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.
Angehängte Dateien:
-
brueckenschaltung.gif
24 KB
>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.
Und die 5V sollten von einer Referenz kommen. Und die Spannungsabgriffe wuerde man mit Kondensatoren stabilisieren.
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 LT5400 http://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.
Ein Poti(Schleifer) zu nehmen ist da eine ganz schlechte Idee. Du solltest eine Lösung ohne Schleifer suchen.
>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 ;)
Zuerst mit einem Oszi nachschauen, ob ein 50Hz Signal oder ein Rauschen da ist.
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.
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