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Il multimetro digitale.

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto Utenteluigi_48 » 13 mar 2021, 0:09

Buon giorno.
Alcuni multimetri digitali hanno la caratteristica che il valore di fondoscala della grandezza da misurare viene cambiato automaticamente, in sede di misura, senza alcun intervento manuale dell'operatore.
Sarebbe mio interesse conoscere il principio di funzionamento di questa importante opzione.
Ho pensato ad un circuito retroazionato negativamente che porti in uscita un segnale proporzionale al valore di ingresso, cioè a quello presente sui puntali in mano all'operatore.
Ad esempio se in ingresso ci fossero 220 volt in uscita potrebbero essercene 2,2 che poi un processore elaborerà. Se invece ce ne fossero 10, in uscita potrebbero essercene 0.1 .
Se così fosse con quale circuito lo si potrebbe attuare? Con quali IC?
Sarei grato se qualcuno mi desse una mano a capire questo fatto.
Ringrazio e un saluto a tutti.
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[2] Re: Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto Utenteedgar » 13 mar 2021, 0:39

L'ADC interno dei multimetri lavora quasi sempre su un unico fondo scala. Il segnale da misurare viene trattato da divisori di tensione e/o circuiti di trattamento del segnale in modo tale che la tensione risultante rientri nel fondo scala dell'ADC.
Sapendo quale divisore si sta usando, è facile risalire alla grandezza di ingresso.
Disponendo di un micro, realizzare un autorange è abbastanza semplice: basta far partire la misura dalla scala maggiore. Supponi che la tensione di fondo scala interna dell'ADC sia 1 V. Applico 9 volt all'ingresso. Partendo dal fondo scala maggiore (1000 V), l'ADC misurerà 0,09. Una semplice comparazione mi dirà che posso scalare due gamme e arrivare a 10 V fondo scala. Se la tensione salisse oltre i 10V, l'ADC si troverà a fondo scala e la logica interna farà scalare in su il divisore di tensione.
Non so se ci siano IC dedicati alla scala automatica, ma immagino che avendo un micro sia più pratico usare quello.
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[3] Re: Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 13 mar 2021, 10:04

Non so se ci siano IC dedicati alla scala automatica, ma immagino che avendo un micro sia più pratico usare quello.

Ho ricordo, ormai confuso,anni 60-70, di quando i voltmetri elettronici avevano gli indicatori a tubi a gas Nixie e di uno ad autoscala, di cui si sentivano i relè reed scattare quando cercava la scala ottimale.
La logica era realizzata da una manciata fra flipflop e porte logiche di una famiglia MSI TTL, o forse erano transistor discreti ? Tanto erano strumenti allora molto costosi.

Il convertitore analogico digitale dei multimetri era lento ma preciso:
un integratore generava una rampa di tensione con pendenza proporzionale alla tensione da misurare, un contatore contava degli impulsi fissi fino a quando la rampa non giungeva a fondo scala, poi il contatore si scaricava durante il tempo in cui all'integratore veniva applicata una tensione di riferimento interna allo strumento. Ora non ricordo bene, la misura dipendeva dalla differenza dei due conteggi. Ed era indipendente dal guadagno/impecisione dell'integratore.
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[4] Re: Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 13 mar 2021, 16:21

È il convertitore Wilkinson, convertitore a doppia rampa. Integra una tensione incognita per un tempo noto (fondo scala del contatore, non dell'integratore) poi disintegra una tensione nota, di segno opposto, per un tempo incognito. La durata del tempo di disintegrazione è proporzionale alla tensione incognita.
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[5] Re: Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto Utenteluigi_48 » 14 mar 2021, 12:37

