poniedziałek, 8 sierpnia 2016

Archiwum - SENSORY 10

Archiwum - SENSORY 10

Temperatura - Dioda, termistor NTC, KTY.
Wyrazona w mV/C czulosc zwyklej krzemowej diody polprzewodnikowej jako sensora temperatury zalezy od gestosci pradu w jej  zlaczu. Sensor jest troche nieliniowy i czulosc wzrasta przy niskich temperaturach. Zakres pradow pomiarowych moze byc duzy - taki w jakim zlacze ma charakterystyke scisle logarytmiczna - od dolu ograniczona pradem uplywu a od gory rezystancja rozproszona.  Przy malych  gestosciach pradu w zlaczu czulosc (w temperaturze pokojowej) diody wynosi  -2.2 mV/C by przy duzych gestosciach pradu spasc do -1.4 mV/C.  W dosc szerokim zakresie pradow diody czulosc przyjmuje sie jako -2mV/C.

Na wykresie pokazano czulosc diody 1N4154 ( 35V , 300mA ) jako sensora temperatury w funkcji jej pradu.
Stosujac przewodowe przylaczenie diody - sensora wybieramy male prady pracy takze po to aby zminimalizowac wplyw rezystancji przewodu. W praktyce lepiej niz diody sprawuja sie tranzystory polaczone w diode.
Diody wprost do mikrokontrollera nie mozna w zasadzie dolaczyc w przeciwienstwie do termistora NTC i sensora rodziny KTY. W ogolnosci wymagania na uklad kondycjonujacy dla kazdego sensora sa tym wieksze im wiekszy jest offset na tle uzytecznego sygnalu z sensora i im mniejsza jest czulosc sensora. Poniewaz napiecie na diodzie (offset) spada a czulosc rosnie wraz ze zmniejszaniem pradu pomiarowego to nalezy stosowac raczej male gestosci pradu (co troche zmniejsza wymagania dla kondycjonera i jego koszt) ale pamietajac ze dioda jest nieliniowa i prostowane silne zaklocenia elektromagnetyczne wywoluja bledy DC !
Wolne diody prostownicze serii 1N400X nie prostuja sygnalow radiowych, zwlaszcze te wolniejsze na wyzsze napiecia.
Opornosc zrodla zasilania diody - sensora wynika z procesu linearyzacji. Bledem jest zasilanie diody ze zrodla pradowego !  Dla sensora PT100  opornosc zrodla zasilania jest dla linearyzacji kwadratowej ujemna dla diody zas dodatnia. Jesli zakres obejmuje ujemne temperatury to dobra linearyzacje osiagamy przy zasileniu diody poprzez opornik z napiecie około 8*Ud, gdzie Ud to napiecie na diodzie w temperaturze 20C. 
Mostek z dioda jako sensorem nie jest ratiometryczny i to jest wada diody.

Dioda do zastosowan w cieplownictwie nadaje sie znakomicie !
Diody z jednej tasmy od renomowanego producenta wykazuja rozrzut mniejszy od 1C zalezny od starannosci i poziomu technologi producenta. Zatem konieczna jest indywidualna - programowa  korekcja offsetu.
Tranzystor moze byc stosowany jako dioda lub od razu moze ( polaczenie trzyprzewodowe ) wzmacniac sygnal 10-30 razy czyniac zbednym wzmacniacz operacyjny. W tym drugim rozwiazaniu wykluczone sa dlugie przewody a wiec sensor musi byc w samym urzadzeniu na PCB  lub blisko niego. Tam gdzie w regulatorze odczyt temperatury jest zbedny tranzystor sensor jest od razu stopniem wzmacniacza sygnalu bledu. 
Interface ze wzmacniaczem operacyjnym dla diody i sensora PT100 moze byc taki sam ( inne wartosci rezystorow ) ale pamietac nalezy w programie o zmianie znaku czulosci.

 Obecnie od lat zdecydowanie najpopularniejsze sa termistory o ujemnym wspolczynniku temperaturowym czyli NTC. Sa uzyteczne w zakresie temperatur -50...200 (300)C.
Niemniej szybko zdobywaja popularnosc sensory rodziny KTY zblizone do termistorow ale o dodatnim wspolczynniku temperaturowym.
Termistory sa wykonane z polprzewodnikow.
Zachowanie termistora NTC dobrze opisuje znane z fizyki rownanie Steinhart–Harta. W zakresie 0-100C aproksymacja tym rownaniem  ma dokladnosc rzedu 0.02%. Uproszczony wspolczynnik wzglednej zmiany opornosci NTC moze wynosic ca 4%/C ( zawsze zawiera sie w przedziale 3-4.5 %/C ) a wiec sa to elementy czule ale mocno nieliniowe.
Znane sa uklady analogowe sluzace do linearyzacji termistorow NTC ale w rozwazanym zastosowaniu "przemyslowym" nie ma dla czegos takiego zastosowania. NTC nie jest dokladnym sensorem.
Termistor ( jest ratiometryczny ale  uwaga na samopodgrzanie ) linearyzujemy zasilajac go poprzez rezystor (moze byc przelaczany programowo) ktory ma taka wartosc jaka opornosc  termistor w punkcie srodkowym zakresu pomiarowego ! To cala madrosc linearyzacji NTC.
Stosujac zasilanie +5V (to samo co napiecie odniesienia dla przetwornika A/D w mikrokontrolerze ) i podajac sygnal z NTC bez zadnego dodatkowego ukladu aktywnego wprost na przetwornik A/D w mikrokontrolerze jednoukladowym uzyskujemy teoretycznie pomiar ( linearyzacja programowa dla pomiaru w scislym znaczeniu  jest wtedy wymagalna ale normalnie nie jest stosowana ) od temperatury zero do nieskonczonosci co jest bardzo wygodne ale o dobrej liniowosci i rozdzielczosci oraz stabilnosci tylko wokol temperatury srodkowej zakresu. W punkcie srodkowym zakresu na wyjsciu termistora - opornika jest napiecie 1/2 x 5V = 2.5V co stwarza mozliwosc latwej kontroli. Termistory sa tanie, niezawodne  i masowo stosowane w samochodach w praktycznych obudowach. Maja duza czulosc i z reguly  zbedny jest kondycjoner.   

Popularny termistor NTC o opornosci 10K ma opornosc podana w temperaturze 25C.  W temperaturze 0C ma opornosc 32.65 K a przy 50C, 3.601 K.
Zatem optymalny opornik zasilajacy termistor bedzie  dosc mocno zmienial wartosc przy zmianie srodkowej termperatury zakresu pomiarowego - roboczego.

Polprzewodnikowe sensory rodziny KTY maja dodatni wspolczynnik temperaturowy okolo 0.78%/C. Sa wiec znacznie mniej czule niz termistory NTC. Zakres temperatur -50...150C lub do 300C. Oznaczenie sensora jest dosc ciekawe. Na przyklad KTY81-Xyy, gdzie X oznacza 1 dla nominalnej rezystancji w temperaturze 25C wynoszacej 1K a 2 dla 2K. Zas yy oznacza tolerancje nominalnej opornosci. Zatem KTY81-110 ma nominalna opornosc w temperaturze 25% 990-1010 Ohm. Sensor KTY81-250 ma nominalna opornosc 1900-2100 Ohm.  
Sensory KTY maja pewna anomalie o ktorej nalezy pamietac. Sa nieliniowe ( takze pewna utrata ratiometrycznosci w zwiazku z tym ) w funkcji pradu przy duzych temperaturach. Dolaczenie sensora KTY do przetwornika A/D jest takie samo jak termistora NTC. To samo z linearyzacja opornikiem o wartosci opornosci sensora ze srodka zakresu. Przy wyborze rezystora zasilajacego upewniamy sie ze nie wkraczamy w obszar nieliniowosci.   

Tam gdzie system musi byc ekstremalnie energooszczedny diode , NTC czy KTY zasilamy impulsowo tylko w czasie pomiaru.

niedziela, 7 sierpnia 2016

Archiwum - SENSORY 9

Archiwum - SENSORY 9

Monolitic membrane pressure sensor KP101A
Wykonane technologia monolityczna sensory "Monolitic membrane pressure sensor" wykorzystuja efekt zmiany rezystancji rezystorow wytworzonym w chipe krzemowym  pod wpływem działającego naprezenia odksztalcajacego material chipa - membrane. Krzem ma duzy wspolczynnik piezorezystancyjny co jest jego zaleta.
W krzemowej membranie - podłozu typu n wytworzone są cztery zagrzebane piezorezystory typu p skladajace sie na mostek pomiarowy. Chip ma pady polaczeniowe tak jak kazdy uklad scalony. Rezystory sa wytworzone w takim miejscu chipa aby uzyskac jak najlepsza czulosc i liniowosc mostka.
Powierzchnia chipa sensora jest pokryta ochronna warstwa pasywujaca z SiO2 lub Si3N4 i jeszcze dodatkowo chroniona przed czynnikami srodowiskowymi conajmniej zelem silikonowym.
Pomyslowe jest zamocowanie chipa w obudowie i w wypadku sensorow mierzacych cisnienie absolutne stworzenie komory odniesienia z zerowym cisnieniem.
Idea dojrzala do produkcji i kilka czolowych koncernow wypuscilo juz sensory cisnienia. 
Znane sa technologie z odksztalcana cienkowarstwowa metalowa membrana na ktorej przymocowany jest krzemowy chip. Membrana taka jest dobrym izolatorem od srodowiska.  Sensory moga byc produkowane technologia Silicon On Saphire czyli SOS gdzie na szafirowym podlozu - membrane, krzem w ktorym wykonane sa rezystory urosl epitaksjalnie. Szafir jest dobrym materialem na membrane. 
Koncern Philips w katalogu na 1987 rok oferuje cztery  "Monolitic membrane pressure sensor". Sensory KP100A i KP101A mierza cisnienie absolutne w zakresach odpowiednio 0..2 bar i 0..1.2 bar. Zas sensory KPZ20G i KPZ21G mierza roznice cisnien w zakresie odpowiednio -1..2 bar i -1..10 bar.

Sensor KP101A w typowej obudowie DIL6 przeznaczonej do wlutowania w plytke drukowana PCB ma dodatkowo z gory kruciec o srednicy 3mm na ktory mozna nalozyc gietka plastikowa rurke doprowadzajaca mierzone cisnienie. KP101A ma wbudowany uklad kompensacji zmian czulosci mostka w funkcji temperatury - podnosi on po prostu napiecie zasilajace mostek przy wzroscie temperatury. Korzystanie z kompensacji temperaturowej nie jest jednak konieczne. Zasilajac wprost  mostek piezorezystancyjny bez kompensacji napieciem 5V przy cisnieniu 1.2 bara otrzymujemy napiecie wyjsciowe 140mV przy temperaturze -40C, 122mV ( wartosc typowa ) przy 25C i tylko 88mV przy 125C. Zmiana czulosci jest wiec spora. Mostek pracuje ratiometrycznie.
 Podajac zasilanie dokladnie 5V do ukladu kompensacji czulosci z tranzystorem jako sensorem temperatury czulosc wynosi 62mV przy cisnieniu 1.2 bara, w kazdej temperaturze. Kompensacja dziala dobrze ale  tylko z napieciem zasilania dokladnie 5V ! System nie jest niestety ratiometryczny !
Sensor nie ma natomiast temperaturowej kompensacji zera. Im mniejsze napiecie przy zerowym cisnieniu tym dokladniejsze beda pomiary.
Wada ta z pewnoscia zostanie usnieta w kolejnej generacji sensorow. Do galezi mostka nowoczesniejszego sensora mozna dodac rezystory trymowane laserowo do zrownowazenia mostka i wyeliminowania dryftu temperaturowego co jednak podniesie cene sensora.
Mozna tez sensor KP101A zasilac dokladnie stabilizowanym pradem  ( a nie napieciem ! ) wykorzystujac fakt ze rosnie wraz z temperatura opornosc mostka i to tak jak spada jego czulosc. W systemie z jednym napieciem 5V z uwagi na zakres napiec wspolnych i wyjsciowych ukladu wzmacniacza operacyjnego LM324 nie jest to latwe a jednak wykonywalne. System jest ratiometryczny.
Sa wiec trzy sposoby zasilania sensora KP101A. Od wybranego sposobu zasilania wiele zalezy. Uzycie wewnetrznej kompensacji sensora lub zasilanie pradem pozwala lepiej wykorzystac zakres przetwornika A/D mikrokontrollera co przy ograniczonej jego rozdzielczosci jest bardzo wazne.  
Jesli w systemie jest mikokrontroller z wysokiej jakosci przetwornikiem A/D i sensor temperatury to mozna kompensacje przeprowadzic programowo i jest to najlepsze i polecane  rozwiazanie tym bardziej ze kompensuje sie temperaturowo tez punkt zerowy.

