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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Drucksensor MPXM2202


Autor: Robert N. (metrux)
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Hallo liebe Leute,


ich habe einen Drucksensor erstanden und möchte diesen nun an einen 
Analogeingang von meinem Atmega anschließen, um damit den Luftdruck zu 
messen.
Jedoch hat dieser bei 200kPa (Maximum) nur 40mV.

Wie kann ich diese 0-40mV auf 0-5V verstärken? Mit einem OAmp, wenn ja 
welchem?

Vielen Dank im voraus


Autor: Oliver Döring (odbs)
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Da es sich um eine Brückenschaltung handelt, liegt bei einer 
Einganggspannung von 10V an dem einen Zweig beispielsweise 4,98V an und 
an dem anderen 5,02V. Das ergibt eine Brückenspannung von 40mV, die Du 
mit einem sogenannten Instrumentenverstärker konditionieren kannst. Da 
gibt es fertige Lösungen von Texas Instruments und Analog Devices, wo Du 
nur noch Abblockkondensatoren und einen Widerstand zum Einstellen des 
Verstärkungsfaktors brauchst. Unbedingt auf den Common Mode Range der 
Eingangsspannung achten und das Datenblatt genau lesen! 
Instrumentenverstärker sind im Prinzip eine Schaltung aus drei 
"normalen" OPs, die man auch "intern" übersteuern kann - da ist eine 
sorgfältige Schaltungsauslegung Pflicht.

Soweit die Theorie. Sorry, ich will Dir ja nicht den Mut nehmen, aber...

Der Luftdruck auf Meeresspiegel liegt nach Standardatmosphäre bei 
1013,25hPa. Je höher Du liegst, desto geringer ist logischerweise der 
Luftdruck an Deinem Standort. Bei Luftdruckangaben wird normalerweise 
deshalb immer auf den Meeresspiegel zurückgerechnet, um vergleichbare 
Angaben zu haben. Wie stark schwankt der Druck, bezogen auf NN, in 
unseren mitteleuropäischen Breiten nun aber? Ich würde mal schätzen, 
weniger als 1000hPa und mehr als 1040hPa wirst Du äußerst selten 
erleben.

Dein Sensor liefert eine Brückenspannung von 40mV bei 200kPa und 0mV bei 
0kPa, richtig? D.h., die Differenzausgangsspannung Deines Sensors wird 
beim Messen des Luftdrucks irgendwo zwischen 20,0mV und 20,8mV liegen. 
Und in diesem Bereich liegt Dein gesamter Meßbereich! Das auf den 
Eingangsbereich eines (ziemlich rauschenden) 10bit-A/D-Wandler zu 
mappen, ist ein ziemlich gewagtes Unterfangen.

Wenn Du meine persönliche Meinung hören willst, vergiß es! 
Luftdruckmessung ist non-trivial und ich habe mich damit eingehend 
beschäftigt. Da wäre mindestens ein externer A/D-Wandler, ein besserer 
Sensor (Bereich außerdem eher 100kPa) und eine sorgfältig ausgelegt 
Signalkonditionierung erforderlich.

Gründe:

Die Brückenspannung ist ratiometrisch zur Versorgungsspannung, d.h. 
rauschen von da schlägt auf das Meßsignal durch. Mögliche Abhilfe: Über 
Filter entkoppeln, Referenzspannung für A/D-Wandler aus der 
Versorgungsspannung der Brücke ableiten. Der Offset des Sensors alleine 
kann um 4mV schwanken! Vergleich das mal mit Deinem Meßbereich! 
Skalierung und Offset sind zudem stark temperaturabhängig (trotz 
interner Kompensation) - +/-2% von 200kPa = +/- 40 hPa! Die Linearität 
des Sensors ist zu gering - kurz, da wäre ein Riesenaufwand nötig, um 
das vernünftig zu kalibrieren und zu kompensieren.

Es gibt jedoch auch eine einfache Lösung, die ich Dir nahelegen möchte: 
Fertige, digitale Drucksensoren. Zum Beispiel der MS5534 von Intersema 
(siehe Google). Der ist ab Werk kalibriert, für ca. 30 Euro zu haben und 
hat, wenn ich mich richtig erinnere, ein SPI-Interface, das sich ganz 
leicht an einen AVR anschließen lässt. Falls Du nicht auf mich hören 
willst, können wir natürlich auch eine Luftdruckmeßschaltung hier 
entwickeln, aber mal eben schnell und einfach mit einem Opamp ist das 
nicht gemacht!

Autor: Oliver Döring (odbs)
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Nachtrag: Der Luftdruck wird in jeder Wetterstation und (zwangsläufig) 
auf jedem Flughafen ziemlich genau gemessen. An diese Daten kommt man 
über das Internet ziemlich leicht - über die Wetterseiten. Auch das 
Stichwort "METAR" kannst Du die Luftdruckwerte der Flughäfen finden - 
der Druck ist die vierstellige Zahl hinter dem "Q" am Ende des Codes.

Autor: Robert N. (metrux)
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Hmm ich muss mich wohl geschlagen geben, aber da hast du wohl recht, das 
hab ich überhaupt nicht bedacht, dass ich ja nur wenige Prozente vom 
Messbereich betrachte und das mit dem Absolutdruck wohl ne Idee für den 
Korb war, aber ich will den Sensor benutzen, dann mess ich eben etwas 
anderes damit.

Um den tatsächlichen Luftdruck geht es aber eigendlich garnicht.
Ich möchte einfach den Sensor benutzen und eben bei 0kPa 0V und bei 
200kPa 5V haben.

Autor: Robert N. (metrux)
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Metar kannte ich auch noch nicht, ziemlich spannend.

Danke für den Tipp das find ich gut

Autor: Oliver Döring (odbs)
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"Um den tatsächlichen Luftdruck geht es aber eigendlich garnicht.
Ich möchte einfach den Sensor benutzen und eben bei 0kPa 0V und bei
200kPa 5V haben."

Das wiederum bekommen wir hin. Aber jetzt ist erstmal Ende der 
Nachtschicht hier.

Autor: Robert N. (metrux)
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Klingt gut das wär wunderbar, ich hab nämlich momentan keinen schimmer 
wie genau ich das machen muss, aber wer ist schon dieser "google" der 
weiß bestimmt einiges.

Danke wenigstens hab ich jetzt ne Idee wie es geht. Gute Nacht

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