Guten Morgen,
ich versuche derzeit einen Instrumentenverstärker für einen
Dehnungsmessstreifen zu bauen. Habe noch ein paar OPAmps UA741CN
gefunden. Leider scheine ich irgendwas falsch zu machen oder ich habe
die Schaltung einfach nicht verstanden. Als Grundlage habe ich diesen
Plan genommen:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Der_Instrumenten-Verst.C3.A4rker
Anstelle der verwendeten OPAMPS habe ich die UA741 eingesetzt und
entsprechend die Pinbelegung angepasst. Als Widerstandswerte habe ich
für R1=27k, R2=39k und R2=56Ohm. Als Betriebsspannung habe ich 5V
anliegen die ich aus einem über USB angeschlossenen ArduinoNano beziehe
(den möchte ich auch zur Auswertung verwenden) Den Ausgang des
Instrumentenverstärkers habe ich auf den Analogpin des MCs gelegt und
mit einem 1M Widerstand auf Masse gezogen. Zum testen habe ich UE1 und
UE2 auf Masse gelegt, somit sollte ich doch eine Differenz von 0 haben
und somit sollte auch am Ausgang aller ICs jeweils 0V anliegen oder
nicht? Vielleicht kann mir ja jemand helfen. Vielen Dank!
> Als Betriebsspannung habe ich 5V
Nur 5V? Das wird nichts mit dem uA741. Da hast du nur ein sehr kleines
Fenster für den Common Mode Bereich der Eingangsspannung und auch die
mögliche Ausgangsspannung ist stark eingeschränkt. Gib dem am besten
+/-9V.
Alf schrieb:> Als Betriebsspannung habe ich 5V> anliegen die ich aus einem über USB angeschlossenen ArduinoNano beziehe
Ja, nee, dieser Instrumentenverstärker benötigt eine zu GND symetrische
Betriebsspannung, die bei den alten 741 auch ruhig etwa höher sein darf.
Symmetrisch heisst, das an die positive Versorgung der Opamp z.B. +5V
kommt, die du vom Arduino ziehen könntest, an die negative Versorgung
aber -5V bezogen auf GND, die der Arduino nicht liefert.
Diese -5V kannst du mit einem extra 5V Netzteil herstellen, welches mit
dem +Anschluss auf GND gelegt wird und an seinem -Anschluss dann die
geforderten -5V liefert. Du kannst auch einen kleine Ladungspumpe
verwenden, wie etwa den ICL7660, der aus einer positiven eine negative
Versorgung macht.
Auch ein MAX232 kann als Quelle für +10V und -10V herhalten.
Alf schrieb:> ich versuche derzeit einen Instrumentenverstärker für einen> Dehnungsmessstreifen zu bauen. Habe noch ein paar OPAmps UA741CN> gefunden.
Hast Du die in Ägypten ausgegraben? Dieser Grossvater der OPVs ist
mit einer solch anspruchsvollen Meßaufgabe eindeutig überfordert.
Nimm einen fertigen, integrierten Instrumentenverstärker.
Gruss
Harald
Der UA741 geht einfach nicht mit 5 V. Auch sonst sind mit so einem OP
die Fehler recht groß und machen die einfache Auswertung mit
Gleichspannung schwer. Da wäre die etwas kompliziertere Anregung der
Brücke mit Wechselspannung angebracht - dann könnte man den µC741 oder
was ähnlich antikes auch noch nutzen.
Wow das ging schnell! Danke für die Tipps. Dachte ich könnte mir das
Geld für einen INA128 sparen ;) Die Spannungsproblematik ist aber soweit
ich das beurteilen kann bei beiden Varianten die selbe oder? Jedenfalls
ist auch beim INA128 von +-18V Supplyvoltage die Rede. Dann werde ich
mal sehen ob ich aus den beiden von Matthias beschriebenen ICs eine
entsprechende Versorgungsspannung hinbekomme und bestelle mir einen
sündhaft teuren INA128.
Ein uA741 ist komplett ungeeignet, bloss weil du den rumliegen hast,
gibt es keinen Grund, den Schrott auch zu verbauen.
Seine Offsetspannung ist weit grösser als das, was der
Dehnungsmesstreifen liefert, und mit 5V hast du nicht mal 1/6 der
notwendigen Versorgungsspannung, eher +15V und -15V sind nötig.
Tu dir selbst einen Gefallen und kauf einfach mal nach 40 Jahren einen
neuen OpAmp, beispielsweise einen INA155 von Reichelt, der geht mit 5V,
ist präzise und hat den Instrumentenverstärker schon drin.
MaWin schrieb:> Ein uA741 ist komplett ungeeignet, bloss weil du den rumliegen hast,> gibt es keinen Grund, den Schrott auch zu verbauen.