Poniewaz opornosc wyjsciowa sensora rosnie z temperatura to nie mozna stosowac do wzmocnienia sygnalu z niego prostego wzmacniacza roznicowego ( = Instrumental Amplifier  ) na jednym OPA. Doskonale sprawuja sie natomiast IA wykonane na dwoch lub trzech wzmacniaczach operacyjnych i w miare dokladnych rezystorach. Przy nieuzywaniu wbudowanej kompensacji temperaturowej napiecie wspolne na wyjsciu sensora zmienia sie niewiele i wymagania na tlumienie sygnalu wspolnego CMRR sa liberalne. Uklad jest ratiometryczny czyli wymagania na stabilnosc napiecia odniesienia - zasilania  sa niewielkie bowiem jest one tez uzywane przez przetwornik A/D.
Gdy uzywamy wbudowanej w sensor kompensacji temperaturowej  to napiecie wspolne sie zmienia i wymagany wspolczynnik  CMRR IA jest wyzszy.  

Sensor KP101A nie wykazuje dryfu temperaturowego  spowodowanego  podaniem zasilania a wiec mozna go zasilac impulsowo wtedy gdy jest akurat uzywany. Oczywiscie pasmo IA musi byc takie aby sygnal zdarzyl sie dokladnie ustalic.
Do sprawdzenie i skalibrowania systemu z sensorem KP101A mozna uzyc barometru dokladnie pokazujacego cisnienie atmosferyczne oraz strzykawki lekarskiej polaczonej z sensorem krociutka rurka. Faktycznie krocce sensora i strzykawki powinny sie dotykac dla minimalizacji martwej pojemnosci.  Cisnienie po przesunieciu tloczka  strzykawki od pojemnosci zerowej do pelnej powinno spasc nieomal do zera. Im lepsza czyli szczelniejsza strzykawka tym wolniej zacznie ono powoli rosnac. 
  
Monolitycze sensory moga znalezsc zastosowania w przemysle ( konieczna jest obudowa z fizyczna izolacja sensora od substancji ktorej cisnienie mierzymy, chocby wody czystej lub brudnej  ) takze do pomiaru poziomu cieczy w zbiornikach, w zdalnej stacji pogodowej czy w malo dokladnym altimetrze lotniczym. Zaleznosc miedzy cisnieniem a wysokoscia nie jest liniowa a okresla ja tak zwany wzor barometryczny. Cisnienie zmienia sie  pod wpływem zjawisk pogodowych i z tego wzgledu altimetr jest tylko jednym z przyrzadow do okreslenia wysokosci na jakiej jest samolot.
Sensor moze mierzyc roznicowe podcisnienie zasysanego powietrza w silnikach spalinowych w komputerowym systemie wtrysku paliwa. Moza mierzyc cisnienie oleju w silniku. Mozna wyobrazic sobie miniaturowy sensor zintegrowany z prostym CMOS-owym mikrokontrollerem i nadajniczkiem radiowym zamontowany na feldze kola samochodu (chocby razem z zaworkiem ) do mierzenia cisnienia i temperatury w oponie w kazdej sytuacji. Energooszczedne urzadzenie zasilane bateryjnie uruchamialoby sie do jakis czas wysylajac meldunek. Zywotnosc bateryjki musialaby byc przynajmniej taka jak opony. Mikrokontroller musialaby miec takze wbudowany Instrumental Amplifier do wspolpracy z sensorem lub takowy moglby miec sam sensor cisnienia. CMOS-owa realizacje IA jest rozwazona w innym miejscu.

Sensor moze uruchomic lotnicza bomba jadrowa na optymalnej wysokosci 500 m nad ziemia. Oczywiscie system taki musi wiele sensorow i zabezpieczen.

sobota, 6 sierpnia 2016

Swiete krowy. Przywileje to korupcja.

Swiete krowy. Przywileje to korupcja.

 Beczace stado polinteligentow i cwiercinteligentow, pouczone przez gadzinowke Michnika o tym co maja myslec, wprost nie moze sie doczekac publikacji prywatnych opini politykow z trybunalu konstytucyjnego, nazywanych nie wiadomo dlaczego sedziami.  Wszystko to w dodatku dzieje sie po okrutnej utracie „skarbow narodowych” czyli „drogiego Bronisława” czyli pana prof. Bronisława Geremka i Władysława Bartoszewskiego, ktoren to byl jedyna osoba zwolniona z obozu Auschitz z powodow zdrowotnych. a nastepnie nachalnie promowaną przez niemieckie organizacje.

Politycy trybunalu zwani sedziami ciesza sie nieznanymi nigdzie w swiecie przywilejami. Średnio sędzia TK zarabia obecnie blisko 31 tysiecy złotych brutto, czyli około 25 tysiecy złotych netto, ponieważ sędziowie nie płacą składki emerytalnej. Po dziewieciu latach nierobstwa politycy-sedziowie przechodza w stan spoczynku z gigantyczna emerytura.  Odchodzący w stan spoczynku sędzia otrzymuje także odprawę w wysokości sześciomiesięcznego wynagrodzenia. Pobieraja spore  dodatki funkcyjne oraz dodatek za korzystanie z prywatnego samochodu do celów służbowych.  Sędziowie spoza Warszawy mają wynajęte na koszt trybunału mieszkania w Warszawie przy Alei Szucha. Sędziowie otrzymują też zwrot kosztów podróży.
Taki stan rzeczy musi oburzac trzezwo myslacego Polaka.
"Sedziowie" tylko rzadko bywaja w trybunale podobnie jak ich asystenci.  Każdy sędzia ma do dyspozycji 2,5 etatu na asystentów, czyli dwoch asystentow na pelen etat oraz  trzeci asystent na niepełny etat. Asystenci zarabiaja  ponad 10 tysiecy złotych. Asystenci sędziów TK  w "pracy" w trybunale bywaja  raz, dwa razy w miesiącu, bo mają zgodę prezesa Rzeplińskiego, że mogą pracować poza trybunałem.

Obecnie na etacie w trybunale jest  „kawiarka”, która na telefon przygotowuje i roznosi sędziom kawę i herbatę. Na etatach są zatrudnieni pracownicy obsługujące bar przygotowujący posiłki dla sędziów i pracowników administracji trybunalu. Jest mnóstwo etatów o blizej niesprecyzowanych lub bardzo waskich zadaniach.

Tak wlasnie "święte krowy " trybunalu szanuja Polske i Polakow. Skutecznie doją Rzeczypospolita na wszelkie sposoby.

Wikipedia:
"Wydatki i dochody Trybunału Konstytucyjnego są realizowane części 06 budżetu państwa.
W 2015 wydatki Trybunału Konstytucyjnego wyniosły 30,4 mln zł, a dochody – 0,2 mln zł Przeciętne zatrudnienie w przeliczeniu na pełne etaty wyniosło 135 osób (15 sędziów oraz 120 pracowników merytorycznych i pomocniczych Biura TK), a średnie miesięczne wynagrodzenie brutto 10 472 zł (w tym przeciętne miesięczne wynagrodzenie brutto sędziego Trybunału 30 695 zł)"

Jest wiele zastrzezen do pracy TK. Trybunal ma ogromne zaleglosci ( okolo 200 spraw ) w pracy. Średni czas oczekiwania na rozprawę wynosi około 18 miesięcy. Działa wybiórczo bez zadnych jawnych kryteriow  i wybiera sobie , jakie sprawy rozpozna szybko, a jakie mogą czekać wiele lat na rozpoznanie.
Trybunaly w panstwach europejskich, tam gdzie istnieja, nie maja takich zaleglosci.

piątek, 5 sierpnia 2016

Archiwum - SENSORY 8

Archiwum - SENSORY 8

Strain gauge.
Tensometry a po angielsku  strain gauge ( geneza nazwy: tensus - napiety, metreo - mierze )  zostaly wynalezione w 1938 roku. W praktyce zawsze sa to mostki tensometryczne. Sluza do pomiaru sily, masy, przyspieszenia, cisnienia. Podstawy tensometrii znane sa z literatury i jako wiedze podstawowa pomijamy ja.

Na gietkim plastikowym podlozu jest trwale umocowany mostek Wheatstone, ktorego cztery rezystory tworzace rozne geometryczne wzory ( wezyk... ) wykonane sa z cienkiej foli o grubości od 0.0025 mm do 0.025 mm,  z reguly z konstantanu czyli stopu 55% miedzi i 45% niklu. Stosuje sie do ich produkcji technologie produkcji plytek drukowanych, oczywiscie zmodyfikowana.
Podloze tensometru mocuje sie do podlegajacego odksztalceniu obiektu klejem cyjanoakrylowym lub wskazanym przez producenta  innym klejem. Zlacze kleju musi wykazywac brak pełzania pod obciążeniem, byc wytrzymale  i dobrze tolerowac czynniki srodowiskowe.
Powierzchnia obiektu musi byc starannie przygotowana - czysta i gladka. Sa tensometry przeznaczone do zamontowania na betonie.
Oczywiscie powierzchnia tensometru jest starannie zabezpieczona przed wilgocia i korozja. Choc na pierwszy rzut oka kawalek dziwnej, cienkiej  plytki drukowanej czyli  foli z wzorkiem z constantanu wydaje sie dosc prosty do wykonania to diabel jak zawsze tkwi w szczegolach. 
Mostek tensometryczny trwale przykleja sie do podlegajacych odksztalceniu stalowych elementu mostu, dzwigu  czy elementow wysokiego budynku.  System monitoringu mostu, dzwigu  czy budynku czy innej kostrukcji mozna i trzeba wyskalowac. Przykladowo dzwig podnosi ladunek o dokladnie znanym ciezarze zblizonym do mozliwosci operacyjnych  dzwigu. Na most moga wjechac zwazone ciezkie ciezarowki z piaskiem.
W przypadku dzwigu system ostrzega operatora ze przenoszony ladunek w ponad 80% wykorzystuje mozliwosci dzwigu oraz blokuje probe podniesienia zbyt ciezkiego ladunku. Nie blokowane jest tylko  tylko opuszczenie ladunku. Blokuje takze mozliwosc wyjscia ramienia dzwigu poza obszar bezpiecznej pracy co groziloby przewroceniem dzwigu.  Potezne dzwigi przenosza ciezkie i cenne ladunki. Dzwigi portowe szybko przeladowuja kontenery. Ogromne straty spowodowaloby przewrocenie dzwigu portowego czy  uszkodzenie dzwigu i zbiornika reaktora na budowie elektrowni jadrowej.  
System monitoringu mostu i budynku pokazuje naprezenia w konstrukcji powodowane przez silny wiatr. Gdy obiekt wykazuje niebezpieczne i niedopuszczalne rezonanse to trzeba podjac modyfikacje obiektu  aby je "rozstroic". Mimo iz symulacja komputerowa budowanego obiektu powinna wychwycic wady to lepiej sie upewnic jak rzecz ma sie faktycznie bowiem przykladowo mogly zostac uzyte inne materialy niz wymagal projekt.

