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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik DMS-Brücke INA111 Atmega32 Referenzspannungs-Problem


Autor: Michael (Gast)
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Hallo Leute,
folgender Aufbau:

Eisenstange mit 4 DMS als Wheatstonebrücke (Versorgungsspannung: 12V)
-> es sollen Dehnungs- und Stauchungskräfte gemessen werden.

"Ausgang" der Brücke an einen INA111, der mit 0 - 12 V betrieben wird.
Deshalb habe ich einen lm317 hergenommen, der die Referenzspannung auf 
ca. 6V halten soll.

Ausgang des INA111 an einen Atmega32-ADC.




Das Problem liegt nun bei der Referenzspannung.
Ich kann mit dem lm317 Spannungen von 1,25V bis ca.7 V "erzeugen".
Wenn ich die beiden Eingänge des INA111 von Hand verbinde sollten ja 
(theoretisch) 0V am Ausgang anliegen. Richtig?
Nun ist mir klar, dass dem so (praktisch) nicht sein kann.
Deshalb hab ich ja die Referenzspannung, die bei diesem Zustand, den 
Ausgang des INA111 auf 6V bringen soll.
Es passiert aber folgendes:
Uref von ca. 3V -> 1,25V    -->   Uout 4V -> ca. 9V
Uref von ca. 3V -> 7V       -->   Uout 4V -> ca. 9V

Wie kann das sein?
Ist da ein Denkfehler? Oder ist die Schaltung (siehe Anhang) falsch?


Gibt es eine bessere/alternative (aber auch kostengünstige) Lösung für 
das Kraftmessen wie ich es beschrieben habe?


Grüße
Michael


PS:
Um den Atmega32 bei 5V zu betreiben benutze ich einen 7805.
Dieser wird aber ziemliche warm bis heiß, obwohl das Board eigentlich 
nur 80mA ziehen sollte.
Ist das normal? Vlt. ein Kurzschluss? Obwohl der Atmega und das 
DarumHerum funktioniert?

Autor: Michael (Gast)
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Da fällt mir noch was ein:

Ich will den Ausgang vom INA111 ja auf 0V - 5V abbilden.
Muss ich dann also doch symmetrische Spannungsversorgung für den 
Intrumentenverstärker benutzen, damit ich nah genug an die 0V komme?


Generell noch die Frage:
Wenn ich keinen Rail-to-Rail OP habe, wie nah an die 
Verorgungsspannungsgrenzen komme ich dann mit dem OP?



es grüßt weiterhin
Michael

Autor: Lukas B. (lukas-1992) Benutzerseite
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Ich kenn den INA111 nicht, aber wenn du eine Referenzspg benötigst würde 
ich eine "rcihtige" Referenzspannungsquelle nehmen ala TL431 oder sowas.
Die sind für das gemacht.

Autor: Michael (Gast)
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Oder kann ich Uref des INA111 auf AGND des Atmega32 legen und damit das 
Problem aus meinem 2ten Post beheben?


PS: Plöd, dass es keine Edit Funktion gibt.
    Sry für 3fach-Post

Autor: Michael (Gast)
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> Ich kenn den INA111 nicht, aber wenn du eine Referenzspg benötigst würde
> ich eine "rcihtige" Referenzspannungsquelle nehmen ala TL431 oder sowas.
> Die sind für das gemacht.

Was meinst du mit "richtig"?
Und was kann der TL431 was der lm317 nicht kann?

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

mit dem REF-Ausgang willst Du den Offset für die Ausgangsspannung des 
INA111 auf 6V einstellen. Ich sehe in der Schaltung zunächst keine 
unmittelbaren Fehler, würde mich aber im Zweifel auch für eine 
Referenzspannungsquelle (d. h. temperaturkompensierte Zenerdiode) statt 
des LM317 entscheiden. Das ist jedoch hier nur zweitrangig.

Beim INA111 sehe ich keine 100nF-Entstörung. Die muß unbedingt rein. 
Wenn Du sie nur in der Zeichnung verschlampert hast, ist alles ok, sonst 
gehört unmittelbar neben den INA111 ein 100nF-Kondensator von VCC gegen 
Masse (dasselbe gilt auch für die Referenzspannung). Vielleicht erklärt 
das schon die Abweichungen vom gewünschten Verhalten.

