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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Offsetkompensation bei Instrumentenverstärker


Autor: Steffi (Gast)
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Hallo,

ich hab ein kleines Problem mit der Offsetspannung.
Ich habe eine DMS- Messbrücke (Vollbrücke mit Rosetten-DMS). Das Signal 
will ich mit einem Instrumentenverstärker verstärken. Damit ich das 
Signal auch deutlich auslesen kann, brauch ich eine sehr hohe 
Verstärkung (ca. 1000). Jetzt habe ich das Problem, dass ich allerdings 
schon aufgrund des Offsets bei kurzgeschlossenem Eingang des 
Instrumentenverstärkers (INA 128 von TI)am Ausgang schon 2.7V anliegen 
hab.

Die Offsetkompensation via Poti wird in dem Fall auch nicht 
funtionieren, da man nach dem Einbau auch nicht mehr ohne ziemliche 
"Bauarbeiten" an die Platine ran kommt.

Gibt es eine Methode (IC, Schaltung....) um den Offset immer automatisch 
zu kompensieren?

Danke für die Antworten

Autor: Falk Brunner (falk)
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Chopper bzw. Zero Drift OPV

MFG
Falk

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Steffi schrieb:
> Verstärkung (ca. 1000). Jetzt habe ich das Problem, dass ich allerdings
> schon aufgrund des Offsets bei kurzgeschlossenem Eingang des
> Instrumentenverstärkers (INA 128 von TI)am Ausgang schon 2.7V anliegen
> hab.

Das würde bedeuten, dass der Eingangsoffset bei 2,7mV liegt. Das
Datenblatt behauptet aber, der wäre maximal 50µV (bzw. 125µV in der
billigeren A-Ausführung). Entweder hast du falsch gemessen, die
Schaltung schlecht aufgebaut, bist einer Fälschung aufgesessen, der
Baustein ist kaputt, oder TI hat gelogen (hab ich eins vergessen?) ;-)

Unabhängig davon: Wie groß ist der Offset der DMS-Brücke? Wenn dieser
ebenfalls im mV-Bereich liegt, helfen auch Chopper & Co nicht mehr, dann
muss die Kompensation schon vor dem Verstärkereingang ansetzen.

Autor: hermy (Gast)
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ist möglicherweise irgendwas nicht temperaturkompensiert?

Autor: geb (Gast)
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>Gibt es eine Methode (IC, Schaltung....) um den Offset immer automatisch
>zu kompensieren?

Das hängt jetzt ganz von deiner Applikation ab. Sinn würde es nur 
machen, im spannungsfreien Zustand des DMS einen Nullabgleich 
durchzuführen. Wenn das Signal digitalisiert wird, braucht man ja nur 
den Offset abzuziehen. Wenn das ganze analog bleiben soll, musst du den 
Ref-Pin des INA128 mit entsprechender Spannung beaufschlagen, dass das 
Ausgangssignal 0 wird.Diese Spannung kann man entweder mit Poti oder 
einem D/A Wandler erzeugen, wobei letzters wohl wieder auf eine MC 
Schaltung führt.

Grüße

Autor: Tropenhitze (Gast)
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>Unabhängig davon: Wie groß ist der Offset der DMS-Brücke? Wenn dieser
>ebenfalls im mV-Bereich liegt, helfen auch Chopper & Co nicht mehr, dann
>muss die Kompensation schon vor dem Verstärkereingang ansetzen.

In der Regel sind die DMS bei hohem Offset defekt. Wenn man ein wenig 
Meßgenauigkeit braucht, sollte man die Kompensation durch Austausch des 
DMS vornehmen.

Autor: Steffi (Gast)
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Hallo,
danke schon mal die ganzen Vorschläge.

An den DMS kann der Fehler nicht liegen, da wir die Spannung bei 
kurzgeschlossenen Eingängen des INA128 gemessen haben. Des muss also was 
internes von den ICs sein.

Gruß Steffi

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Steffi schrieb:
> An den DMS kann der Fehler nicht liegen, da wir die Spannung bei
> kurzgeschlossenen Eingängen des INA128 gemessen haben.

Das habe ich schon so verstanden. Mein Einwand von weiter oben ging
dahin, dass es wenig Sinn hat, den Offset des Verstärkers auf Teufel-
komm-raus zu optimieren, wenn am Ende der Gesamtoffset hauptsächlich
durch die DMS-Brücke bestimmt wird.

