Hallo,
ich brauche Eure Hilfe. Ich habe eine Widerstandsbrücke mit einem
nominalen Brückenwiderstand von ca. 6 kOhm. Leider ist das Sensorsignal
klein, da lediglich 3mV/V bei max. möglicher 3 V Versorgung
herauskommen. Das Sensorsignal muß bis auf ca. 30µV aufgelöst werden.
Die bisherigen Versuche sind nicht optimal, da zum einen die
VErsorgungsspannung nicht weiter erhöht werden kann, zum anderen mit 100
Hz abgetastet werden muß. Zusätzlich ist das Sensorsignal am ADU relativ
stark verrauscht.
Bisher habe ich nur klassische Brückenverstärker aufgebaut. Mir wurde
von verschiedenen Seiten der Aufbau eines Trägerfrequenzverstärkers
empfohlen. Es sollen somit unter anderem das Rauschen und der vorhandene
Offset besser in den Griff zu bekommen sein.
Hat jemand für den ersten Einstieg eine funktionierende Grundlage ? Gibt
es fertige ICs für Trägerfrequenzerzeugung mit Filter und Gleichrichtung
?
Für Ideen wäre ich dankbar.
Frank
Das heißt, du willst die Brücke dann mit einer höheren Frequenz
betreiben? Du weißt schon, daß du dann nur noch rein ohmsche Widerstände
messen kannst, oder? Beispielsweise einen Trafo oder die Wicklung eines
BLDC-Motors oder ähnliches geht dann schief bzw. bringt einen Fehler in
die Messung. Abhängig von der Frequenz und der Induktivität.
Wenn du bei Gleichspannung bleiben möchtest, dann such doch mal nach
integrierten Brückenverstärkern, Instrumentationsverstärkern,
chopper-stabilisiert. Ich denke, das ist der bessere Weg.
Ich hoffe, ich hab dich richtig verstanden?
Die Brücke ist am Ende der Kette an einen AD-Wandler (16 Bit)
angeschlossen. Der Mikrocontroller sampelt mit 100 Hz den Analogwert der
Verstärkerschaltung. Die Brücke ist aus Widerständen aufgebaut (keine
INduktivitäten). Als Brückenverstärker benutze ich bereit einen
integrierten Verstärker (AD8421). Doch durch die sehr kleinen Signale
ist gerade im unteren Messbereich großes Rauschen. Ich vermute dabei,
daß der große Brückenwiderstand bei kleiner Brückenspeisespannung (3V)
dazu beiträgt.
Schau dir mal die AD620 und LT1167 an. Kleines CMR und kleine
Offsetdrift.
Der LTC1150 hat eine sehr kleine Temperaturdrift, auch wichtig bei
Meßbrücken. Er ist intern chopper-stabilisiert. Oder der TLC2652, der
ist noch besser (3nV/K).
Die Betriebsspannung für die eigentliche Brücke hast du auch gesiebt und
gefiltert? Da kommt schon durch eine "normale" Stabilisierung viel
Rauschen mit rein. Da muß man mehr tun.
Die Versorgungsspannung der Brücke ist schon ganz schön gesiebt. der
gemessene AC-Wert liegt derzeit bei ca 50 µV. Besser wird es natürlich
mit mehr Aufwand.
Vorschlag: Schau dir doch mal die Brückenspannung mit dem Oszi an
(AC-Eingang und dann die Empfindlichkeit hoch, damit du paar µV siehst).
Vielleicht liegts ja doch an der Spannung? Elkos bringen auch Rauschen
rein, Kerkos sind da besser. Allerding haben die oft auch einen
Mikrofonie-Effekt, also nehmen Schwingungen der Umgebung auf, z.B.
Geräusche. Dann sind auch Folien-Cs geeignet.
Die Mikrofonie kannst du feststellen, wenn du mit einem isolierten
Gegenstand in der Nähe des C's auf die Platine tippst. Wenn du dann eine
Schwankung siehst, kann es davon kommen.
Mit meinem Oszi ist das schwierig, da nur min. 2 mV/Div möglich sind und
die nicht gerade toll. Mit meinem Multimeter messe ich zwar nur
gemittelt aber die bis wenige µV.
Die Idee ist also mehr Kapazität an die Brückenspeisespannung ?
Ich hatte schon verschiedenes getestet. ZUm einen verwende ich jetzt
einen LDO mit Filter und Cs, vorher hatte ich schon mal eine
Referenzspannung mit Nachbrenner. Das ging zwar etwas besser, aber am
Sensorrauschen hat es nicht viel geändert.
Es ist eben immer schwierig rauszufinden, wo das Rauschen einstreut.
Kann auch beim Meß-Signal sein, also beim Brückenausgang, der zum ADC
geht. Wenn beispielsweise in den Leiterzug etwas einstreut (kapazitiv)
oder induziert wird (induktiv), dann kannst du die kaum mehr beseitigen.
Kann auch der ADC selbst sein mit seiner Versorgung. Eventuell auch
seine Referenzspannung noch filtern. Allgemein vielleicht ungünstige
Leiterführung auf der Platine. Das ist ein weites Feld, so kleine
Signale zu erfassen...
Vielleicht kannst du auch was mit PicoStrain anfangen:
http://www.acam.de/index.php?id=17&L=0
Die machen auch Meßschaltungen mit Brücken, Dehnmeßstreifen usw. im ganz
kleinen Bereich.