Ich frage mich, wie Du die 6V-Spannung in den µC einlesen willst, der 
schließlich nur mit 5V versorgt wird. Hier wirst Du wahrscheinlich einen 
Spannungsteiler nehmen wollen, der einen Teil der Verstärkung durch den 
INA zunichte macht. Das funktioniert, ist aber nicht optimal. 
Insbesondere wirst Du ein paar Verrenkungen machen müssen, um den 
Nullpunkt festzustellen.

> Gibt es eine bessere/alternative (aber auch kostengünstige) Lösung für
> das Kraftmessen wie ich es beschrieben habe?
Schau Dir mal an, ob Dir der ADS1232 zusagt. Die Meßbrücke wird dann 
zwar nur mit 5V (statt 12V) versorgt, doch das dürfte durch das geringe 
Rauschen und die hohe Auflösung des AD-Wandlers eher weniger stören.

Du hast damit mehrere Vorteile:
- nur eine Spannungsversorgung (5V) für µC, Verstärkerschaltung und
  Meßbrücke
- rauscharme Vorverstärkung
- hochauflösende AD-Wandlung
- ratiometrische Messung (d. h. Schwankungen der Versorgungsspannung
  werden ausgeglichen)
- vollständig dimensionierte Schaltung aus dem Datenblatt

Näheres auf Seite 25 von:
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ads1232.html


Gruß,
  Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Ich will den Ausgang vom INA111 ja auf 0V - 5V abbilden.
> Muss ich dann also doch symmetrische Spannungsversorgung für den
> Intrumentenverstärker benutzen, damit ich nah genug an die 0V komme?
>
>
> Generell noch die Frage:
> Wenn ich keinen Rail-to-Rail OP habe, wie nah an die
> Verorgungsspannungsgrenzen komme ich dann mit dem OP?
Das kommt auf den Aufbau der Treiberstufe im OPAMP an.

In meinem Halbwissen gehe ich immer davon aus, daß die Ausgänge im 
besten Fall
- über einen MOSFET (Source-Drain) oder
- über einen Bipolartransistor (Kollektor-Emitter)
mit den Versorgungsspannungen versorgt werden.
Beim MOSFET kommst Du im besten Fall bis auf wenige µV an die Rails 
heran, was man dann Rail-to-Rail nennen würde. Die wenigen µV bleiben 
wegen des Spannungsabfalls im MOSFET übrig.

Beim Bipolartransistor bleibt mindestens eine CE-Sättigungsspannung (d. 
h. 0.3V) übrig. Das wäre dann nicht mehr "Rail-to-Rail" für die 
Ausgänge, kommt dem aber nahe.

Das sind aber alles nur Mindestwerte. Beim INA111 kommst Du 
beispielsweise nur bis auf 3V an die Rails heran. Genaue Auskünfte gibt 
jeweils das Datenblatt.


Gruß,
  Michael

Autor: Michael (Gast)
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Hey,

>würde mich aber im Zweifel auch für eine
>Referenzspannungsquelle (d. h. temperaturkompensierte Zenerdiode) statt
>des LM317 entscheiden.

meinst du damit sowas:
http://www.amateurfunkbasteln.de/vregler/zener2.gif


Ich hab jetzt auch den 100nF Kondensator eingebaut.
Am Ergebnis ändert sich nichts...


Was meinst du mit:
>(dasselbe gilt auch für die Referenzspannung)
Ich hab halt einfach einen Kondensator zwischen 12V und GND eingebaut.
Hängt ja alles zusammen.


Jup, ich hätte dann einen Spannungsteiler benutzt.


Wie nah an die 0V bzw. 12V "Grenze" müsste man denn mit dem INA111 im 
Praktischen kommen? Hat da jemand Erfahrungen gemacht?