W przemysle mierzy sie ciezar zbiorników magazynujących surowce. Mierzy sie ciezar zbiornikow mieszalniczych w czasie dozowania. Wazy  sie platformy najazdowe z surowcem. W konstrukcjii maszyn uzywa sie do tego zadania "load cell".
Czesciej niz sam tensometr sa spotykane  "load cell " ( ogniwo obciazenia ?), ktore to okreslenie nie ma polskiego analogu. "Load cell" to odksztalcany metalowy ( stalowy lub aluminiowy ) przedmiot przenoszacy obciazenie mechaniczne, latwy do mocowania i zabudowy na ktorym producent umiescil mostek tensometryczny. Najczescie uzyty jest w wadze. W elektronicznej wadze sklepowej zintegrowanej z kasa wazy towar. W dzwigu dokladnie mierzy podnoszony ciezar. Kilka load cell  dokladnie mierzy wage samochodu na platformie. Przy zastosowaniu dobrej filtracji mozna mierzyc wage wolno przejezdzajacych samochodow.
Producent kalibruje load cell szlifujac czy nacinajac material load cell.
Load cell ma okreslony przez producenta zakres pomiarowy i czulosc wyrazona w mV/V  jako ze jest to sensor ratiometryczny.      
Load cell ma z reguly dodane rezystory kompensujace wspolczynnik temperaturowy skali do ponizej 0.005%FS/C  i niezrownowazenie mostka dla zerowej sily. Mimo tego niezrownowazenie moze wynosic typowo do 5% zakresu. Podana jest liniowosc ( typ 0.2%), histereza ( 0.15% ), powtarzalnosc ( 0.05% ) oraz tolerancja przeciazenia ( 50% ). Duze przeciezenie ( >150% ) prowadzi do trwalego odksztalcenie metalu load cell i de facto  jego zniszczenia. Tym istotniejsza jest praca systemu w petli sprzezenia zwrotnego.

Rezystancja galezi mostka tensometrycznego  jest niewielka i czesto jest to nominalne 350 Ohm z duza tolerancja. Tyle zobaczymy na omomierzu od strony zaciskow zasilanych i wyjscia mostka tensometrycznego nieprzylaczonego do systemu. Omomierzem stwierdzimy tez uszkodzenie load cell lub przewodu polaczeniowego. Opornosc miedzy wyjsciem a zasilaniem to wartosc rownolegle polaczonych opornikow 350 i 3x350 Ohm czyli 253 Ohm

Opornosc mostka zmienia sie w funkcji temperatury tak jak opornosc uzytego konstantanu czy innego materialu tensometru. Wspolczynnik temperaturowy konstantanu jest inny niz miedzi przewodow polaczeniowych a dodatkowo przewody moga byc w innej temperaturze niz sam mostek. Powoduje to niewielkie zmiany napiecia zasilania mostka i jego czulosci  pod wplywem zmian temperatury  Gdy opornosc przewodu polaczeniowego jest istotna to napiecie do mostka doprowadza sie w czteroprzewodowym ukladzie Kelwina - "4-wire Kelvin connection". Kabel na wowczas 6 przewodow.  Uklad zasilajacy stabiluzuje wtedy napiecie na mostku tensometrycznym a nie na swoim wyjsciu. Przy krotkich polaczeniach o duzym przekroju uklad Kelvina jest zbedny.

Z racji dosc malej opornosci mostka moc zasilania doprowadzona do mostka jest niebanalna jak na uklady sygnalowe ale mostek jest dosc dobrze chlodzony. Produceni podaja rekomendowane ( typ 10 V) i maksymalne ( 15V ) napiecie zasilajace. Sygnal wyjsciowy jest proporcjonalny do napiecia zasilania mostka i przy czulosci  1-4 mV/V i zasilaniu 10V wynosi na pelna skale 10-40mV.

Sygnal z mostka tensometrycznego  jest ogolnie dosc maly a wymagania na dokladnosc pomiaru sa czasem wysokie.
Koncern Analog Devices oferuje bardzo drogi modul 2B31 do wspolpracy z sensorami mostkowymi ale tak naprawe  z mostkami tensometrycznymi. Daje on zasilanie 4 przewodowe Kelvina. Wzmacniacz instrumentalny ( IA - Instrumental Amplifier ) w module ma dryft 0.5uV/C i szumy 1uVpp w pasmie do 10Hz   Tlumienie sygnalu wspolnego wynosi az CMR - 140 dB przy wzmocnieniu  G>1000. Modul zawiera tez filtr dolnoprzepustowy  ale z zewnetrznymi opornikami wyznaczajacymi czestotliwosc odciecia.
NB. Optymalne i pozadane pamo czestotliwosci zalezy od zastosowania. Gdy mierzymy dynamiczne obciazenie lozysk to pasmo musi byc calkiem szerokie. Ale zazwyczaj filtry dolnoprzepustowe eliminuja zaklocenia pochodzace od rezonansow mechanicznych poza pasmem pomiarowym. Rezonansow w roznych konfiguracjach sprezystosci i mas moze byc duzo.
Wymagania na wzmacniacz instrumentalny dla mostka tensometrycznego moga byc bardzo wysokie. Rozdzielczosc pomiaru wynosi 1000 do 50 000 razy !
Opornosc wyjsciowa mostka rosnie wraz z temperatura. Opornosc wejsciowa IA powoduje wiec temperaturowy blad wzmocnienia. Stad przydatnosc IA wykonanego na jednym wzmacniaczu operacyjnym jest niewielka jako ze jego opornosc wejsciowa wynika z wejsciowych rezystorow ktore musza byc niewielkie bowiem powoduja dryft temperaturowy i szumy.
Czy potrzebna a moze konieczna jest az tak wielka i trudna do osiagniecia wartosc wspolczynnika CMR=140 dB. Rozwazmy temat.
Przy zasilaniu dwuprzewodowym przy zmianach temperatury napiecie wspolne ( czyli common ) wynosi polowe napiecia zasilania i zmienia sie niewiele. Przy zasilaniu czteroprzewodowym napiecie znow wynosi polowe zasilania ale odrobine zmienia sie napiecie zasilajace. Niemniej w obu przypadkach nie widac potrzeby szalenie wielkiego wspolczynnika CMR.
Oczywiscie potrzebne jest tlumienie zaklocajacych sygnalow zmiennopradowych ale znow nie az tak wielkie.   

Temat Instrumental Amplifier omowiono osobno i ma ma potrzeby powtarzania informacji.
Wymagania na IA zaleza od zastosowania. Sa one dosc liberalne dla wiekszosci zastosowan tensometrow ale tam gdzie przy ciezarze 50 ton wymagana jest rozdzielczosc 1 kilograma sa trudne do spelnienia. Sama load cell limituje dokladnosc pomiaru i nonsensem jest stosowanie wyrafinowango IA do typowego sensora

Produkowane sa piezorezystancyjne krzemowe mostki tensometryczne najczesciej sluzace od razu do pomiaru cisnienia lub do pomiaru malych sil na przyklad w malych ( takze przenosnych ) wagach.
Sensor cisnienia  KP101A firmy Philips w obudowie DIL6 ma na sobie sztywna  rurke - krociec o srednicy 3 mm gdzie plastikowa elastyczna  rurka mozna doprowadzic mierzone cisnienie.  
Ten sensor omowiony jest osobno.
Wydaje sie ze takie sensory w miare umasowienia produkcji beda tanie i znajda liczne zastosowania.

czwartek, 4 sierpnia 2016

Archiwum - Ochrona ukladow wejsciowych i wyjsciowych

Archiwum - Ochrona ukladow wejsciowych i wyjsciowych

Scalone uklady analogowe i cyfrowe sa delikatne. Przepiecia w obwodach wejsciowych i wyjsciowych polaczonych przewodami z sensorami lub innymi urzadzeniami i organami wykonawczymi powstaja na skutek :
- Wyładowania atmosferycznego
- Wyladowan elektrostatycznych
- Uszkodzenia instalacjii uziemiajacej lub powstania duzych różnic potencjalow wskutek przeplywu zwarciowych  pradow awaryjnych
- Uszkodzenia izolacji przewodów
- Rozlaczania obwodow pradowych z zawsze obecna  indukcyjnością i przenikania przepiec przez sprzezone przewody syganlowe i sieciowe
- Błędnego polaczenie przewodow zasilających i sygnalowych
- Uszkodzenia wspolpracujacych urzadzen, sensorow i organow wykonawczych

Polaczenia bywaja dosc dlugie. Im sa dluzsze i im wiekszej mocy sa obwody silowe tym wieksze sa problemy z zakloceniami obwodow sygnalowych.
W ukladach zabezpieczajacych stosuje sie glownie pochlaniajace energie elementy nieliniowe w konfiguracji szeregowo z sygnalem i rownolegle z nim :

- Diody - rownolegle. Istotny jest maly czas odzyskania zdolnosci przewodzenie Tfr (Time forwad recovery , nie mylic z Trr). Im wyzsze jest nominalne maksymalne napiecie wsteczne diody  tym wiekszy szkodliwy czas Tfr ! Diody rodziny 1N400X toleruja przez czas 10ms impuls pradu do 50A. Nalezy stosowac diody 1N4001 lub 1N4002 na niskie napiecia. Sa tanie i zajmuja w miare malo miejsca na PCB. Motorola podaje ze ich Tfr wynosi okolo 0.3uSec. Tam gdzie oczekujemy malych zaklocen wystarcza diody malosygnalowe. Diody i diody Zenera sa najczestszym srodkiem ochrony
 
- Diody Zenera i specjalnie dedykowane do ograniczania przepiec diody mocy Zenera Transil w stosunkowo malych obudowach - rownolegle.
Dopiero diody Zenera na napiecie nominalne 6.8-7.5V maja ostre chrakterystyki. Diody na mniejsze napiecia maja duze prady uplywowe i sa bezuzyteczne.Trzeba o tym pamietac. Standardowe diody Zenera sa tanie i latwo dostepne. Producenci podaja wykresy pokazujace impulsowa tolerancje diod na moc lub prad w funkcji czasu impulsu. 

- Warystory - rownolegle. Wspolczynnik potegowy nieliniowej charakterystyki dochodzi do 38 a wiec element jest mocno nieliniowy. Dla danej srednicy warystora dyskowego maksymalny prad impulsu jest nieomal staly i zdolnosc absorbcji energi ( oraz grubosc dysku) rosnie liniowo z napieciem nominalnym. Znakomicie nadaja sie do obwodow z napieciem sieciowym ale nie sa polecane dla malych napiec. Ich zdolnosc absorcji impuslu energi na tle diod Zenera jest ogromna !

- Odgromniki ceramiczne w postaci walca o srednicy 8mm i dlugosci 6mm - rownolegle. Tolerowany prad wyladowania 10-20kA powoduje ze nadaja sie (podobnie jak warystory ) do obwodow ktore moga zaabsorbowac energie pioruna lub jej czesc - na przyklad linie telefoniczne.

