè forse sarebbe un'esagerazione...bho...

Ulteriori aggiornamenti del calorimetro.

Il setup adoperato è questo:



Ecco i risultati del Blank Test numero 3, con aggiunti i dati del flussimetro:



http://www.overunity.it/images/Calorimetro...ro3.htm#Secondo

Complimenti per l'ottimo lavoro ElettroriK, veramente complimenti.

Si, bello ElettroRick !
Complimenti

voglio congratularmi anche io con te per l' ottimo lavoro e voglio ricordarti , anche se sono sicuro che lo sai meglio di me, che i gas all' interno sono esplosivi in determinate condizioni e se si lavora con la cella chiusa anche se non a pressione ...io ne so qualcosa...
ciao e buone misure

CITAZIONE (randagio73 @ 6/11/2007, 17:45)

voglio congratularmi anche io con te per l' ottimo lavoro e voglio ricordarti , anche se sono sicuro che lo sai meglio di me, che i gas all' interno sono esplosivi in determinate condizioni e se si lavora con la cella chiusa anche se non a pressione ...io ne so qualcosa...
ciao e buone misure

Grazie a tutti per i complimenti, ma riservateli a quando posterò i primi dati utili, per ora sto solo 'tarando'.

Hehe, randagio73, tranquillo, ho 'già dato'.

Guarda qui:


Con questo (in realtà l'ho prolungato, ora arriva più profondo) raccolgo il gas catodico separatamente da quello anodico.

Che poi è una derivazione da questo:

omettendo la campana rosa in basso che convoglia l'ossigeno sul catodo e usando invece un anodo cilindrico che circonda a distanza il tubo interno, e che garantisce alle bollicine di O2 un percorso verso l'alto separato dall'H2.

Questo mi serve per poter valutare, dopo opportuno trattamento di condensazione del vapore in esso disperso, la quantità di H2 prodotto (o residuo, dato che sono certo che una parte si ricombini 'in loco' sul catodo.
Però questo accorgimento mi salva anche da inneschi indesiderati.

Ecco qui un altro Blank.



http://www.overunity.it/images/Calorimetro...etro3.htm#Terzo

L'imprecisione nella curva del dT è dovuta sostanzialmente allo stirrer, l'<uovo> mescolatore magnetico in Teflon che ruota sul fondo con una traiettoria epicicloidale, ma che ogni tanto sbatte contro una parete e interrompe la continuità della mescolazione.