Hier nochmal eine kleine Beschreibung, was ich alles gemessen habe:
Es gibt drei verschiedene Messgrößen.
 - Uref gegen GND  -> Uref
 - Uout gegen Uref -> Uout
 - Uout gegen GND  -> Ugnd (also Uout - Uref)

Uref von 4,7 auf 2,9...1,25 --> Ugnd von 4 auf 9,9
Uref von 4,7 auf 6,8        --> Ugnd von 4 auf 6,8

Einmal durch den ganzen Bereich:
Uref von 6,8 auf 5,2   Uout bleibt ca. 0    (Ugnd von 6,8 auf 5,2)
Uref von 5,2 auf 4,7   Uout von 0 auf -0,7  (Ugnd von 5,2 auf 4,0)
Uref von 4,7 auf 4,26  Uout von -0,7 auf 0  (Ugnd von 4,0 auf 4,26)
Uref von 4,3 auf 1,25  Uout von 0 auf 8,7   (Ugnd von 4,3 auf 9,9)
(letzte Messung: am Anfang Steigung stärker)


Gibts noch ne Idee, was ich falsch gemacht haben könnte?


@Michael:
 Das mit dem ADS1232 hört sich ja echt gut an!!!
 Und es gibt auch Samples... (Wie leicht bekommt man denn solche?)

 Ich werd jetzt aber erst mal noch versuchen meine Schaltung zum Laufen
 zu bekommen

 Und Danke für die schnelle und detaillierte Antwort!!!



Grüße
Michael

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

>>würde mich aber im Zweifel auch für eine
>>Referenzspannungsquelle (d. h. temperaturkompensierte Zenerdiode) statt
>>des LM317 entscheiden.
>
> meinst du damit sowas:
> http://www.amateurfunkbasteln.de/vregler/zener2.gif
nein, ich glaube nicht. Das sieht aus wie ein normaler Linearregler, der 
gerade nicht temperaturkompensiert ist.

Ich dachte an sowas:
http://www.analog.com/en/references/voltage-refere...

> Was meinst du mit:
>>(dasselbe gilt auch für die Referenzspannung)
Die Referenzspannung gehört zusätzlich nochmal unmittelbar in der Nähe 
des OPAMPS entstört.

> Ich hab halt einfach einen Kondensator zwischen 12V und GND eingebaut.
> Hängt ja alles zusammen.
Entscheidend ist manchmal, daß der Kondensator schnell genug ist 
(Keramikkondensator) und nah genug am IC liegt.

> Wie nah an die 0V bzw. 12V "Grenze" müsste man denn mit dem INA111 im
> Praktischen kommen? Hat da jemand Erfahrungen gemacht?
Steht in meinem letzten Post und im Datenblatt. 3V wenn ich's richtig 
gelesen habe.

> @Michael:
>  Das mit dem ADS1232 hört sich ja echt gut an!!!
>  Und es gibt auch Samples... (Wie leicht bekommt man denn solche?)
Ich habe ohne Probleme welche bekommen (Bestellung an Uni-Adresse).


Gruß,
  Michael

Autor: Michael (Gast)
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Hi,

oh hab irgendie deinen vorletzten Post total übersehen... :/


Ok, also ich hab jeweils einen Keramikkondensator verwendet.
(Die Referenzspannung sollte ja schon - so wie der Schaltplan ist - 
entstört sein...?)

Und mit den genannten 3V würde die niedrigste Ugnd Spannung ja so ca. 
passen.
Nur ist der ganze Verlauf irgendwie komisch.
(v.a. dass am Ende die Ausgangsspannungen so stark ansteigen...)


Gibts noch ne Idee was das Problem sein könnte?




Grüße
Michael



PS:
Die bessere Referenzspannung wird wohl erst später eingebaut.
Und danach wird das ganze dann nochmal mit dem Sample aufgebaut :)

Autor: Franzi (Gast)
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Würde den ina111 nicht nehmen, sondern den ina128

Vorteil

Ina111 ist FET-Type und rauscht bei niedrigen Frequenzen mehr als ein 
Bipolartyp.

INA128 kann mit nur +5Volt betrieben werden. Die "Masse" ist dann durch 
einen Spannungsteiler mt 2*1k realisierbar.

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