- Neonowki Ich zaleta jest nieskonczona opornosc do momentu zajarzenia - rownolegle. Spotykane w obwodach EKG ktore musza tolerowac impuls z defibrylatora.

- Rezystory gatunku Flame Proof ktore przerywaja obwod a nie dymia i nie pala sie - szeregowo. Urzadzenie wymaga jednak naprawy. Jest to ochrona przed pozarem.

- Miniaturowe bezpieczniki na male prady,  50mA - szeregowo. Bezpieczniki i rezystory rozlacza obwod w stanie awaryjnym. Urzadzenie wymaga jednak naprawy. Jest to ochrona przed pozarem.

- Pozystory - szeregowo. Nagrzany awaryjnym pradem pozystor ma duza opornosc i zachowuje sie jak odwracalny bezpiecznik. Bezpiecznik, rezystor FP czy pozystor moga ograniczyc prad zasilacza 24V do petli pradowych 0/4-20mA w automatyce.

- Tyrystory w ukladach crowbar do zwarcia niebezpiecznie duzego napiecia - rownolegle.

Uklady scalone maja z reguly na wejsciach i wyjsciach "diody" zabezpieczajace polaczone do GND i VDD. Czesto nie sa to diody ale zlacza pasozytniczych tranzystorow w ukladzie czterowarstwowym czyli tworzace tyrystory.
Kiedy doprowadzimy do wejsc lub wyjsc napiecia / prady ktore spowoduja aktywacje wspomnianych diod to po pierwsze wzrasta poczatkowo pobor mocy ( badany uklad CMOS statycznie praktycznie nie pobiera pradu ) a powyzej pewnego pradu nastepuje zalaczenie pasozytniczego tyrystora i jesli nie jest ograniczony prad zasilania nastepuje zwarcie zasilania i zniszczenia ukladu !
Zachowanie konkretnego ukladu wynika z analizy struktury  pasozytniczych elementow. Jak dotychczas nie ma technologi w ktorej oprocz elementow pozadanych nie powstaja elementy niepozadane. Oczywiscie projekt masek i procesy produkcyjne maja dac pasozytnicze tranzystory o jak najmniejszym wzmocnieniu a rezystory bocznikujace zlacza B-E pasozytniczych tranzystorow o jak najmnieszej opornosci.
Znakomity artykuł "Standardizing latch-up immunity tests for HCMOS logic ICs",  "Electronic components & application" Vol 7, No 3 ,p 187-197, 1986 podaje sposob badania zjawisk zwiazanych z zatrzaskwianie lach-up przy uzyciu charakterografu dla tranzystorow. Omawia takze struktury pasozytnicze na wejsciach i wyjsciach ukladow w technologi HCMOS  i sposoby ich aktywowania przez prady zakloceniowe.




Uklady zabezpieczen powinny byc proste i tanie ale skuteczne. Badajac prototyp nalezy koniecznie zasymulowac adekwatne do zastosowania sytuacje awaryjne.
"Zaklocenie" podajemy z kondensatora >1nF-10uF  naladowanego do napiecia 300-3000 V czy z zasilacza pradu stalego czy nawet napiecie sieciowe.
  
Skutecznosc projektowanych zabezpieczen zalezy od spodziwanych zaklocen oraz wymaganej niezawodnosci pracy urzadzenia.
Najprostszym zabezpieczeniem jest szeregowy wejsciowy opornik ewentualnie zabocznikowany rownoleglym kondensatorkiem dla szybkich sygnalow.
Dobrym zabezpieczeniem sa diody dolaczone do sygnalu, do GND i Vdd ( lub absorbera ) lub dioda Zenera do GND oraz dodatkowy opornik w szereg z wejsciem ukladu scalonego. Im wieksza rezystancja opornika tym mniejszy bedzie prad plynac przez wejscie ukladu.   

Natezenie pradu tolerowanego krotko na wejsciu ukladu HCMOS  jest <100mA i dla  impulsu rosnie przy spadku jego czasu i dla impulsu 100ns wynosi 800mA. Inna sprawa jest to ze impuls moze uszkodzic uklad cieplnie i spowodowac zatrzasniecie aktywowanych , Latch-up,  pasozytniczych struktur tyrystorowych. Odpornosc na zatrzasniecie bywa rozna. Przy niegraniczonym pradzie zasilania zatrzasniety uklad ulegnie zniszczeniu. Jest na to prosta recepta. Uklad do ktorego podane sa sygnaly zewnetrzne gdzie spodziewamy sie duzych zaklocen zasilamy przez opornik  ( + maly kondensator blokujacy zasilanie ), ktory ewentualnie ograniczy prad zasilania. Przy duzym dodatnim impulsie lokalne napiecie moze na kondensatorze nawet wzrosnac a po chwili przy zatrzasnieciu (rezystor zmniejsza takze szanse zatrzasniecia ) spasc ale jesli prad podtrzymania bedzie maly to po incydencie napiecie wzrosnie i wszystko wroci do normy. Ochrona ta dziala pod warunkim ze uklad nie pobiera duzo pradu i mozliwe jest zasilanie przez ograniczajacy awaryjny prad opornik.

Przyklad.
Mikrokontroller w technologi CMOS ma wbudowany przetwornik A/D z ukladem Sample / Hold  i ma 8 multiplexowanych analogowych wejsc o zakresie przetwarzania 0-5V. Ma wspolpracowac z osmioma petlami pradowymi 20mA.
Prad kazdej petli przetworzymy na napiecie 0-4.98 V rezystorem 249 Ohm tolerancji 0.1-1%. Sa trzy rozwiazania.
1. Napiecie z rezystora 249 Ohm szeregowym opornikiem zabezpieczajacym podajemy na wtornik na wzmacniaczu operacyjnym zasilanym tak aby nie dawal napiec wyjsciowych znacznie ponizej zera i powyzej 5V. Miedzy wejsciem mikrokontrolera a wyjsciem wzmacniacza dajemy dodatkowo opornik ograniczajacy prad wplywajacy do wejsc mikrokontrollera.   Rozwiazanie dosc kosztowne - dwie kostki poczwornych wzmacniaczy operacyjnych i koniecznosc ich zasilenia co generuje koszty w zasilaczu.
2. Napiecie z rezystora 249 Ohm podajemy dwoma szeregowo polaczonymi rezystorami zabezpieczjacymi do wejscia mikrokontrolera a w punkcie srodkowym szeregowych rezystorow dajemy standardowa diode Zenera do GND  na napiecie 6.8V. Mniejsze napiecie jest wykluczone z uwagi na prad uplyw diody czyli wprowadzany blad. Wartosc szeregowego rezystora musi byc taka aby kondensator ukladu S/H dokladnie przyjal probke w czasie probkowania. Podzial szeregowej rezystancji miedzy dwa oporniki  wynika z rozwiazania zadania optymalizacji !  
3. Rownolegle do wejsciowego rezystora 249 Ohm dajemy diode Transil na napiecie 7.5V a sygnal podajemy szeregowym rezystorem do wejscia mikrokontrollera. Dioda Transil jest droga i to jest minus rozwiazania.

Zalozmy ze omawianym systemie ulegl uszkodzeniu sensor w petli 20mA lub nastapilo zwarcie miedzy przewodami. polaczeniowymi  Petla jest zasilana napieciem 24V. W ukladach 1 i 2 na rezystorze 249 Ohm bedzie napiecie troche mniejsze niz 24V i wydzieli sie w nim  moc 2.3 W i chca aby sytuacja mogla dlugo trwac rezystor musi byc mocy conajmniej 2W.  W ukladzie 3 musi zadzialac bezpiecznik lub prad petli musi ograniczyc zasilacz bowiem innaczej dioda Transil sie spali. Czyli do trzeciego rozwiazania dobrze pasuje bezpiecznik lub pozystor.
Program mikrokontrollera moze w sytuacji awaryjnej zalaczyc alarm lub wylaczyc zasilanie 24V dla petli.

Jesli sygnal jest duzo mniejszy ( na przyklad z termopary ) niz napiecie przewodzenia diod to do ochrony stosujemy dwie antyrownolegle polaczone diody.   

Trudniejsza jest ochrona wyjsc a to dlatego ze wartosc opornika szeregowego  ktory na wejsciu mogl byc stosunkowo duzy musi byc mala na wyjsciu. Niemniej opornik i diody lub dioda Zenera czesto sa wystarczajace. Gdy spodziewamy sie poteznego zaklocenia mozemy dac kaskade zabezpieczen Gamma. Wpierw rownolegly warystor i szeregowy opornik,  rownolegla dioda Zenera i znow szeregowy opornik do wyjscia.
W wielokanalowych ukladach z sensorami RTD, jak PT100 multiplexery analogowe CD4051 lub CD4067 pracuja jako demultiplexery podajace prad ze zrodla pradowego do wybranego sensora.
Zewnetrzne awaryjne prady zaklocajace w kazdym kanale odprowadzamy para diod 1N4001 do GND i specjalnego napiecia absorbera ( nie powinno to byc napiecie zasilania bowiem prad poteznego zaklocenia moze  bardzo podniesc napiecie Vdd  i zniszczyc caly system ) na ktorym napiecie jest wieksze niz normalne napiecie na wejsciach.  Prad awaryjny moze przerwac bezpieczniki lub uzyte jako bezpieczniki rezystory Flame Proof.

Tam gdzie sygnaly sa bardzo male i wymagany zabezpieczajacy duzy opornik szeregowy pogorszylby parametry szumowe czy dryftowe to mozna zastosowac  tranzystor JFet jako opornik (normalnie Rdson ) i zrodlo pradowe o pradzie Idss w modzie zakloceniowym. Popularny tranzystor BF245A ma ca Rdson=200 Ohm i Idss=4mA. Wytrzymuje napiecie ca 30V i do takiego poziomu z pewnocia uda sie juz zaklocenie ograniczyc innymi elementami na wejsciu

Praktycznie zawsze z zabezpieczeniem przepieciowym dajemy elementy tlumiace (kondensator ceramiczny i / lub miniaturowy dlawik ) zaklocenia radiowe RF.

Podane sposoby zabezpieczen sa stosowane takze do transeiverow komunikacji szeregowej RS422 i RS485. Jednak gdy dlugosc polaczen urzadzen przekracza kilkadziesiat / kilkaset metrow ( zaleznie od poziomu  zasmiecenia srodowiska zakloceniami ) nie pozostaje nic innego jak iziolacja galwaniczna  podsystemow transceiverow bowiem zaklocajace sygnaly wspolne sa za duze dla malej stopy bledow komunikacji.
Sygnaly izolowane sa szybkimi transoptorami 6N136 i 6N137.Konieczny jest tez izolowany zasilacz. Jak widac izolowane wyspy transceiverow sa drogie. 

Konkretne rozwiazania ochrony sa omowione w konkretnych urzadzeniach.



Archiwum - SENSORY 7

Archiwum - SENSORY 7
RTD
Czujniki rezystancyjne maja lepsza stabilnosc dlugoczasowa, sa znacznie dokladniejsze i lepiej zestandaryzowane niz termopary. Ich stala  czasowa conajmniej  kilka - kilkadziesiat sekund jest zupelnie satysfakcjonujaca do typowych obiektow regulacji.
RTD stosowane sa do zakresow temperatur mniejszych niz -200..850C. W typowych wykonaniach gorna temperatura wynosi jednak tylko 600C lub mniej.
Termopary sa tanie, znosza ekstremalne warunki, sa bardzo szybkie (pasmo kilkanascie a nawet w wykonaniu specjalnym paredziesiat Hz czyli juz  milisekundowe stale czasowe) i pokrywaja ekstremalnie zakres temperatur do 2300C i chwilowo wiekszej. Trwalosc ich jednak w ekstremalnych temperaturach jest dosc mala.
Zatem cechy charakterystyczne sensorow wyznaczaja pole ich zastosowan.

