אדולפו מונדרגון,
Electrolux Products
מנועי צעדים כוללים ליפופי סליל שמצריכים מדידת התנגדות. מדידת התנגדות בסביבת ייצור מצריכה לעיתים קרובות מעגלים מיוחדים שממזערים טעויות. קל למדוד התנגדות באופן עקיף באמצעות מקור עם זרם קבוע שמפעיל מתח על פני ההתנגדות הבלתי ידועה של הליפופים, מדידת המתח ויישום חוק אוהם.
איור 1 מראה את הרעיון הבסיסי של מעגל שתכננתי כדי לבדוק את התנגדות התיל של ליפופי הסליל של מנוע צעדים. מגבר שרת שמוגדר לתצורה של מגבר דיפרנציאלי מפיק מתח פרופורציונלי להתנגדות הבלתי ידועה. אפשר להשתמש במעגל הזה כדי למדוד התנגדויות – צריך להתחיל בזיהוי טווח ההתנגדויות שצריך למדוד. למנוע הצעדים יש סליל עם התנגדות של 50 Ω ±15%, שנעה בין 42.5 Ω ל-57.5 Ω.
בשלב הבא יש להגדיר את סקאלת המדידה או הערך הדיגיטלי במיקרו בקר. הערך הנומינלי של ההתקן הנבדק צריך להיות קרוב למחצית הסקאלה שבוחרים. לכן, צריך לקבוע את הטווח המלא של הסקאלה לערכים 0 Ω עד 100 Ω.
אם משתמשים במיקרו בקר הכולל ממיר אנלוגי ספרתי (ADS) עם 10 סיביות, הוא יפיק טווח דיגיטלי של 0 עד 1023 ספירות. יש לקבוע את הטווח של הממיר כך ש-0 Ω מפיק ספירה של 0 ו-102.3 מפיק ספירה של 1023. הטווח הזה מפשט את המתמטיקה וממקסם את הדיוק של המדידה. מחצית מהסקאלה הזאת, 512 ספירות, מייצגת 51.2 Ω. זה קרוב למדידה הנומינלית של ההתקן הנבדק, 50-Ω. טבלה 1 מציגה את הקשרים בין מתח הכניסה של הממיר, מספר הספירות וההתנגדות של הסליל.
הגדרת התצורה הדיפרנציאלית של מגבר השרת פועלת כמעגל מדידה בעל ארבעה תילים בדומה לאלה המשמשים ברב מד דיגיטלי (DMM). השימוש בתילים נפרדים לזרם עירור למדידת מתח מסלק חלק גדול מהרעש והשגיאות המשותפים שנכנסים מהליפופים והחיבורים של ההתקן הנבדק.
חייבים להגדיר את השבח של מגבר השרת, וממנו את הערכים של הנגדים. במעגל הזה, מגבר השרת מספק זרם שמספיק בשביל המיקרו בקר. הוא גם מספק בידוד בין ההתקן הנבדק והמבוא של ה-ADC. כדי למזער שגיאות, יש לבחור את הנגדים RA עד RD כך שמגבר השרת פועל בשבח יחידה. כדי לוודא שאפשר להפעיל את המגבר בשבח יחידה, חייבים לחשב את הזרם שעובר דרך הסליל. בעזרת הערכים מטבלה 1, מחשבים את הזרם (IIN) הנחוץ כדי לקבל 51.2 Ω, ערך של חצי הסקאלה:
איור 1. מגבר השרת מפיק מתח פרופורציונלי להתנגדות הנבדקת כשהמיקרו בקר ממיר את המתח לדיגיטלי כדי לחשב את ההתנגדות.
מקור הזרם הקבוע מתבסס על וסת LM317, שיכול לספק בקלות 48.8 mA. לכן אפשר להפעיל את מגבר השרת בשבח יחידה, וזה מפשט את בחירת ערכי ההתנגדות של RA, RB, RC ו-RD. בשביל שבח יחידה, כל הנגדים צריכים להיות שווים. הערכים שלהם צריכים להיות משמעותית גבוהים יותר מההתנגדות של ההתקן הנבדק. ערכי הנגדים צריכים להיות בין 10 kΩ ו-100 kΩ.
המעגל פועל הכי טוב אם משתמשים בנגדים עם טולרנס של 1% או טוב יותר. אם צריך להפחית עלויות, יש למדוד קבוצה של נגדי 5% באמצעות רב מד דיגיטלי ולבחור את ארבעת הנגדים שהערכים שלהם הכי מתאימים ביניהם. באופן זה אפשר שתתקבל התאמה טובה יותר מ-1%.
מגבר השרת גם מספק בידוד מסוים שיכול למנוע הגעה של מתחים מסוכנים למבוא של ה-ADC של המיקרו בקר. מגבר כמו LM6132 המחובר לספק כוח של 5-V יגביל את מתח המוצא של ספק הכוח ל-5 V, גם בתנאים קיצוניים.
כדי להפעיל וסת LM317 כמקור זרם קבוע, צריך לחשב ערך נגד:
R = 1.25/IIN
כאשר IIN = 48.4 mA, לכן R = 25.86 Ω. צריך, לכן, להשתמש בנגד קבוע של 15-Ω ובפוטנציומטר של 20 Ω.
אפשר למצוא איור של המעגל השלם, כולל מעגל הזרם הקבוע של ה-LM317, בגרסה המקוונת של מאמר זה בכתובת www.tmworld.com/2011_02.. המאמר המקוון גם כולל תרשים זרימה של תוכנה עבור המיקרו בקר. T&MW
טבלה 1. הקשרים בין מתח הכניסה, הספירות הדיגיטליות והתנגדות הסליל.
התנגדות ההתקן הנבדק ספירות דיגיטליות מתח כניסה של ADC
0.0 Ω 0 0 V
51.2 Ω 512 2.5 V
102.3 Ω 1023 5.0 V
