Hallo Leute,
ich lese schon seit längerem hier im Forum das ein oder andere mit und
wurde jetzt selbst vor ein Problem gestellt, bei dem mir etwas Hilfe gut
tun könnte.
Meine Aufgabe ist es einen Kraftmesser zu imitieren. In diesen sind
Wheatstonesche Brücke mittels Dehnungsmessstreifen verschaltet, sodass
über die Brückenspannung auf die Kraft rückgeschlossen werden kann.
Meine Brücke soll mittels Poti von -12,5mV bis +12,5mV einstellbar sein.
Der Entwurf findet sich im Anhang und funktioniert auch soweit.
Jetzt das Problem: Der Messverstärker, der das Signal aufarbeitet und
anzeigt ist sehr hochauflösend (bis in den nV Bereich - nein ich habe
mich nicht veschrieben). Das Signal meiner Brücke schwankt jetzt leider
um ca. 1000 Digits (also 1000nV). Meinen Betreuer und auch mich würde es
freuen, wenn man diese Schwankungen reduzieren könnte.
Meine Ideen:
1. Zwischen -Ub und Masse sowie +Ub und Masse große Kondensatoren setzen
2. Metallschichtwiderstande mit 1% Toleranz verwenden (Momentan sind es
0815 Widerstände mit 5%)
Was meint ihr?
Gruß M.W.
>Meine Ideen:
Schritt für Schritt ...
3. z.B. Störeinflüsse wie Sparlampen in der Nähe vermeiden
4. Miss erst mal die kurzgeschlossenen Messkabel. Evtl. läuft auch der
Verstärker weg?
5. Sorge für eine saubere Spannungsquelle zum Vergleich
6. Schau Dir ähnliche Aufbauten an....
Wenn du in diesem Bereich misst, dann darfst du auch so tolle Sachen
realisieren wie eine stabilisierte Temperatur, damit du das thermische
Rauschen unterdrückst. Dazu kannst du davon ausgehen, dass dein Poti an
sich schon eine schöne Rauschquelle ist.
Also die Temperatur kann hier im Labor auf ca. 0,5 °C konstant gehalten
werden. Ich glaube das sollte ausreichen.
Dass das Poti nicht rauschfrei ist, ist klar. Deshalb die Frage: Wie
kann man das am besten unterdrücken?
Die obige Schaltung ist nicht dein Ernst?
Den Einstellbereich auf die +-12mV einschränken sollte eigentlich
machbar sein?
Mit diesem Einstellbereich kann es natürlich nicht gehen.
Was ist der Poti für ein Typ? Metall? Kohle????
Wenn es auf µV genau sein soll, muss man auch Thermospannungen /
Temperaturunterschiede beachten.
Nimm anständige Widerstände und sorge für einen thermischen
Gleichlauf(Arrays, Halbbrücken). Die Potis gehören nicht in den
Strompfad, sondern in Nebenschluss. Anbei ein Link zur Doku eines
professionellen Gerätes:
http://www.hbm.com.pl/pdf/a0833.pdf
gk
Denke mal über ein anderes Prinzip nach: nicht die benötigte Spannung
direkt erzeugen, sondern z.B. um den Faktor 500 höhergesetzt und ganz
zum Schluss einen 499:1 Teiler, der die Spannung (und die Fehler!)
herunterteilt.
Da kann man sich bezüglich Rauschen, Driften usw. auf den
Spannungsteiler konzentrieren.
Wenn Du sowieso ein Poti verwendest, so sind die Toleranzen der
Widerstände unwichtig.
Viel wichtiger ist die thermische Stabilität und wenn Du schon auf die
obige Weise einen Abgleich vornehmen willst, ein kleines Vielgangpoti
von z.B. 50Ohm in Reihe mit einem Widerstand von z.B. 180Ohm um beim
obigen Beispiel zu bleiben.