Wszystkie metale maja dodatni wspolczynniki rezystancji w funkcji temperatury. Im wiekszy i bardziej staly w funkcji temperatury  jest ten wspolczynnik tym lepiej.
Sensory z drucika miedzianego maja bardzo ograniczony zakres temperatury roboczej  do okolo 150C.
Sensory z drucika niklowego lub jego stopow rowniez toleruja ograniczona temperature maksymalna. Sa niestety nieliniowe i maja dryft dlugoczasowy.
Platyna toleruje dosc wysoka temperature robocza  i ma wyjatkowo dobra stabilnosc dlugoczasowa. Jako metal szlachetny platyna ma nawet pewna, ograniczona odpornosc na czynniki agresywne. Stad platynowe RTD dominuja i na nich skupimy uwage.

W automatyzacji obwodow cieplnych stosowano dotad nieomal wylacznie sensory PT100 i z tego powodu poswiecono im dalej wiecej uwagi. Zastosowanie jednak sensorow polprzewodnikowych w zakresie temperatur ponizej 150 C moze znacznie obnizyc koszt systemu w niczym nie pogarszajac jego niezawodnosci.

Dominuja sensory o nominalnej rezystancji w temperaturze 0C rownej 100 Ohm choc istnieja takze o wartosci 500 i 1000 Ohm.
Czujniki rezystancyjne sa przedmiotem narodowych i miedzynarodowych uregulowan normatywnych. Platynowe czujniki rezystancyjne sa dosc liniowe.
Dostepne sa tabele pokazujace rezystancje PT100 w duzym zakresie temperatur jak rowniez wielomiany az do 7 stopnia wlacznie sluzace do modelowania zachowania sensora  i odwrotnie, sluzace  do linearyzacji wynikow pomiarow. Zasadniczo nieliniowosc jest kwadratowa a w zakresie wyzszych rzedow poprawek dominuja te parzyste w temperaturze ponizej 0C.
Praktyczna uzytecznosc wysokiego stopnia wielomianow linearyzujacych  jest jednak znikoma
Liniowy skladnik czulosci najczesciej okreslany jest w normach na 0.385%/C. Powaznym odstepstwem sa normy japonskie z liczba 0.392%/C. NB. Taki wspolczynnik ma rzekomo  bardzo czysta platyna, ktora jednak w praktyce jest rzadko spotykana.  Platyna posiada 36 izotopów z ktorych 4 sa trwale i sa glowna czescia składu platyny. Mozliwe ze Japonczycy maja troche inna platyne niz zachod.
Czulosc 1mV/C ( pomijajac nieliniowosc ) uzyskujemy przy pradzie pomiarowym  ca 1/0.385= 2.6mA
Dygresja. Czulosc 2.1mV/C taka jaka ma dioda polprzewodnikowa uzyta jako sensor temperatury, przy malej gestosci pradu w zlaczu, sensor  PT100 uzyskuje przy pradzie 5.46mA co daje przy temperaturze 20C napiecie na PT100 rowne 588mV zblizone do napiecia na diodzie. Rzecz w tym ze odmienne sa znaki czulosci ! Jednak wymagania na wspolpracujaca elektronike sa podobne. 

Bardzo dobra zgodnosc modelu PT100 (lub PT500, 1000)  z rzeczywista PT100.. zapewnia ponizszy prosty wzor.
Rt = R0(1 + AT + BT2 + C(T-100)T3  ), T2 to kwadrat T...

A = 3.9083 E-3
B = -5.77 E-7
C = -4.18 E-12 ponizej 0C i zero powyzej 0C
Bledy nieliniowosci platynowej RTD szybko narastaja przy ujemnych temperaturach. Stosujac tylko poprawke kwadratowa  mozna uzyskac bardzo dobre rezultaty jesli nie wchodzimy w ujemne temperatury.

Napieciowa czulosc sensora RTD jest proporcjonalna do pradu przez niego plynacego co sklania do stosowania "duzych" pradow. Prad wywoluje jednak samonagrzewanie sensora proporcjonalne do kwadratu pradu i jego aktualnej opornosci, zaleznej od mierzonej temperatury,  wprowadzajac tym samym blady pomiaru. Dysponujac parametrem sensora Rthjc (per analogia z elementami polprzewodnikowymi) oraz  parametrami szumowymi i dryftowymi wspolpracujacego z sensorem wzmacniacza operacyjnego / instrumentalnego mozemy rozwiazujac rownanie kwadratowe bedace bilansem wprowadzanych bledow i okreslic optymalny prad dla pary sensora i wzmacniacza. Im lepszy wzmacniacz tym oczywiscie mniejszy optymalny prad sensora i mniejszy blad calosci. . Przy zastosowaniu bardzo dobrych wzmacniaczy i rezystorow  bledy mozna sprowadzic grubo ponizej tysiecznej czesci stopnia.
Sensory PT100 pracujace w dokladnej aparaturze pracuja z reguly z pradem ponizej 1mA. W automatyce przemyslowej ale takze morskiej i lotnicznej spotykane sa prady az do 10 mA.  Duze prady i duza czulosc sensora minimalizuja problemy z zakloceniami i zmniejszaja wymagania na ekranowanie laczacych  przewodow. Pamietac nalezy ze przewody sa zawodne ( drgania i wibracje od pracujacych maszyn, temperatura i wilgotnosc oraz czynniki korozyjne ). Przy dlugim okablowaniu element ceny kabla i jego dostepnosci oraz standardowosci i pracochlonnosci wykonania instalacji stanowi  czynnik z ktorym nalezy sie powaznie liczyc.
W instalacjach przemyslowych "duzy" prad jest bardzo porzadany bowiem powoduje samooczyszczanie zlacz, temat ten jest od dziesiatkow  lat znany z telekomunikacji. Duzy prad zwieksza jednak pobor mocy systemu i podnosi jego temperature co jest negatywem.
Wybor wielkosci tego pradu ma wiec nieoczekiwanie kapitalne znaczenie dla powodzenia calego przedsiewziecia. Oczekiwanie malych bledow przy malych pradach pomiarowych moze w typowych otwartych warunkach srodowiskowych lub brudnych warunkach przemyslowych byc marzeniem scietej glowy lub  zwyklym chciejstwem. Do realiow i porzadku przywolaja nas bowiem utleniajace sie i sniedziejace polaczenia.
Zaklocenia sa szczegolnie niebezpieczne w ukladach cyfrowych z powodu wlasnosci procesow probkowania i aliasingu. Totez sygnal zawsze przed podaniem do probkujacego przetwornika A/D nalezy odfiltrowac lub stosowac przetwornik z podwojnym calkowaniem ktory ma wlasnosci filtrujace lub stosowac oversampling i decymacje-filtracje programowa.
Wzglednie mala wrazliwosc regulatorow analogowych na zaklocenia jest takze powodem nieudanych prob modernizacji ukladow regulacji we wczesnej  technologii cyfrowej kiedy okazuje sie konieczne wykonanie calego okablowania wysokiej jakosci kablami ekranowanymi ktore w dodatku musza z daleka omijac kable do organow wykonawczych i kable zasilajace

Problem z wyborem pradu bierze sie z prozaicznego braku w dokumentacjach sensorow RTD parametru Rthjc (per analogia do tranzystora ) !  Jak wynika z pomiarow autora parametr ten wynosi 0.2 - 0.6 C/mW.
 Mniejsze wartosci dotycza standardowych wykonan czujnikow. Duza opornosc temperaturowa maja sensory miniaturowe.
Pomiar tego parametru jest nieoczekiwanie latwy. Zestawiamy ze stabilnych rezystorow mostek pomiarowy z PT100 zasilany z regulowanego zasilacza. Mostek rownowazymy dla aktualnej temperatury otoczenia dokladna dekada rezystorowa przy "malym" napieciu zasilajacym a do jego wyjscia dolaczamy dokladny miernik DVM, rejestrator lub oscyloskop.  Przy skokowym powiekszeniu lub podaniu  napiecia zasilajacego obserwujemy odpowiedz dynamiczna proporcjonalna do trzeciej potegi napiecia zasilania ze stala czasowa sensora. Trzecia potega wynika z tego ze czulosc sensora jest proporcjonalna do napiecia zasilajacego a moc wydzielana w sensorze dodatkowo do kwadratu napiecia , czyli w przyblizeniu pradu sensora.
Dla sensora o Rthjc 0.2 C/mW prad pomiarowy  1mA w temperaturze 0C powoduje samonagrzewanie o 0.02C i wieksze przy wyzszych temperaturach.
Prad 10mA da samonagrzanie tego sensora o 2C ktore wydaje sie juz malo akceptowalne w warunkach przemyslowych.  Jednak miniaturowy sensor PT100 da przy pradzie 10mA astronomiczny statyczny  blad 6C.  
Niestety zawsze powstaja napiecia termoelektryczne i to jest kolejny argument za "duzym" pradem pomiarowym aby minimalizowac ten efekt. W systemach wielokanalowych sensor RTD moze byc zasilany tylko przez czesc cyklu i z tego wzgledu prad moze byc wiekszy. Gdy stosujemy przetwornik A/D z podwojnym calkowanie bez dodatkowego wzmacniacza przed nim ( jak ICL7109 ) prad do sensora moze byc podany tylko w czasie trwania calkowania sygnalu wejciowego a nie przez caly czas szczeliny czasowej na dany sensor.
W przypadku probkujacych przetwornikow A/D mimo stosowania duzych impulsowych pradow pomiarowych instalacja do sensorow kablami ekranowanymi musi byc i tak wykonana bardzo starannie.





Stosowane sa do RTD  uklady pomiarowe 2, 3 i 4  przewodowe. IA to wzmacniacz instrumentalny zas OPA wzmacniacz operacyjny.
W ukladzie dwuprzewodowym A rezystancja przewodow polaczeniowych Rw ( przewod to angielsku wire ) daje duzy blad offsetu i z reguly duzo mniejszy  blad wzmocnienia zaleznie od ilorazu rezystancji sensora do R. Przy zasilaniu sensora "zrodlem pradowym" blad wzmocnienia jest zerowy. Uwaga ta dotyczy takze ukladu troj i czteroprzewodowego. Uklad dwuprzewodowy mozna stosowac gdy przewody od sensora sa krotkie i maja duzy przekroj.
Uklad czteroprzewodowy B to po prostu przylaczenie Kelvina. W systemie wielokanalowym multiplexer podaje prad ze zrodla do wybranego sensora a roznicowe napiecie z sensora do wzmacniacza instrumentalnego podaja dwa multiplexery lub multiplexer podwojny.
Uklad trojprzewodowy C ( i F ) co do idei wystepuje w dwoch odmianach.  Uklad jednokanalowy jest prosty. W blizszym praktyce ukladzie D rezystor mostka - offsetu  "100" daje zerowe wyjscie dla temperatury 0C. Oczywiscie punkt zerowy moze byc dowolnie wybrany. Rezystor Rn odpowiada za wzmocnienie a rezystor Rp za zniwelowanie skonczonej wartosci rezystorow R a dalej za linearyzacje kwadratowa. Oczywiscie dodatnie sprzezenie zwrotne przez ten rezystor jest bardzo slabe.
 Uklad trojprzewodowy wielokanalowy jest bardziej zlozony niz 4 przewodowy. Z reguly dla kazdego kanalu sa stosowane trzy precyzyjne rezystory mostka (sensory sa ciagle zasilane ) lub podawane sa impulsowo multiplexerami kanalowymi dwa identyczne prady ze zrodel  i mierzone jest napiecie wzmacniaczem instrumentalnym.
W drugiej odmianie trojprzewodowej F dolaczenie sensora  jest odwrocone. Charakterytyczne jest uzycie wzmacniacza operacyjnego z dwoma identycznymi rezystorami w konfiguracji gdzie wzmocnienie od wejscia plus wynosi dwa a od wejscia minus -1. Dopiero dalej nastepuje wmocnienie i odjecie offsetu. Zaleta ukladu jest jeden rezystor R lub jedno zrodlo pradowe co ma duze  znaczenie w ukladach wielokanalowych.  