Trotzdem scheint natürlich auch an der INA bzw. der Schaltung darumherum
etwas faul zu sein, dem auf den Grund gegangen werden muss. Vielleicht
misst du mal an allen 8 Pins des Bausteins die Spannung mit dem Multime-
ter gegen GND und postest die Ergebnisse. Am besten schaust du zusätz-
lich mit dem Oszi nach, ob an keinem der Anschlüsse das Signal schwingt
oder übermäßig verrauscht ist.

Da fällt mir gerade noch etwas ein: Arbeitest du mit einer symmetrischen
Spannungsversorgung und hast den Ref-Pin an GND angeschlossen? Wenn
nicht: Wie sieht die Versorgung und die Beschaltung des Ref-Pins aus? Da
kann man einiges falsch machen :)

Autor: tino (Gast)
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servus
der beitrag ist zwar schon sehr alt, aber ich hätte da noch eine 
variante für eine automatische offsetkompensation...

also für den fall das der verstärker auch als quad-modul zum einsatz 
kommen kann, gäbe es die möglichkeit, mit hilfe von zwei weiteren opv`s 
das offset "komplett" zu entfernen.
da es sich beim quad modul ja um vier identische typen handelt (gleicher 
temp.koeff. usw...), kannst du vom zweiten opv beide anschlüsse auf 
masse legen und mit der gleichen verstärkung (also auch gleiche 
widerstände usw) beschalten. somit wird nur das offset verstärkt, 
welches rein theoretisch und zu 99% auch das selbe ist wie von 
eigendlichen signal verstärkenden opv. mit dem dritten opv baust du dir 
einen subtr. mit verstärkung 1 auf. an dem schließt du die ausgänge der 
beiden anderen opv an.
somit wird bei jeder temperatur automatisch das offset sehr genau 
beseitigt. ein gut funktionierender filter (kondensator mit in der 
rückführung) sorgt für volle zufriedenheit.

hoffe das hilft weiter...

es funktioniert auch einwandfrei, hab es selbst aufgebaut da ich eine 
solche lösung auf arbeit auch entwerfen musste für pyro- und 
thermopiledetektoren...

tschö!

Autor: Ulrich (Gast)
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Der konsequente Weg gegen Offsets bei einer DMS Brücke ist es die Brücke 
nicht mit Gleichspannung anzuregen, sondern mit Wechselspannung. Als 
Nebeneffekt hift das auch gegen das 1/f Rauschen.

Autor: Oktoberfestbesucher (Gast)
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Der Beitrag ist zwar schon sehr alt, aber ich hoffe, meine Lösung des 
Problems ist für ander doch noch interressant.

Steffi schreibt, sie hätte den Offset bei kurzgeschlossenem Eingang 
gemessen.

Ich vermute, die beiden Eingänge des Instrumentenverstärkers waren dabei 
nicht mit einer auf Masse referenzierten Spannung verbunden!

Autor: Oktoberfestbesucher (Gast)
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Ulrich schrieb:
> Der konsequente Weg gegen Offsets bei einer DMS Brücke ist es die Brücke
> nicht mit Gleichspannung anzuregen, sondern mit Wechselspannung. Als
> Nebeneffekt hift das auch gegen das 1/f Rauschen.
>

Finde ich sehr gute Idee!
Hättest du dazu mal bitte einen konkreten Schaltplan etc. ?

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo Steffi,
bei einem Wechselspannungssignal kann man mit einen I - Regler den 
Offset kompensieren. Also ein simpler Integrator auf den virtuellen GND 
führen.
Gruss Klaus.

Autor: Ulrich (Gast)
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Eine Schaltung für die "Wechselstromanregung" findet sich z.B. bei LT in 
Appl. Note 96 . Ist da aber mehr ein umschalten der Polarität mit 
MOSFETs.

Echte Wechselspannung (z.B. 10 kHz) kenne ich von älteren DMS 
Verstärkern von HBM.

Wenn man mit Wechselspannung mißt, ist der Offset nicht mehr so wichtig. 
Da reicht dann ein einmaliger abgleich oder es geht auch ganz ohne.

Autor: Nikolai (Gast)
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Mh, eine tolle Möglichkeit Offsets zu kompensieren in weitaus höhrere 
Größenordnnung als das Signal sind Feedback-Verstärker.

Sie bieten eine Stromrückführung und der vom DC-Anteil verursachte Strom 
kann so vor der Verstärkung kompensiert werden. Hier kann auch direkt 
ein Temperatureinfluss ausgemerzt werden.

Zu den vorherhigen Beiträgen kann ich nur folgende Stichworte nennen:

Modulationsverstärker, Trägerfrequenzverfahren, Demodulation, 
Additionstheoreme, Bandpässe ...

genauer ausführen möchte ich das somit nicht ...

schöne Grüße
Ehrhardt

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