0815 Widerstände reichen da nicht, 4711 und besser ist hier gefragt.
Im LT5400http://www.linear.com/product/LT5400 sind 4 präzise
aufeinander abgestimmte Widerstände enthalten. Der absolute Wert ist
zwar sehr toleranzbehaftet, die Werte untereinander sind aber zu diesem
Preis imho unschlagbar. Da reicht dann auch ein Poti aus, dazu wurde ja
oben schon geschrieben.
Arno
>Und die 5V sollten von einer Referenz kommen.
Das Prinzip der Brücke beinhaltet eine relativ große Unabhängigkeit der
Messspannung von der Versorgungsspannung.
Natürlich kann eine saubere und stabile Spannung nie schaden.
Hilfreich könnte es auch sein 3 gleiche Widerstände zu verwenden. Nach
dem Motto: Egal wohin, sie laufen ähnlich schnell und in ähnliche
Richtung.
>Das Prinzip der Brücke beinhaltet eine relativ große Unabhängigkeit der
Messspannung von der Versorgungsspannung.
Ja. Wenn man die Spannung ueber der Bruecke als Referenz verwendet.
Sonst geht die Spannung ueber der Bruecke voll in die Rechnung ein.
Wurzel schrieb:> Die obige Schaltung ist nicht dein Ernst?> Den Einstellbereich auf die +-12mV einschränken sollte eigentlich> machbar sein?> Mit diesem Einstellbereich kann es natürlich nicht gehen.> Was ist der Poti für ein Typ? Metall? Kohle????> Wenn es auf µV genau sein soll, muss man auch Thermospannungen /> Temperaturunterschiede beachten.
Wieso soll das nicht mein Ernst sein? Rechnung und Messung haben
bestätigt, dass ich die +-12mV erreiche. An die Schwankungen hatte ich
zunächst nicht gedacht.
Zu der 5v-Referenz-Diskusion: Diese werden vom Verstärker gestellt und
sind hochstabil (sollte man zumindest bei eine 40.000€ Verstärker von
ausgehen können)
> Denke mal über ein anderes Prinzip nach: nicht die benötigte Spannung> direkt erzeugen, sondern z.B. um den Faktor 500 höhergesetzt und ganz> zum Schluss einen 499:1 Teiler, der die Spannung (und die Fehler!)> herunterteilt.
Das könnte ich mal ausprobieren. Wenn ich z.B. 100:1 nehmen würde, soll
ich die 1,2V dann auch mit einer Brücke realisieren?
Danke schonmal für die Antworten
In welchem Frequenzbereich arbeitet denn die Brücke? Oder etwa DC?
In jedem Fall die Potis rauswerfen, Metallschichtwiderstände rein,
kleine Stromschleifenflächen schaffen, abschirmen, eventuell mehrfach
mit intelligent gewählten Fußpunkten. Auf Batterieversorgung umsteigen
(!!!) und zusätzlich Spannung mit großem Elko filtern. Elko auf kleinen
Reststrom selektieren und nach dem Einschalten 24 Stunden warten, bis
der Abnahmerestrom einen Tiefstwert erreicht hat. Der Batterie dürfen
nur kleine Ströme entnommen werden, weil sonst das Rauschen wieder
ansteigt. Eventuell auf einen Gyrator mit riesiger Zeitkonstante
umsteigen. Für den Elko dort gilt das gleiche wie woben.
Rauschmäßig besser ist es, eine AC-Brücke zu verwenden. Dann bist du aus
dem Offsetspannungsbereich und dem 1/f Rauschen der Bauteile heraus.
Marvin W. schrieb:> Deshalb die Frage: Wie kann man das am besten unterdrücken?
Unterdrücken hilft nicht unbedingt, weil du die niederfrequenten Anteile
immer noch als Drift siehst. Am besten, du verhinderst es, indem du
richtig kräftig kühlst.
Kai Klaas schrieb:> Rauschmäßig besser ist es, eine AC-Brücke zu verwenden. Dann bist du aus> dem Offsetspannungsbereich und dem 1/f Rauschen der Bauteile heraus.
Wenn man dann noch einen Synchrongleichrichter mit nachgeschaltetem
Tiefpass (Lock-In Verstärker) verwendet, läßt sich die
Detektorbandbreite, und damit die Rauschleistung, noch mal kräftig
reduzieren.