Stosowane rozwiazania omowiono na przykladzie konkretnych urzadzen.

Zasilenie sensora poprzez rezystor R zamiast ze zrodla pradowego wprowadza dodatkowo calkiem spora nieliniowosc.  Tym wieksza im przy danym pradzie jest mniejsze napiecie zasilajace i mniejsza wartosc rezystora.
Regula jest istnienie w systemie zrodla napiecia odniesienia z ktorego korzysta takze przetwornik A/D (przy pomiarze ratiometrycznym zrodlo odniesienia nie musi byc super stabilne) z ktorego dopiero wytworzylibysmy prad dla sensora w zrodle pradowym. Zrodlo takie to niechciany  koszt i dodatkowe bledy. Zrodlo napiecia nie musi byc super stabilne  jako ze bedzie to system ratiometryczny poniewaz przetwornik A/D korzysta z tego samego napiecia odniesienia.
W dojrzalych seryjnie  wytwarzanych systemach pracujacych z pojedyncza PT100  nie sa spotykane zadne zrodla pradowe. Stosowany jest zaledwie jeden dodatkowy rezystor Rp  ktory efektem dodatniego sprzezenia zwrotnego daje efekt identyczny jak przy zasilaniu sensora ze zrodla pradowego a nawet o ujemnej dynamicznie rezystancji dokonujacej linearyzacji kwadratowej.
W zrozumieniu dzialania ukladu bardzo pomocna jest analiza zrodla pradowego wykonanego na wzmacniaczu operacyjnym, tak zwany "Howland Connection", przytoczona na stronach 256-262 "Analog Integrated Circuit", M.Herpy, Budapest 1980. W tym zrodle gdzie stosowany jest wzmacniacz roznicowy kluczowe jest wlasnie dodatnie sprzezenie zwrotne.
Niech zrodlo pradowe ma roznicowe wejscie napieciowe . Zalozmy uzycie idealnych rezystorow . Opornik miedzy wyjsciem OPA a wyjsciem zrodla to R5.  Niech oporniki o wartosci R1 ida z wejsc do wejsc OPA. Opornik a*R1 idzie z wyjscia zrodla do wejscia dodatniego OPA a opornik o wartosci a*R1+R5 z wyjscia OPA do wejscia ujemnego OPA. Rezystancja zrodla pradowego jest nieskonczona podobnie jak nieskonczenie wielkie jest CMRR wzmacniacza roznicowego z idealnymi rezystorami, ktore przeciez nie istnieja. Potrzebna jest analiza wrazliwosci. Niech rzeczywiste oporniki maja tolerancje k i jedna para niech ma odchylke z dodatnim k a druga ujemna. Niech R5 bedzie mniejszy od pozostalych rezystorow,
Wowczas rezystancja wyjsciowa zrodla pradowego wynosi
Ros= R5* (1+a)/ ( 4 * a * k) 
Jaki z tego algorytmiczny wniosek dla projektowania  - Dla danego maksymalnego pradu wyjsciowego i napiecia wyjsciowego zrodla i napiecia wyjsciowego wzmacniacza wyznaczamy najwieksza wartosc R5.
Parametr "a" sam wynika z maksymalnego napiecia wejsciowego i pradu wyjsciowego. Zatem z pustego i Solomon nie naleje. Potrzebne jest jak najwieksze napiecie zasilania OPA i z nim opornosc wyjsciowa zrodla rosnie circa kwadratowo.
Powinno byc wystarczajace  stosowanie tanich rezystorow o tolerancji 0.1-1%  

Po zmniejszeniu wartosci rezystora idacego do wejscia plus OPA z wyjscia  ponizej wartosci dajacej "idealne zrodlo pradowe" uzyskujemy ujemna rezystancje wyjsciowa i w przyblizeniu kwadratowa linearyzacje nieliniowosci  samej PT100 !

Aproxymacja jest jak wiadomo dzialem matematyki i mowiac o linearyzacji czyli tutaj wlasnie probie aproxymacji charakterystyki liniowej warto stosowac precyzyjna terminologie / siatke pojeciowa aby nie wywazac otwartych drzwi i nie zejsc na jalowe manowce.
Dokladne i zrozumiale  rozwiniecie tego watku wymagaloby kilkudziesieciu stron wywodu.  Linearyzacje PT100 mozna probowac wykonac z Czebyszewowskim bledem rownomiernie falistym w przedziale aproksymacji. Aparat  Czebyschewa jest poteznym narzedziem dla takich zadan.
 Na stronach 1039-1040 w "Matematyka. Poradnik inzyniera", Warszawa 1971, podano w przystepny sposob twierdzenie  Czebyszewa - Remeza do aproxymacji w punktach dyskretnych.
Pozwala ono znikomym wrecz nakladem obliczeniowym rozwiazywac bardzo trudne problemy i to nie metodami ortodoksyjnymi.
Twierdzenie to miedzy innymi pozwolilo wykonac profesorom MIT / Bell Laboratories Parksowi i McLelanowi znakomity program do projektowania filtrow FIR.
Przykladowo. Chcemy uzyskac rownomiernie falisty blad aproksymacji dla sensora PT100 w zakresie 0-250C stosujac ujemna opornosc zrodla pradowego  i wspomniany rezystor. Maksima falistego bledu otrzymujemy dla temperatury ca 50 i 200 stopni. Przy temperaturze 50C blad wynosi -0.02C a przy 200C wynosi 0.02C.  Widac ze uzyskane rezultaty sa wysmienite.
Im wiekszy zakres temperatur ( przy narzuconym sposobie linearyzacji w tym wypadku kwadratowej ) w ktorej chcemy uzyskac Czebyszewowski rownomiernie falisty blad  tym oczywiscie wiekszy bedzie ten blad.  W zakresie 0-400C ( bez linearyzacji blad wynosi ponad 3C ) blad nieidealnej linearyzacji kwadratowej wynosi tylko 0.1%. W realizacjach przemyslowych rzadko potrzebne sa tak duze dokladnosci. W przemysle polprzewodnikowym z uwagi na powtarzalnosc wynikow stosuje sie pomiary o duzej dokladnosci.

Koncerny takie jak Burr-Brown czy Analog Devices produkujace game precyzyjnych ukladow analogowych oraz przetwornikow A/D i D/A produkuja tez karty interface do mikrokomputerow pozwalajace na wspolprace z termoparami, RTD PT100 oraz z petla pradowa 0/4-20 mA lub sygnalem napieciowym. Roznicowych wejsc jest typowo 8 lub 16. W kartach stosowane sa aproxymujace przetworniki A/D poprzedzone ukladem Sample-Hold.  Lepsze i drozsze karty  maja programowalny ( przelaczany przez program ) wzmacniacz instrumentalny i kazde roznicowe wejscie moze pracowac z innym sensorem lub sygnalem. Niszczac zalaczonym wiertlem w recznej obsadce przelotki na PCB (Drilling Out Plated Through Holes ) czyli polaczenia ustala sie konfiguracje wejsc.  Regula jest tylko prymitywna wspolpraca dwuprzewodowa z sensorami PT100 i raczej z duzymi pradami pomiarowymi. Podane sa w asemblerze proste funkcje  do wspolpracy z kartami. Standardem jest rozdzielczosc 12 bitowa ale karty 8 bitowe sa znacznie tansze.
Karty sa jednak bardzo drogie. Burr-Brown oferuje karty do mikrokomputerow  Intel, Motorola, Zilog, Rockwell i National. Analog Devices. Module Subsystems, 1982 zawiera karty A/D i D/A do mikrokomputerow Intel , Motorola DEC, Texas Instruments.
  Karty oprocz multiplexerow analogowych CMOS, wzmacniacza instrumentalnego oraz przetwornika A/D zawieraja bufory szyn oraz sterujaca logike TTL ( 4-6 ukladow ). Spotyka sie tez karty analogowych wejsc i wyjsc oraz karty wejsc i wyjsc binarnych.
Koncerny projektujace i produkujace automatyke chetnie sie na takich kartach wzoruja.



Na schemacie pokazano obwod wejsciowy systemu pomiaru w ukladzie do 16 termopar i do systemu trojprzewodowego z szesnastoma sensorami PT100. Jest on stosowany w procesowym komputerze peryferyjnym. Dokladniej rzecz biorac pokazano system wejsciowy o roznicowych wejsciach, ktory jest stosowany do termopar a z dodatkowymi niepokazanymi  rezystorami mostkow do PT100. Oczywiscie rozne dla roznych sensorow  jest ustalane rezystorem wzmocnienie wzmacniacza instrumentalnego W przypadku sensorow PT100 ujemne wejscia roznicowe nie sa polaczone z M jak pokazano na rysunku a ida do galezi mostkow z rezystorem 100 Ohm i dwoma 1.5K.
Prad pomiarowy kazdej RTD wynosi przy temperaturze 0C circa 5mA. Zatem przy zasilaniu mostkow napieciem 8V gorne rezystory (nie pokazane na schemacie ) mostkow pomiarowych wynosza 1.5K. Dolny rezystor mostka 100 Ohm odpowiada temperaturze 0C. Sa to rezystory precyzyjne wysokiej klasy. Wartosc rezystorow 1.5K na tle rezystancji polaczen rzedu, maksymalnie pojedynczych omow wyznacza blad pomiaru wynikajacy z dlugosci polaczen pomiaru. Jest to blad II rzedu. Jesli dany jest  w mostku dolny rezystor 100 Ohm to zakres pomiaru dochodzi do 0C ale go nie obejmuje -  przy zalozeniu unipolarnosci sygnalu wyjsciowego dla przetwornika A/D. 
Roznicowe sygnaly wyjsciowe z mostkow pomiarowych dwoma multiplexerami DG507B ( dual 8-channel differential analog multiplexer  ) podane sa do wzmacniacza instrumentalnego zbudowanego na dwoch wzmacniaczach operacyjnych typu OP07 i dalej do przetwornika A/D lub typu 8701 firmy Teledyne. Rownolegle wyjscie przetwornika A/D steruje transoptory z uwagi na stsowana  izolacje podsytemu wejsc. Takze sygnaly sterujace sa optoizolowane

Powaznym problemem w takim systemie jest ochrona dosc delikatnych ukladow CMOS multiplexerow. Sluza temu diody wejsciowe i bezpieczniki. a takze szeregowe rezystory, ktore sa najlepszym zabezpieczeniem ale powiekszaja szumy pomiaru w zwiazku z czym konieczny jest kompromisowy wybor ich wartosci.  Z pomoca dodatkowych kluczy S1 i S2 diodami podawane jest takze hurtowo napiecie testowe sluzace do zgrubnej diagnostyki sprawnosci systemu. Poniewaz do przetwornika A/D podano jako napiecie odniesienia czesc napiecie 8V z regulatora 7808 z radiatorkiem,  zasilajace mostki , to calosc pracuje jako system ratiometryczny i nie jest wymagana super stabilizacja tego napiecia.
Mankamentem systemu jest uzycie dla kazdego z 16 kanalow trzech precyzyjnych i bardzo drogich rezystorow czyli w jednej galezi mostka 1.5k oraz 1.5k i 100 Ohm w drugiej galezi i ciagle zasilanie pradem 5 mA kazdego sensora PT100 plus prad 5mA do trzeciego przewodu czyli 10mA na jeden sensor. 
 
