افزایش دقت اندازه گیری لودسل به کمک ارت 3 سال پیش

دقت سیگنال مورد اندازه گیری همواره یکی از چالش های اساسی مهندسین برق و الکترونیک بوده است .در این مقاله قصد داریم به تاثیری که ارت بر روی دقت قرائت سیگنال مورد اندازه گیری دارد بپردازیم .

برای این منظور یک سیگنال پر کاربرد یعنی سیگنال دریافتی از ترنسدیوسر لودسل را انتخاب کرده ایم و ترانسمیتر مورد تست ترانسمیتر pm-lt01 می باشد .

همانطور که می دانیم سیگنالی که توسط لودسل تولید می شود سیگنالی با سطح ولتاژ بسیار پایین می باشد، به عنوان مثال یک لودسل با مشخصه 2mv/v را در نظر بگیرید با اعمال ولتاژ 5 ولت به عنوان ولتاژ تحریک (excitation) به این لودسل، در حالتی که ماکزیمم بار بر روی این لودسل قرار بگیرد مقدار 10 میلی ولت را در خروجی لودسل داریم:

حال اگر این لودسل 100 کیلوگرم باشد به ازاء هر گرم چند ولت در خروجی خواهیم داشت ؟
ابتدا 100 کیلوگرم را به واحد گرم تبدیل میکنیم :

حال می دانیم به ازای 100000 گرم 10 میلی ولت داریم و در نتیجه به ازای هر گرم 0.1 میکرو ولت در خروجی لودسل وجود دارد.

می بینیم که با چه سطح ولتاژ بسیار پایینی روبرو هستیم و تصور یک نویز با همین سطح ولتاژ سخت نیست.

راه های متعددی برای مقابله با نویز وجود دارد ولی مهترین اصل استفاده مناسب از ارت یا همان زمین است .

مباحث مربوط به کیفیت یک سیستم ارت خارج از این مقاله است تنها به ذکر این نکته بسنده می کنیم که سیمی که متصل به زمین است باید از مقاومت کمی برخوردار باشد تا بتواند سیگنال مزاحم را براحتی به زمین انتقال دهد.

اما در رابطه لودسل داشتن یک کابل بدون شیلد یعنی باز گذاشتن درب برای ورود مزاحمین، حتما از یک کابل با شیلد قوی و مناسب استفاده نمایید .

و در زمان اتصال کابل به ترانسمیتر توجه داشته باشید کمترین طول ممکن بدون سیم شیلد باشد .

حال اجازه دهید چند آزمایش ساده را در رابطه با تاثیر نویز انجام دهیم و نتایج را بررسی نمائیم .

ابتدا تست با شرایط زیر :

لودسل 50 کیلوگرم

فرکانس نمونه برداری 120 هرتز

تعداد نمونه جهت متوسط گیری را نیز 1 قرار میدهیم تا تاثیر متوسط گیری از میان برود.

توجه کنید که در طول تست وزنی که بر روی لود سل قرار داده شده کاملا ثابت است .

برای این کار براحتی میتوانید از برنامه ای که توسط شرکت پارس مگا طراحی شده استفاده نمایید .

با باز شدن برنامه به قسمت تنظیمات فیلتر (filter setting) بروید تنظیمات مربوطه را انجام دهید.

آزمایش اول را بدون اتصال ارت انجام میدهیم برای نمایش بهتر طول این زمان را چند دقیقه انتخاب کنید :

این زمان را t1 مینامیم.

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید بیشترین وزن قرائت شده نزدیک به 1385 گرم و کمترین میزان 1330 گرم می باشد، می بینیم که یک رنج 55گرمی را به عنوان بازی (threshold) داریم.

در تست دوم ارت را به سیستم خود اضافه می کنیم، و این بازه زمانی را t2 می نامیم .

توجه

حتما سیم شیلدکابل لودسل و سیم ارت را به ترمینالی که بر روی ترانسمیتر قرار داده شده است متصل کنید به عبارت دیگر خود ترانسمیتر هم برای بهبود عملکرد به ارت نیازمند است .

شکل گویای تمام مطلب است .بازه 55گرمی به یک بازه 3.5 گرمی تبدیل شده است .نتیجه ای دور از تصور که میزان اهمیت سیستم ارت را نشان می دهد .

ببینید با اتصال ساده یک سیم ارت به چه دست آورد بزرگی رسیدیم .

یک لودسل 50 کیلوگرمی را با فرکانس نمونه برداری بالا یعنی 120 هرتز(یعنی در هر ثانیه 120 نمونه جدید) با دقتی نزدیک به 3.5 گرم قرائت کرده ایم .یعنی به رزولیشن 14285 رسیده ایم.

اجازه بدهید تا این آزمایش را با فرکانس نمونه برداری دیگری تکرار کنیم .

بالاترین و کمترین فرکانس نمونه برداری را انتخاب می کنیم .

ابتدا بالاترین فرکانس ترانسمیتر pmlt01 یعنی 4800 هرتز

همان طور که مشاهده می کنید بازی وزن در زمانی که ارت متصل نیست 195  گرم می باشد و پس از اتصال ارت به میزان 16 گرم رسیده است .که با توجه به فرکانس نمونه برداری یک دقت فوق العاده می باشد .

در تست دیگر پایین ترین فرکانس ترانسمیتر را انتخاب میکنیم یعنی 4.7 هرتز این فرکانسی است که در این فرکانس بالاترین دقت ممکن ترانسمیتر یعنی 1:100000 قابل دسترسی است.

شکل فوق نشان دهنده آزمایش با فرکانس 4.7 هرتز می باشد .

با توجه به اینکه فرکانس انتخاب شده بسیار پایین است، فیلتر دیجیتالی داخل ترانسمیتر می تواند عملکرد مطلوبی داشته باشد و تفاوت چندانی بین این دو حالت(با ارت و بدون اتصال ارت) وجود ندارد.

لازم به ذکر است، این تست در شرایط آزمایشگاهی انجام شده و نتایج تست در شرایط مختلف و با توجه به پارامترهای مختلف ممکن است تفاوت بسیاری داشته باشد.

توجه کنید میزان بازی وزن در آزمایش آخر 0.4 گرم است که این بالاتر از دقت 1:100000 می باشد .