>Wenn man dann noch einen Synchrongleichrichter mit nachgeschaltetem>Tiefpass (Lock-In Verstärker) verwendet, läßt sich die>Detektorbandbreite, und damit die Rauschleistung, noch mal kräftig>reduzieren.
Genau. Damit geht es dann an die Grenze des physikalisch Machbaren...
Ich hoffe, die Materialkombinationen der Leitungen und der sonstigen
Bauteile sind bereits ausreichend berücksichtigt?
Ich hatte vor längerer Zeit mit eichfähigen Waagensteuerungen zu tun.
Bei denen war nicht die Elektronik, sondern "nur" der dumme Stecker am
Meßeingang das größte Problem. Die relativ geringe Temperaturdifferenz
von weniger als 5K quer über den Meßverstärker hatte uns damals die
Eichung auf 16.000 Skalenteile versaut. Zu der Zeit war das high tech.
Das wurde bereinigt, indem alle Leiter bis zum Meßverstärker-IC aus der
gleichen Legierung hergestellt wurden. Stecker, Kabel, Platine. Verdammt
teuer.
Damit möchte ich ich nur darauf aufmerksam machen, was so alles schief
gehen kann beim Messen von Nanovolt. Aus leidvoller Erfahrung ;)
Danke für die vielen Tipps!
Habe jetzt zunächst einmal vier gleiche 976 Ohm Widerstände (2%)
genommen und zwischen +Ub/-Ub und Masse jeweils einen 1000µF Kondensator
geschaltet. Dann noch eine kleine Kupferleitung zwischen R1 und R3. Zum
Schluss aus alten Platinenresten ein kleines Gehäuse gebaut, um es
elektromagnetisch abzuschirmen...
Und siehe da: Jetzt schwankt es nur noch in der aller letzten
Nachkommastelle minimal hin und her (alle 20-30 Sek. eine Änderung),
damit kann ich leben und mein Betreuer sicherlich auch.
Marvin W. schrieb:> zwischen +Ub/-Ub und Masse jeweils einen 1000µF Kondensator geschaltet.
Sorry, aber Kondensatoren gehören da nicht hinein. So ein Kalibrator
soll die Ausgangsspannung eines Kraftsensors mit DMS simulieren. Dazu
muss der Eingangswiderstand und der Ausgangswiderstand der Brücke
stimmen, siehe das von mir gepostete Datenblatt. Einen Kondensator hat
der Kraftaufnehmer auch nicht eingebaut. Bei DC stört der Kondensator
zwar nicht, aber bei Trägerfrequenzmessverstärkern. Außerden bekäme er
Wechselspannung ab.
Die exakte Einhaltung des Ausgangswiderstandes der Brücke ist heutzutage
nicht mehr so kritisch, da die Eingangsimpdanzen der heutigen
Messverstärker meistens sehr hoch sind.
gk
Das der Verstärker mit AC arbeitet habe ich auch gerade erst bemerkt (im
Hnadbuch steht lediglich Speisespannung 2,5;5;10 V aber nicht ob AC oder
DC), erst eine Messung der Speisespannung hat gerade gezeigt, dass es AC
ist.
Der Ausgangswiderstand ist tatsächlich nicht kritisch (laut Datenblatt
von 150 bis 4000 Ohm zulässig)
Ich werde jetzt die Kondesantoren wieder rausnehmen und mal schauen wie
sich die vier gleichen Widerstände im Langzeittest machen.
Da ich allerdings nur noch bis Freitag hier mein Praktikum habe, werde
ich wohl meinem Betreuer sagen müssen, dass das nichts mehr wird.
Danke dennoch an alle fleißgen Tippgeber
>Habe jetzt zunächst einmal vier gleiche 976 Ohm Widerstände (2%)>genommen.
... Spielverderber.
In einer Brücke sind normalerweise höchstens drei gleiche Widerstände
(ohne Abgleich) plus ein Dingsbums.
Es sei denn Du willst eine Widerstandsserie analysieren.