Das würde schon Vorteile bringen. Wenn du z.B. eine Wechselspannung mit
ein paar kHz für die Speisung der Brücke nimmst, dann kannst du das
Signal, was aus der Brücke kommt, mit einem schmalbandigen Verstärker
gut verstärken. Das geht auf jeden Fall besser als mit DC. Am Ende mußt
du dann die verstärkte Wechselspannung messen. Kannst also nicht mehr
direkt auf den ADC gehen. Und wenn du die Richtung der Abweichung
feststellen willst, dann kannst du das nur über eine Auswertung der
Phasenlage im Vergleich zum Originalsignal machen. Ist eben ein Stück
mehr Aufwand. Wenn es dir nur auf das Feststellen des Brückennulls
ankommt, brauchst du natürlich keine Phase.
Eben, ich habe nur Druck- keine Zugbelastung.
Gibt es Schaltungstips für so was, da ich damit noch nicht gearbeitet
habe. Ich würde sonst ganz einfach diskret beginnen. Evtl. gibt es ICs
mit den wesentlichen Komponenten fertig ?
So spontan hab ich jetzt leider keine Schaltung parat. Aber nochmal das
Prinzip. Du bekommst aus deiner Brücke eine kleine Wechselspannung. Um
die messen zu können, verstärkst du sie beispielsweise um den Faktor
1000. Damit hast du aus µV schonmal mV gemacht. Wenn das nicht reicht,
dann eben einen größeren Faktor. Die resultierende Spannung mußt du dann
entsprechend auswerten, also messen. Da kommt es natürlich darauf an, ob
du den Effektivwert oder den Spitzenwert der Wechselspannung messen
willst. Im einfachsten Fall machst du eine Gleichrichtung, dahinter
einen Kondensator zur Glättung der Spannung und diese Gleichspannung
kannst du messen.
Die andere Möglichkeit ist die, daß du die Wechselspannung mit
Verstärkung auf einen Wertebereich bringst, den dein ADC haben möchte
und verträgt. Wenn der ADC nur im positiven Bereich messen kann, muß die
Wechselspannung mit einem Offset in den positiven Bereich geschoben
werden. Jetzt kannst du durch schnelle Abtastung der Kurvenform die
Wechselspannung direkt messen, also beispielsweise den Spitzenwert
bestimmen und auch den Effektivwert berechnen.
Also Meßbrücke -> Wechselspannung verstärken -> Wechselspanung messen
Fertige Ic's fallen mir spanton nicht ein. Ausser einem Asic von HBM,
den verkaufen die aber nicht. Ist aber trotzdem ein guter Einstieg,
z.B.:
http://www.hbm.com/fileadmin/mediapool/techarticles/2001/High_Precision.pdfich schrieb:> Also Meßbrücke -> Wechselspannung verstärken -> Wechselspanung messen
Das ist etwas zu kurz gesprungen. Man benötigt eine Phasenempfindliche
Gleichrichtung, sonst geht das Vorzeichen flöten.
Weiteres Stichwort: Lock In Verstärker (Amplifier)
gk
Falls Deine begrenzte Versorgungsspannung aus der maximalen
Verlustleistung der Brücke kommt, kann man auch versuchen diese getaktet
zu Versorgen. Dutycycle 10% dafür 3-fache Amplitude der
Versorgungsspannung.
viel Erfolg
Hauspapa
gk schrieb:> ich schrieb:>> Also Meßbrücke -> Wechselspannung verstärken -> Wechselspanung messen>> Das ist etwas zu kurz gesprungen. Man benötigt eine Phasenempfindliche> Gleichrichtung, sonst geht das Vorzeichen flöten.
Stimmt, genau das gleiche hatte ich auch erwähnt :-)
ich schrieb:> dann kannst du das nur über eine Auswertung der> Phasenlage...
Aber Frank meinte, das braucht er nicht.
Frank schrieb:> Eben, ich habe nur Druck- keine Zugbelastung.
Aber allgemein hast du schon recht :-)
an Hauspapa:
das mit der gepulsten Versorgung der Brücke stimmt, geht aber hier nicht
durch weitere Randbedingungen.
Das Vorzeichen ist mir im Prinzip so erst mal egal, da ich
ausschließlich nur Druckbelastungen sehe.
Gibt es für die Wechselspeisespannung der Brücke noch etwas zu beachten
? Es ist sicherlich günstiger ein sinusförmiges Signal zu generieren, da
sonst die Störabstrahlung bei rechteckförmiger Speisung eher
problematisch wird ?
Bei Wechselspannung an einer Brücke gilt: die beiden Teilspannungen an
der Diagonale müssen nach Betrag UND Phase gleich sein.
Die Brücke muss wegen unterschiedlicher Zuleitungskapazitäten auch
kapazitiv mit C-Trimmer auf Null abgeglichen werden. Sonst hat sie im
Spannungsverlauf nur ein Minimum anstelle eines echten Nulldurchgangs.
Außerdem wird ohne Abgleich das Minimum in einer bogenförmigen Kurve
angegangen, die Kennlinie ist also bei kleinen Spannungen nicht gerade.
Da Dioden Anlaufspannung und krumme Kennlinie haben, muss man die
Gleichrichtung per elektronischem Schalter (Synchrongleichrichter)
durchführen. Sonst wirds mit dem Gleichrichten im mV- oder
Zehntel-V-Bereich nichts ordentliches.
Zur Not kann man auch eine der üblichen Gleichrichterschaltungen mit
Op-Amp und zwei Dioden nehmen. Die sind bei kleinen Spannungen auch
recht linear.
