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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik OPV - ratiometrische Messung, geringe Drift


Autor: Manfred Schön (mandinice)
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Hallöchen

Ein paar grundlegende Fragen die mich schon eine lange Zeit beschäftigen 
und für die ich selbst keine Lösung finde :-(

Es geht um die Grundlagen eines Messverstärkers für eine 
DMS-Brückenschaltung. ( Differentielles Signal im mV-Bereich )

Diese Sensoren liefern ein Signal welches abhängig von der 
Versorgunsspannung ist. Es gibt nun Verstärker die eine ratiometrische 
Messung durchfuhren ( also Schwankungen der Versorgungspannung 
automatisch kompensieren ). Wie geht sowas ? Wie sieht so eine Schaltung 
aus ?


Wenn ich einen Instrumentensverstärker verwenden kann ich mit einem 
einzelnen Widerstand die Verstärkung  einstellen.
Wie verhindere ich, dass die Temperaturdrift des Widerstandes ( und aber 
auch des Verstärker-IC's ) die Verstärkung beeinflusst ?

Danke Euch ! Ich würdet meine Neugier befriedigen.

hmg
Mandi

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Manfred,

> Es geht um die Grundlagen eines Messverstärkers für eine
> DMS-Brückenschaltung. ( Differentielles Signal im mV-Bereich )

> Diese Sensoren liefern ein Signal welches abhängig von der
> Versorgunsspannung ist. Es gibt nun Verstärker die eine ratiometrische
> Messung durchfuhren ( also Schwankungen der Versorgungspannung
> automatisch kompensieren ). Wie geht sowas ? Wie sieht so eine Schaltung
> aus ?
Du denkst dabei sicher an eine Schaltung wie den ADS1232.

"ratio" bedeutet "Verhältnis". Ich denke, der Chip mißt beide 
Spannungen, d. h. die Versorgungsspannung und die interessierende 
Brückenspannung, und teilt sie durcheinander. Das Ergebnis der Rechnung 
gibt der Chip dann aus.

Das Teilen selbst wird in der Praxis wohl mit einer Digitalschaltung 
geschehen. Analog ist das Teilen nicht ganz so einfach.

Gruß,
  Michael

Autor: Manfred Schön (mandinice)
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Hallo Lenz

Danke.

Wie der ADS1232 arbeitet ist mir klar. Der IC greift seine 
Referenzspannung von der Versorgungsspannung ab.
Und damit hat sich das Ganze automatisch erledigt.

Ich möchte es aber Analog machen !

hmg
Mandi

Autor: max (Gast)
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Nimm einen Instrumentenverstärker mit eingebauten Widerstand für die 
Verstärkung.
z.B. INA110

Oder wie genau soll die Verstärkung sein?

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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In meinem (ur-)alten DMM wird im Widerstandsbereich auch eine 
ratiometrische Messung gemacht. Die sowieso vorhandenen 
Präzisionswiderstände (mit 0.05%) werden als Referenzwiderstand 
herangezogen und in Reihe mit dem unbekannten R geschaltet. Unabhängig 
von der absolut angelegten Spannung über dem Spannungsteiler stellt sich 
nun der untere Spannungsabgriff (also der über dem unbekannten R) 
entsprechend dem Verhältnis der Widerstände zueinander ein. Nimmt man 
nun die Spannung über dem Ref.-R als Ref. für den ADC, so ist die 
gemessene Spannung über dem unbekannten R direkt proportional zu seinem 
Widerstandswert - Vorzeichen gilt es allerdings umzudrehen, aber wen 
interessiert bei einer (rein ohmschen) Widerstandsmessung schon das 
Vorzeichen. Also einfach ausblenden und fertig ist die Sache. Ach ja, 
skalieren sollte man das ganze noch richtig, um eine korrekte Anzeige im 
gewählten Messbereich zu bekommen.

Autor: Holger (Gast)
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Raimund Rabe schrieb:
> In meinem (ur-)alten DMM wird im Widerstandsbereich auch eine
> ratiometrische Messung gemacht. Die sowieso vorhandenen
> Präzisionswiderstände (mit 0.05%) werden als Referenzwiderstand
> herangezogen und in Reihe mit dem unbekannten R geschaltet. Unabhängig
> von der absolut angelegten Spannung über dem Spannungsteiler stellt sich
> nun der untere Spannungsabgriff (also der über dem unbekannten R)
> entsprechend dem Verhältnis der Widerstände zueinander ein. Nimmt man
> nun die Spannung über dem Ref.-R als Ref. für den ADC, so ist die
> gemessene Spannung über dem unbekannten R direkt proportional zu seinem
> Widerstandswert - Vorzeichen gilt es allerdings umzudrehen, aber wen
> interessiert bei einer (rein ohmschen) Widerstandsmessung schon das
> Vorzeichen. Also einfach ausblenden und fertig ist die Sache. Ach ja,
> skalieren sollte man das ganze noch richtig, um eine korrekte Anzeige im
> gewählten Messbereich zu bekommen.

Hi Leute!

Auf der Suche nach einer möglichst einfachen Messung eines 
Widerstandswertes bin ich auf diesen alten Thread gestoßen.

Leider kann ich die Beschreibung nicht ganz nachvollziehen, daher wäre 
es toll, wenn mir jemand ggf. eine etwas genauere Erläuterung geben 
könnte.