Autor wykonal system na 8 ( ale mozliwa rozbudowa do 16 ) sensorow PT100 z podwojnie calkujacym przetwornikiem A/D ICL7109 a dokladniej jego odpowiednikiem TSC7109. Z uwagi na "duzy" impulsowy prad pomiarowy oraz roznicowe wejscie przetwornika A/D zbedny jest wzmacniacz instrumentalny !
"Wolny" podwojnie calkujacy przetwornik A/D ktorego okres calkowania jest rowny okresowi (lub okresom) zaklocajacego sieciowego napiecia zasilajacego bardzo dobrze tlumi zaklocenia i system pracuje doskonale  z 13 bitowa dokladnoscia. Polecany minimalny zakres pomiarowy przetwornika ICL7109 wynoszacy  +/-400mV mozna odrobine zmniejszyc (patrz na wzory do obliczania wartosci elementow RC) ale przy znacznym zmniejszeniu pojawia sie dodatkowy blad i szum.     
System pracujacy z przetwornikiem ICL7109 wspolpracuje z mikrokomputerem Spectrum  omowiono osobno.
O ile ochrona "napieciowych " multiplexerow CMOS 4051 szeregowymi opornikami jest latwa to ochrona multipleksera CD4051 ktory podaje prad ze zrodla pradowego jest nie lada wyzwaniem. Z uwagi na prad wartosc rezystora szeregowego musi byc bardzo mala.
Ochrona ukladow CMOS jest osobnym, ciekawym tematem.

Przy uzyciu przetwornikow calkujacych nastepuje  w sytuacjach awaryjnych propagowanie bledow miedzy kanalami . Gdy na  przyklad w kanale n uszkodzone sa przewody od sensora co powoduje potezne przesterowanie integratora  i faza deintegracji jest za krotka to zaklocony jest pomiar w kanale n+1.  Najgorsza jest sytuacja w ukladach z funkcja Auto - Zero.
Autor znalazl rozwiazanie problemu dla przetwornika A/D typu ICL7109. 

Szechterowa gadzinowska dogorywa

Szechterowa gadzinowska dogorywa

Niewiele dala ratunkowa finansowa kroplowka od finansowego grandziarza Sorosa.  Dzis borykajaca sie z klopotami finansowymi Agora zamknela dedykowany mlodym kobietom Foch.pl
Mlodzi wyksztalceni z wielkich miast stracili opiniotworczego focha. Nie beda teraz wiedzieli co maja myslec !
Agora bez pardonu zwolnila dwie panie ktore caloetatowo pracowaly dla focha.

Obecnie szowinistyczny zarząd Agory SA ( czterech facetow ) jak i naczelna redakcja Wyborczej ( czterech facetow ) to meskie szowinistyczne swinie. Kolejna Mafina powinna napietnowac szowinistow ! KOD-omici sa oburzeni i organizuja milionowa manifestacje  w obronie focha i zagrozonej wolnosci slowa.

Cytat - "Decyzją wydawcy nasz serwis przestaje istnieć. Stworzyłyśmy dobre i niezwykłe miejsce w polskim internecie. I umiemy to zrobić jeszcze raz od nowa.
Kochani Foszanie!

Stanowisko AGORY:
Foch.pl to ambitny produkt, wyraźnie wyróżniający się na rynku. Decyzja o jego zamknięciu podyktowana była kwestiami biznesowymi. Tego typu decyzje są naturalnym elementem zarządzania biznesem, które pozwalają dalej rozwijać się i inwestować w rozwój.   "

Foch był tym wszystkim, czym prawdziwa kobieta być powinna. Miał osobowość, charakter i temperament. Był świadomy, inteligentny i cyniczny, co nie przeszkadzało mu mieć wielkie serce. Zawsze miał swoje zdanie, nazywał rzeczy po imieniu, nie ulegał poprawności politycznej, jednak potrafił słuchać innych i dawał im przestrzeń. Na pewno nie tylko ja będę tęsknić i mam nadzieję, że już niedługo duch Foszka (udzieliły mi się chyba te ŚDM) reinkarnuje w inne ciało."

środa, 3 sierpnia 2016

O CMOS mysli kilka (1987)

O CMOS mysli kilka (1987)

Publikacja Dataquest zawiera ogrom ciekawych informacji o nowych  firmach polprzewodnikowych.
- Najmniejsza firemka zajmujaca sie projektowaniem ukladow scalonych ma 11 osob.  Male firmy pracuja na potrzeby duzych firm i gigantow, ktore sa ostoja organizujaca caly system gospodarczy. Tylko 5-10% nowo zalozonych firm upada.
- Firma stuosobowa ma calkiem niemala oferte produktow
- Najmniejsza firma ktora ma juz wlasna linie produkcyjna ma około ... 50 pracownikow
- Czesc nowych firm jest tylko wydzielona z duzych firmy lub jest nowa spolka kilku koncernow zadaniowana na okreslony temat
- Nieomal wszystkie firmy powstale po 1980 roku uzywaja lub maja tylko technologie CMOS !
- Zarzad i kluczowi pracownicy nowej firmy to osoby ktore odeszly z koncernow polprzewodnikowych
- Kapital wnosza udzialowcy lub fundusze lub jest pozyczony od bankow lub pozyskany z gieldy
- Firmy zawieraja sporo umow o wymiane, o wspolprace na nowe opracowania czy tez nazywajac rzecz po imieniu licencjonowanie produktow
- Licencje sa tanie. Hyundai w 1984 kupuje od Inmos technologie na pamieci DRAM 256K za 6 milionow dolarow
- Za 6 mln dolarow ( zrzutka roznych funduszy ) zalozono w 1980 roku firme IDT , Integrated Device Techlology, ktora zatrudnia obecnie okolo 1100 osob.  Z Initial Public Offer czyli z debiutu gieldowego firma otrzymala 16 mln a z Second Public Offer 37 mln dolarow.  Kluczowe osoby sa z koncernow AMD, HP, Zilog, WD, Sperry. Produkuje w technologi 1.2 um rozne pamieci, takze bardzo szybkie,  mikroprocesory, DSP, bardzo szybkie przetworniki DAC i ADC oraz rozne uklady peryferyjne, pomocnicze i logiczne.  Wlasnie (1987) zawarla umowe na produkcje calej lini  32 bitowych procesorow  MIPS, takze ze zmiennym przecinkiem
- Rzad Tajwanu w 1979 roku za 12 mln dolarow powolal do zycia firme United Microelectronic Corp. Z pozniejszej  IPO firma otrzymala 7.5mln.Firma ma technologie CMOS 1.2 um i starsze 2,3 i 5 um. Firma produkuje wlasne IC, ma fajna oferte,  ale takze produkuje na zlecenia firm krajowych i z calego swiata.

Wnioski
- Kluczem sa raczej ludzie a nie kapital finansowy.  Zalozyciele nowych firm pracujac wczesniej dla koncernow siedza w technologi tematu i doskonale wiedza jak dziala branza i jak zbudowac nowa firme. Jest wysoce prawdopodobne ze  kluczowe osoby tajwanskiej UMC pracowaly w USA  w firmach mikroelektronicznych
- Wraz z ludzmi miedzy wszelkimi firmami przeplywa wiedza i pomysly
- Z tego punktu widzenia perspektywy dla polskiej technologi CMOS sa jak najgorsze bowiem jestesmy odcieci od swiata
- Koszy zalozenia firmy mikroelektonicznej rosna i coraz trudniej bedzie wsiasc do odjezdzajacego pociagu

Mimo iz tranzystor przewodnosci P jest conajmniej dwukrotnie wolniejszy od tranzystora N to technologia CMOS wydaje sie perspektywiczna zarowno do wszelkich celow cyfrowych a takze analogowych.
W technologi CMOS juz da sie wykonac nieomal wszystko. Jest ona bardzo uniwersalna.  Doskonale nadaje sie do procesorow, pamieci i mikrokontrollerow a takze ukladow peryferyjnych komputerow. Dla produkcji duzej ale niemasowej wyborne sa jako "tworzywo" Gate Array wspomozone systemem projektowania i bibliotekami.
W projektowaniu logiki CMOS wykorzystuje sie specyficzne mozliwosci jakie daja tranzystory CMOS. Pozwala to zmniejszyc ilosc tranzystorow i powiekszyc szybkosc pracy w stosunku do projektu z  ortodoksyjnymi bramkami.
Na schemacie pokazano 18 tranzystorowy CMOS-owy uklad Carry Look Ahead stosowany w procesorach firmy Hewlett Packard ( HP Journal , April 1977 ), ktory w stosunku do konwencjonalnie zaprojektowanego w oparciu o bramki CMOS ( 36 tranzystorow ) ma tylko polowe tranzystorow i jest przy tym szybszy.
NB Temat przeniesien jest dobrze znany. Uklad przeniesien nie powinien limitowac czestotliwosci taktowania procesora.
Dosc oszczednie daje sie tez wykonac jesli chodzi o powierzchnie ukladu i ilosc tranzystorow kombinatoryczne uklady mnozace w jednym cyklu zegarowym

 Ale uklady CMOS rownie dobrze nadaja sie tez do celow liniowych.

Wzmacniacze operacyjne  BiMOS CA3130 i 3140  firma RCA produkuje od pierwszej polowy lat siedemdziesiatych. Uklad 3130 ma stopien wejsciowy P-MOS, stopien napieciowy na tranzystorze bipolarnym i prymitywny komplementarny wyjsciowy stopien CMOS, ktory jest slabym punktem ukladu.Pobiera on prad szybko rosnacy z napieciem zasilania i nieliniowy w funkcji napiecia wyjsciowego. Uklad 3140 nie ma tych wad z bipolarnym stopniem wyjsciowym. Ale znane sa tez dobre stopnie wyjsciowe na tranzystorach CMOS, ktore maja bardzo szeroki zakres napiec wyjsciowych - bez obciazenia rowny napieciu zasilania.
Podstawowa wada tranzystorow MOS w zastosowaniu liniowym jest bardzo wysoka czestotliwosc (nawet 1 kHz ) ponizej ktorej zaczynaja dominowac szumy 1/f. Dla ukladu CA3140 przy czestotliwosci 10kHz widmowa gestosc napiecia szumow wynosi 12 nV/ pHz. Jest mala i mniejsza niz dla czesci ukladow bipolarnych. Ale w pasmie 0.1-10Hz napiecie szumow wynosi az ponad 10 uVpp.