Leggendo le vostre risposte ho pensato di poter realizzare l'autorange in questo modo.
Supponiamo di dover elaborare una tensione di ingresso Vi=200Volt(ca o cc il principio è lo stesso).
- Questa Vi la porrei ai capi di un partitore resistivo 20K+220 ohm e massa.
- Ai capi del resistore 220 ohm preleverei la tensione da portare all'ingresso di un DAC che a scopi didattici
potrebbe essere Arduino.
- Tra R220 ohm e Arduino interporrei un AmpOp. La Resistenza collegata all'ingresso V-- potrebbe essere un
potenziometro digitale, tipo X9C103, che gli amici cinesi vendono a noi hobbisti (poveri per antonomasia)
per una manciata di euro.
- Collegherei i tre segnali digitali di controllo dell' X9C ad Arduino che tramite programma ne farebbe variare
il suo (dell' X9C)valore in ohm. In questo modo varierebbe il guadagno dell'AmpOp. Teniamo presente
che l' X9C può "muovere" il proprio cursore virtuale di un passo ogni Impulso (Up o Down).
Il cursore di questo potenziometro può effettuare tutta la sua escursione con 100 impulsi. Con ciò avremo
una variazione automatica di guadagno (Av) dell'AmOp molto accurata.
- Programmando Arduino in maniera che all'inizio di ogni lettura si abbia Av =1, si
possono fare di seguito tutte le elaborazioni che meglio si crede.
Es. Con Vi=200Volt avremo in uscita dell'AmpOp Vu=2.17Volt con Av=1, ottimi per essere elaborati dal DAC di
Arduino che scriverà sull' LCD il valore 200.
Con Vi=2Volt avremo in uscita dell'AmpOp Vu=20mVolt. Ma Arduino,azionando il pot. di X9C di 50 passi,
produrrà un Av=50 cioè Vu=1Volt, valore più agevolmente elaborabile. Poi, tenendo conto dell'incremento
imposto ad Av, Arduino scriverà comunque sull'LCD il valore 200mVolt.
Penso che la cosa così impostata possa funzionare.
Bisogna porre attenzione alla potenza dissipata dal partitore di ingresso le cui resistenze dovranno essere di qualche Watt.
Io la vedo così. Senz'altro la Fluke avrà fatto di molto meglio.
Ditemi voi.
Ringrazio tutti per la pazienza.
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[6] Re: Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 14 mar 2021, 13:24

Ho letto con abbastanza attenzione il post.
La tua soluzione è possibile, ma mi pare fin troppo complicata.
E' uno studio teorico, o hai una applicazione specificaza in mente?

Metti il potenziometro digitale nella rete di reazione dell'operazionale per controllarne il guadagno,
o in ingresso all'amplificatore o del ingreso analogico arduino? Tutto è fattibile.

Ti scrivo qualche considerazione, forse poco congruente.

Se tu dovessi soltanto adoperare due scale:
Scala A 0-1 V
Scala B 0 - 10 V

Se con scala A vai a fondo scala , commuti in scala B.
Se con scala B leggi meno del 9% del fondo scala commuti in A
(con 9% hai un poco di isteresi e non commuti di continuo)

con arduino cosa faresti (adoperando campo ADC arduino di 0-1 V)?

Arduino ha una risoluzione di 10 bit 0 -1023 valori non sono molti.
Un multimetro economico visualizza 2000 valori.


Il potenziometro digitale è comandabile con up e down, ma non puoi leggere il valore raggiunto.
Può essere un problema se perdi il conteggio degli impulsi?

La tensione in ingresso deve essere minore della tensione di alimentazione.

Anni fa avevo adoperato un potenziometro digitale, mi pare 256 valori con comando con bus I2C
( o SPI non ricordo bene) adoperando perv il bus una iibreria di arduino. Ogni volta comandavo il valore voluto.


- Questa Vi la porrei ai capi di un partitore resistivo 20K+220 ohm e massa.
Potresti aumentare i valori di resistenza, almeno 200k 2200 ohm, così dissiapno anche meno.
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[7] Re: Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto Utenteedgar » 14 mar 2021, 14:24

MarcoD ha scritto:Se tu dovessi soltanto adoperare due scale:
Scala A 0-1 V
Scala B 0 - 10 V

Per sole due scale basterebbe un normale comparatore con un minimo di isteresi senza scomodare micro & c :mrgreen:
Dovrei guardare nei miei appunti, qualche decennio fa ho usato questa soluzione per avere la scala automatica sul voltmetro analogico di uno dei miei alimentatori.
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[8] Re: Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto Utenteluigi_48 » 15 mar 2021, 18:50

Allego lo schema elettrico di quanto descritto nel mio precedente post .

L'autorange impone un valore di tensione d' ingresso che può variare da 0 a 200 volt.
Agendo via sw sul cursore di X9C si può variare Av dell'AmpOp sia in aumento che in diminuzione a seconda del valore di Vi.
Tra 0 e 200Volt dovranno essere fissati alcuni valori di f.s. Es: 0-20, 20-40 e così via fino a 200Volt.
Tutto ciò dovrà essere fatto in sede di stesura del codice.
Di per sè l'hw non è gran cosa. Lo è molto di più il sw.
Un saluto a tutti.
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[9] Re: Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto Utenteedgar » 15 mar 2021, 19:09

In linea di principio per un'esercitazione didattica può essere interessante, mentre se si vuole ottenere precisione, meno elementi variabili ci sono meglio è.
Hai considerato che la resistenza da 20 kohm a 200 volt deve dissipare 2 watt ?
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[10] Re: Il multimetro digitale.

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 15 mar 2021, 22:24

Può funzionare, ma mi piace poco, perché preferisco attenuare meno prima un segnale debole , piuttosto che amplificalo di più dopo.
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