Es ist ja quasi so gemeint (hoffe ich):

    Versorgung (Wert scheinbar egal)
       |
       |
       R (der zu messende Widerstand)
       |
       +------ ADC-Referenz
       |
       R (bekannter Präzisionswiderstand)
       |
       |
     Masse

Jetzt steht im Text, dass die Spannung über dem bekannten Widerstand als 
Referen genutzt wird.

Aber wie geht es jetzt von da weiter, um auf den zu messenden Widerstand 
zu kommen?

Autor: Hoppla ! (Gast)
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Nein. Man gibt die Spannung ueber dem Spannungsteile als Referenz auf 
dem ADC, dann faellt sie raus. Die Referenz des ADC hat gewisse 
Randbedingungen. Dh allenfalls geht man vom ADC aus, und verwendet 
dessen Referenz fuer den Spannungsteiler.

Autor: Holger (Gast)
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Aso, OK, danke!

Also:
[edit]
Versorgung ---- ADC-Referenz
       |
       |
       R_mess (der zu messende Widerstand)
       |
       +------ ADC-Messung
       |
       R_bekannt (bekannter Präzisionswiderstand)
       |
       |
     Masse
[/code]

Und nun rechne ich so? Angenommen ich habe einen 10Bit-ADC...

R_mess = ((1023 - ADC-Wert) / ADC-Wert)* R_bekannt

Autor: Dietrich L. (dietrichl)
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Holger schrieb:
> R_mess = ((1023 - ADC-Wert) / ADC-Wert)* R_bekannt

Sieht gut aus.

Autor: Holger (Gast)
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So, jetzt geht es weiter...der Spannungshub ist mir für den ADC leider 
zu klein. Daher würde ich dahinter nun einen nicht-invertierenden OPV 
setzen. Die Widerstände sind bei andersherum, also sieht es so aus:
       3V
       |
       |
       R_bekannt
       |
       +------ OPV --- ADC-Messung
       |
       R_mess
       |
       |
     Masse

Jetzt versuche ich gerade, das auf dem Papier zu rechnen und sehe, dass 
mir die schöne ratiometrische Messung dadurch ja verloren geht, oder? 
Oder ich denke gerade falsch.

Vor dem OPV ist meine Rechnung für den zu messenden Widerstand

R_mess = (ADC-Wert / (1023 - ADC-Wert)) * R_bekannt

Den OPV würde ich nun gerne mit einer Verstärkung von etwa 23 ausführen. 
Ich würde jetzt erstmal denken, dass ja nur das Verhältnis gleichermaßen 
verstärkt wird und die Verstärkung daher nichts mit der Rechnung zu tun 
hat, aber dennoch scheint das nicht so ganz hinzuhausen...oder ich raff 
es grad nicht.

Wo ist mein Denkfehler?

Autor: Holger (Gast)
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Ach nee, geht ja garnicht, ich verstärke ja die gemessene Spannung am zu 
messenden Widerstand. Also habe ich hinter dem OPV ja quasi:

R_mess = ((ADC-Wert/GAIN) / (1023 - (ADC-Wert / GAIN))) * R_bekannt

Das is natürlich blöde, da ich dann ja schon Präzisionswiderstände und 
nen guten OP brauche, damit das hinkommt, oder?

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Hi Folks,

ich glaube ich hatte mich etwas zu ungenau bei der ratiometrischen 
R-Messung ausgedrückt, weswegen es jetzt zu Unklarheiten gekommen ist. 
Hier nun die (hoffentlich) besser gelungene Beschreibung:

Wenn der ADC einen Referenzspannungsausgang hat, der auch gleichzeitig 
identisch ist mit der max. möglichen Messspannung des ADCs, dann wird 
diese Spannung (evtl. auch gepuffert mittels OpAmp) auf die 
Reihenschaltung des präzisen Referenzwiderstandes und des unbekannten zu 
messenden Widerstandes gegeben.
Egal wie sich nun die Referenzspannung ändert, z.B. durch 
Temp.-Änderung, Versorgungsspannungsschwankung, etc. (bei vielen µCs ist 
sie nun nicht unbedingt state-of-the-art), das Verhältnis der 
Messspannung zwischen den beiden Widerständen zur Gesamtspannung über 
der Reihenschaltung bleibt stets gleich - und genau DAS ist der 
'Trick' an dieser Messanordnung. Damit braucht man nun entweder nur die 
Spannung über dem Ref.-R oder dem unbekannten R zu messen. Messtechnisch 
ist es egal, man muss es nur bei der Berechnung dann richtig machen.

Also das Ganze funzt mit einer einzigen ADC-Messung nur, wenn die 
Ref.-Spannung des ADCs extern verfügbar ist. Wenn das nicht gegeben ist, 
bleibt einem nichts anderes übrig als die Gesamtspannung über den beiden 
in Serie geschalteten Widerständen stets mitzumessen, um eben die 
möglichen Schwankungen der Referenzspannung mit einbeziehen zu können. 
In dem Fall könnte man dann sogar höhere Ref.-Spannung von extern 
zuführen, was bei der Ermittlung des Widerstandwertes von sehr 
hochohmigen Typen (z.B. jenseits von 10 MOhm) von Vorteil wäre. Das 
non-plus-ultra wäre dann noch die synchrone (d.h. gleichzeitige) Messung 
von beiden Spannungswerten, was aber bei µC mit nur einem einzigen ADC 
mit vorgeschalteten Analag-Multiplexer leider nicht möglich ist. Aber 
selbst da gibt es wieder Tricks und Kniffe, wie man selbst mit solchen 
Unzulänglichkeiten zuverlässige Messungen hinbekommen kann. Doch dazu 
später (wenn gewünscht) gerne mehr.

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