Front-End des Voltmeter-Skalierungswiderstands und ADC-Kalibrierungskoeffizienten

Dies ist eine späte Antwort, aber hier ist etwas, das Sie verwenden können, um Ihre Kalibrierungskoeffizienten zu bestimmen. Wie @NickJohnson bereits geschrieben hat, kann eine lineare Funktion verwendet werden, um vom ADC bereitgestellte Werte in "wahre" Werte umzuwandeln. Lassen Sie mich also die Parameter umbenennen:

$$V_\text{true}=C_\text{gain}\cdot V_\text{read}+C_\text{offset}$$

Die einfachste Methode zur Berechnung der Koeffizienten besteht darin, zwei Messungen durchzuführen, eine am unteren und die andere am oberen Ende des ADC-Bereichs. (Aber stellen Sie sicher, dass Sie nicht an den Grenzen messen, dh messen Sie bei 0,1 V und 4,9 V für einen Bereich von 0-5 V). Die Koeffizienten sind

$$C_\text{gain}=\frac{V_\text{true}^\text{high}-V_\text{true}^\text{low}}{V_\text{read}^\text{high}-V_\text{read}^\text{low}}$$

$$C_\text{offset}=V_\text{true}^\text{low}-C_\text{gain}\cdot V_\text{read}^\text{low}$$

Wenn ich den ersten und letzten Zahlensatz aus Ihrem Kommentar verwende, bekomme ich$C_\text{gain}=1.11303$Und$C_\text{offset}=-0.469206$

Aber ist das die maximale Präzision, die Sie erreichen können? Hier ist ein Diagramm, das das Residuum zeigt – die Differenz zwischen den Werten, die mit der Formel aus den gelesenen Werten und den wahren Werten berechnet wurden. Der erste und der letzte Wert haben ein Residuum von Null, da sie zur Berechnung der Koeffizienten verwendet wurden. Aber für die anderen Punkte ist der berechnete Wert bis zu 16mV (oder 0,65%) zu niedrig!

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Betrachten wir nun alle Ihre Messwerte. Mein Ergebnis ist$C_\text{gain}=1.11224$Und$C_\text{offset}=-0.456815$, die etwas von den obigen Werten abweicht.

Hier nochmal die Handlung. Der erste Punkt liegt um 12 mV oder 1,2 % daneben, aber die anderen liegen um -5 mV...-8 mV oder bis zu 0,2 % daneben.

Wie wird es gemacht? In Excel können Sie Ihre Werte einfach als "xy-Plot" zeichnen. Stellen Sie sicher, dass die gelesenen Werte auf der x-Achse und die wahren Werte auf der y-Achse stehen. per rechtsklick auf das diagramm kann man eine "gerade der besten passung" oder ähnliches zeichnen und sich die parameter anzeigen lassen.

Ich selbst liebe gnuplot für solche Aufgaben. Erstellen Sie zur Verwendung eine einfache Textdatei mit Ihren Daten:

1 1.320
2 2.207
3 3.105
4 4.000
5 4.902
6 5.805
7 6.707
8 7.605
9 8.500
10 9.406

in gnuplot tun

    # Nur Kosmetik
    Unset-Taste
    setze ytics nomirror
    y2tics setzen

    xlabel "V_{read}" setzen
    setze ylabel "Residuum V_{true} - f(V_{read}) [V]" tc rgb "red"
    set y2label "Residuum (V_{true}-f(V_{read})) / V_{read} [%]" tc rgb "blue"



    # Definieren Sie nun die Funktion, passen Sie sie an die Daten an und zeichnen Sie alles auf

    f(x)=m*x+b

    fit f(x) "adc.csv" über m, b

    Plot "adc.csv" u 1:($2-f($1)) w lp Punkt 7, "adc.csv" u 1:(($2-f($1))/$2*100) Achsen x1y2 w lp Punkt 7 lt 3

Wenn Sie den fitBefehl ausführen, erhalten Sie viele Ausgaben, was zu

Endgültiger Parametersatz Asymptotischer Standardfehler
====================== ==========================

m = 1,11224 +/- 0,0007126 (0,06407 %)
b = -0,456815 +/- 0,004237 (0,9275 %)

das ist das Ergebnis.

Zusätzlich:

• Messen Sie so viele Punkte wie möglich
• Messen Sie jeden Punkt mehrmals
• Wenn eine lineare Funktion nicht gut mit Ihren Daten übereinstimmt, sollten Sie eine nichtlineare Funktion verwenden.

18k/2k geben Ihnen genau 10%, was Sie Ihrer Meinung nach brauchen, obwohl der Gesamtwiderstand gegen Masse von 20k etwas zu niedrig ist, abhängig von Ihrem ADC und davon, ob Sie einen Pufferverstärker verwenden oder nicht. Sie sagen, Ihre Versuche "schlagen fehl", aber nicht, welche Probleme Sie haben, daher ist es schwierig, mehr Ratschläge zu geben.

ADC-Fehler werden typischerweise als Offset-Fehler und Verstärkungsfehler modelliert. Ihr Widerstandsteiler erzeugt keinen Offset-Fehler, aber abhängig von der Präzision der Widerstände einen Verstärkungsfehler.

Die Standardmethode, damit umzugehen, besteht darin, einen Kalibrierungskoeffizienten für den Offset und einen für die Verstärkung zu speichern und sie wie folgt anzuwenden:

Vout = Vin * Cgain + Coffset

Das gilt für alle Maße – nicht nur für kleine. Sie können die zulässige Skalierung dieser Offsets auf alles einstellen, was angesichts der Fehler, die Sie wahrscheinlich in Ihrem Design sehen, angemessen erscheint.