Firma Intersil w 1977 roku wypuscila wykonane w technologi CMOS znakomite uklady przetwornikow A/D ICL7106 i 7107 bezposrednio sterujace wyswietlacze LED lub LCD miernika cyfrowego.  Na rynku sa male i tanie DVM zasilane bateryjka 6F25. W ukladach zastosowano idee autozerowania.
W 1979 roku Intersil wypuscil wykonany w technolgi CMOS wzmacniacz ICL7650 z autozerowaniem choc nazwano go "Chopper Stabilised" aby latwiej trafic do wyobrazni projektantow. Napiecie niezrownowazenia wejscia  jest rzedu 1 uV a dryft rzedu 0.02uV/C ! Wprost niewiarygodne. Prad polaryzacji wejsc wynosi ca 5 pA i dosc wolno rosnie z temperatura. Napiecie szumow w pasmie do 10Hz wynosi 2 uVpp. Uklad w obudowie DIP8 ma generator taktujacy 250Hz a uklad w obudowie DIP14 moze byc taktowany zewnetrznie. Powyzej czestotliwosci taktowania 300-400 Hz zaczyna wzrastac napiecie niezrownowazenia ale jednoczesnie spada napiecie niskoczestotliwosciowych szumow.  
Bardzo mocno ograniczono szkodliwe zjawisko intermodulacji wystepujace w klasycznych ukladach chopperowych, ktore dodatkowo mogly pracowac tylko w konfiguracji odwracajcej.
Nie wiadomo dokladnie w jaki sposb udalo sie zminimalizowac przeciek sygnalu taktujacego klucze na wejsciu ukladu.
Uklad ma  wzmacniacz glowny MAIN a wzmacniacz NULL sluzy do zerowania glownego i ktory sam sie zeruje.
Pokazany na schemacie roznicowy stopien wejsciowy ukladu ICL7650 ma trzy wejscia i podwojne lustro pradowe z podwojnym sterowaniem jako obciazenie.  
Tranzystor Mosfet ma tez tylna bramke ktora normalnie jest polaczona ze zrodlem ale tutaj je wykorzystano co spowodowalo wielkie uproszczenie ukladu.
NB. Dajac dwa uklady wzmacniaczy NULL pracujace w przeciwfazie intermodulacje, kosztem niewielkiej komplikacji, mozna zmniejszyc prawie do zera !  

Przy coraz wiekszej rozdzielczosci powstaja ciekawe zagadnienia. Pole jednego pada przylaczeniowego na powierzchni ukladu nie moze byc bez konca zmniejszane i bedzie ekwiwalentne coraz wiekszej ilosci scalonych tranzystorow.  Jeden pin obudowy tez ma swoja cene. Zalozmy ze system ma wspolpracowac z kwadraturowym incrementalnym sensorem kata. Jesli sensor bedzie obslugiwany systemem licznikow to dolaczenie do rownoleglego busa procesora zajmie duzo pinow i miejsca na PCB. Tymczasem w mikrokontrollerze potrzeba dodac, liczniki ktore sa dosc proste i tylko 3 pady. 
Jest nieomal oczywisce ze mikrokontrollery zostana wyposazone w mnostwo interfejsow, ktore potrzebuja malo padow.   
Wszelkie uklady interface nie wbudowane do mikrokontrollera beda zas mialy interface szeregowy do komunikacji.

wtorek, 2 sierpnia 2016

Emerytury 4

Emerytury 4

 Demokracja rzadzi sie swoimi prawami. Rzady nie powinny dzialac wbrew woli i opini obywateli nawet jesli maja obiektywna racje i kieruja sie dobra wola. Dziwna jest sytuacja gdy rzad lojalnie dzialajac w interesie obywateli traci poparcie i popularnosc i w nastepnych wyborach moga wygrac populisci i szkodnicy.
Rzad zamierzajacy przeprowadzic potrzebne czy niezbedne  reformy powinien w ograniczonym zakresie prowadzic konsekwentna, dlugotrwala edukacje spoleczenstwa tak aby moglo ono wypracowac sobie racjonalne stanowisko. Edukacja bazuje na prawdzie i prawdziwych danych.
Przeciwienstwem edukacji jest oglupianie czy umyslne wprowadzanie spoleczenstwa w blad przez antyrozwojowe, pasozytnicze grupy specjalnych interesow. 
Arcyfalszywa kampania reklamowa wokol OFE powinna sie chyba doczekac takze rozliczenia prawnokarnego.  Wszak skladano falszywe obietnice majac bardzo zle intencje. Tak postepuje tylko oszust.
Znane jest stanowisko Polakow co do emerytur.
https://www.obserwatorfinansowy.pl/forma/rotator/jakiej-polski-chca-polacy/

"Od kiedy CBOS pyta Polaków o wiek emerytalny – około czterech piątych Polaków była przeciwko jego podwyższeniu, a potem za jego obniżeniem. 44 proc. Polaków uważa, że ta reforma będzie niekorzystna dla polskiej gospodarki, ale trzy czwarte widzi korzyści społeczne takiej zmiany, w tym 56 proc. widzi osobiste korzyści z takiej reformy. Warto podkreślić, że pomysł popiera większość wyborców Nowoczesnej i PO (po 53 proc.) oraz prawie wszyscy wyborcy PiS i Kukiz’15 (odpowiednio 94 i 91 proc.). Najniższe poparcie jest wśród mieszkańców dużych miast (56 proc.) i najzamożniejszych (61 proc.).

11 lat temu Polacy uważali w większości (60-70 proc.), że kobiety powinny móc przechodzić na emeryturę w wieku 55-60 lat, a mężczyźni w wieku 60-65 lat. Co ciekawe, jeszcze w 1995 r. 74 proc. Polaków uważało, że świadczenie emerytalne powinno zależeć od zarobków i stażu pracy danej osoby – to nie zmieniło się do dziś. ...

Rządzący nie słuchają jednak Polaków dokładnie. W 2012 r. w momencie wprowadzania reformy podwyższającej wiek emerytalny, mając do wyboru czynnik, o którego powinno zależeć nabycie prawa do emerytury Polacy odpowiadali, że przede wszystkim od stażu pracy (75 proc.), dopiero w drugiej kolejności od wieku (42 proc.), wykonywanego zawodu (27 proc.) i wielkości wypracowanego świadczenia emerytalnego (22 proc.). Zaledwie (aż?) 10 proc. uważało, że wysokość świadczenia powinna zależeć od płci.

Polacy nie są też zwolennikami systemu emerytur obywatelskich (inaczej zwanych kanadyjskimi), w którym państwo gwarantuje każdemu tylko minimalne świadczenie. 32 proc. Polaków popierałoby taki system, ale 56 proc. jest mu przeciwna.
Koniec preferencji

Polacy są przekonani także do zmian, których nie chcą ruszyć politycy od wielu lat. Według 82 proc. respondentów rolnicy, tak jak inne grupy zawodowe, powinni płacić składki emerytalne odpowiadające ich dochodom. Co ciekawe, do takiej zmiany przekonane było także 72 proc. respondentów, którzy byli w KRUS.

58 proc. Polaków uważa, że służby mundurowe powinny być w powszechnym systemie emerytalnym, choć ich świadczenie mogłoby być korzystniejsze lub wiek emerytalny niższy ze względu na charakter wykonywanego zawodu. Tylko 38 proc. Polaków uważa, że żołnierze powinni bezwarunkowo mieć inne świadczenia emerytalne niż reszta społeczeństwa.

Inaczej jest z górnikami – 62 proc. Polaków uważa, że powinni oni otrzymywać świadczenia emerytalne na innych zasadach od reszty. "

Tak wiec planujac nowe rozdanie w systemie emerytalnym trzeba albo doedeukowac spoleczenstwo w sprawie kopaln i gornikow albo jednak pozostawic ich ograniczone przywileje.  

Polacy lubią powszechne świadczenia pieniężne i dlatego program rodzina 500+ przysporzy rzadowi popularnosci i wyborcow.  Rodzice dostaja zwrot czesci zaplaconego podatku.

poniedziałek, 1 sierpnia 2016

Archiwum - SENSORY 6

Archiwum - SENSORY 6
Anemometer
Miniaturowa zarowka znajduje w elektronice rozne zastosowania.  Wolfram z ktorego zrobione jest wlokno zarowki ma, tak jak kazdy metal, dodatni wspolczynnik temperaturowy.
Zaroweczka sluzy jako element elektro - termicznej petli sprzezenia zwrotnego stabilizujacej amplitude drgania sinusoidalnego w generatorze RC z mostkiem Wiena.
Zaroweczka sluzy do kompensacji temperaturowej wzmocnienia wzmacniacza logarytmujacego na parze tranzystorow bipolarnych czy innego parametru gdziekolwiek.
Moze byc sensorem temperatury.

Temperatura wlokna zarowki przy napieciu nominalnym jest wieksza dla zarowek wiekszej mocy i na mniejsze napiecia. Po prostu grubszy drut zarnika  jest bardziej wytrzymaly mechanicznie i toleruje wyzsza temperature. Zimna zarowka ma ponad 10 razy nizsza opornosc niz nominalnie.

Szklana banieczke zarowki mozna usunac i zastosowac zarowke bez banki do aneomometru.
Schemat powyzej pochodzi od firmy Linear Technology. Wzmacniacz operacyjny A1 ( jako regulator calkujacy z kondensatorem 0.1uF ) wraz z tranzystorowym wtornikiem Q1 zasila mostek z zarowka i opornikami. Uklad jest stabilny tylko przy dodatnim napieciu zasilajacym mostek i stad uzycie diody 1N4148 na wyjsciu wzmacniacza oraz opornika 2k rownolegle do E-C tranzystora.
Bez tych elementow chimeryczny start zalezy od znaku napiecia niezrownowazenia wzmacniacza.
Amerykanska zarowka typu 328 na napiecie 6V ma moc nominalna 1W i opornosc nominalna 36 Ohm oraz opornosc na zimno ca 3.5 Ohm.
Na mostek zostanie regulatorem podane takie napiecie zeby byl on zrownowazony co ma miejsce gdy opornosc zarowki wyniesie 27*100k/500k =5.4 Ohma . Czyli wlokno zarowki ma temperature ca 200C. Wybor optymalnej temperatury nie jest prosty. Im nizsza jest temperatura wlokna tym wiekszy jest wplyw temperatury otoczenia.
Oczywiscie im mniejszej mocy zarowka tym delikatniejsze wlokno o czym trzeba pamietac.
Im wieksza jest szybkosc chlodzacego strumienia powietrza w ktorym umieszczono wlokno tym wieksza musi byc podane napiecie do mostka aby byl zrownowazony bowiem wlokno jest intensywniej chlodzone.
Wartosc opornika zasilajacego zarowke 27 Ohm przy napieciu zasilania ukladu 15V jest nieprzypadkowa. Zapobiega tez uszkodzeniu zarowki.

Dalej na schemacie jest linearyzujacy charakterystyke uklad kwadratora.
NB W niektorych zastosowaniach nie jest on konieczny a charakterystyka pierwiastkowa moze byc wrecz pozadana. Uklad CA3046 z tranzystorami uzytymi w kwadratorze to krajowy uklad UL1111. 
Potencjometr 2M sluzy do skalowania przy pelnej szybkosci strumienia powietrza 1000 stop / minute.
Sam uklad bez kwadratora moze byc zasilany tylko pojedynczym napieciem dodatnim ( w przyrzadzie przenosnym zasilanym bateryjnie ) ale zakres napiec wspolnych wzmacniacza A1 musi byc odpowiednio szeroki.

Majac do porownan wiarygodny anemometer regulowany strumien powietrza uzyskujemy zasilajac odkurzacz przez autotransformator. Uzyteczna jest suszarka do wlosow. Pamietac trzeba o jednorodnosci strumienia.
Mostek z zarowka  i regulator sa wdziecznym polem do eksperymentow.
Pomiar zalezy od polozenia wlokna wzgledem strumienia powietrza. Mozna wiec uzyc dwoch prostopadlych zarowek anemometrow i mierzyc szybkosc i kierunek wiatru !
Taki anemometer nadaje sie przykladowo do pomiaru strumienia powietrza pobieranego przez silnik spalinowy w systemie wtrysku paliwa.

Anemometr dobrze pokazuje "szybkosc"  przeplywu powietrza przez szczeliny w oknach, zwlaszcza w bardzo zimny i wietrzny dzien. W tym wypadku brak kompensacji temperatury jest plusem !