Den kann er verwenden, aber nur wenn er als CPU noch einen 8080 mit 3
Spannungen einsetzt. Inclusive 2708 Eprom :=)
Alf schrieb:> UA741CN> ...ich werde sie direkt der Entsorgung zuführen ;-)
Naja, für einfachere Anwendungen, z.B. einen Batteriewächter
ist der durchaus noch geeignet.
Nagut dann werde ich sie wieder zurücklegen und in 10 Jahren wieder
herauskramen.. Den INA155 gibt es ja leider nur in den kleinen Gehäusen.
Damit wäre dann doch der 128 wieder interessant. Den könnte ich dann
auch wieder selbst auf einer Platine zusammenlöten ohne dass ich mir was
ätzen lassen müsste.
MaWin schrieb:> Ein uA741 ist komplett ungeeignet, bloss weil du den rumliegen hast,> gibt es keinen Grund, den Schrott auch zu verbauen.>> Seine Offsetspannung ist weit grösser als das, was der> Dehnungsmesstreifen liefert,
Stört das? Der Offset der Messbrücke selbst wird voraussichtlich noch
viel größer sein, so dass man sowieso einen Offsetabgleich braucht.
Wichtiger wäre die Temperaturdrift der Offsetspannung, aber da schneidet
auch der von dir vorgschlagene INA155 nicht besonders gut ab. Deutlich
besser (und ebenfalls Rail-to-Rail) wäre der INA333.
Aber auch den INA333 gibt es nicht im DIP-Gehäuse. Evtl. käme deswegen
noch der INA118 in Frage, der aber leider ein ganzes Stück teurer ist.
Wenn du den Instrumentenverstärker unbedingt aus einzelnen Opamps
aufbauen möchtest und das Ganze spottbillig werden soll, könntest du
noch den MCP6004 (DIP, 4fach, rail-to-rail, 0,43€) in Betracht ziehen.
Der hat zwar einen noch größeren Offsetfehler als der µA741, aber eine
relativ niedrige Temperaturdrift.
>Hast Du die in Ägypten ausgegraben? Dieser Grossvater der OPVs ist>mit einer solch anspruchsvollen Meßaufgabe eindeutig überfordert.
So so... Vor nicht allzu langer Zeit gab es bezahlbar und beschaffbar
nur den 741 und 3140 und eine Handvoll diskrete FETs und BJTs. Es soll
sogar Leute gegeben haben, die damit funktionierende Schaltungen
zusammenbauen konnten...
Wie Yalu schon richtig gesagt hat: Eigentlich relevant ist nicht die
Höhe der Offsetspannung, sondern nur deren Temperatur- und
Langzeitdrift.
Alf schrieb:> Jedenfalls> ist auch beim INA128 von +-18V Supplyvoltage die Rede.
Das sind aber die max. erlaubten Spannungen (Zerstörgrenze!). In welchem
Spannungsbereich er wie funktioniert kann man aus den Daten und
Diagrammen im Datenblatt weiter unten herausfinden.
Gruß Dietrich
Kai Klaas schrieb:> So so... Vor nicht allzu langer Zeit gab es bezahlbar und beschaffbar> nur den 741 und 3140 und eine Handvoll diskrete FETs und BJTs. Es soll> sogar Leute gegeben haben, die damit funktionierende Schaltungen> zusammenbauen konnten...
Das war zu Zeiten der TTL-Gräber, als ein DVM vom Schlage eines ICL7107
noch 2 Eurokarten umfasste und eine 3. für die Stromversorgung benötigte
und eine halbe Stunde warmlaufen mußte :-)
Das wichtige an diesem Verstärker ist neben dem Opamp die Gleichheit der
jeweils 2 Widerständde. Die sollten schon 0,1% genau und einen
Tk<25ppm/°C haben.
Je nach Anforderungen die man an die Schaltung hat, kommt man auch mit
einem OP für die Brückenverstärkung aus. Das ist nicht so universell,
weil die Verstärkung vom Widerstand der Brücke abhängt, aber es geht
auch. In der günstigen Variante würde da etwa ein MCP6V... (nicht als
DIP, aber günstig - einen ICL7650 gibt es auch als DIP) und eine
einfacher OP wie MCP600x ausreichen.
Auch wenn man den Instrumentenverstärker von Hand aufbaut, sind die
Anforderungen an die Widerstände nicht so extrem hoch und nur 2 der OPs
müssen wirklich gut sein.
Je nach Aufwand, den man in der Software treiben will, könnte man die
Brücke auch mit Wechselspannung treiben, und dann ggf. auch mit normalen
OPs wie MCP6004 auskommen (allerdings dazu 1xPWM Ausgang und ggf. 2xADC
am µC). Wegen Oversampling und Unterdrückung von 1/f Rauschen muss die
Lösung auch gar nicht so schlecht sein.
> So so... Vor nicht allzu langer Zeit gab es bezahlbar und beschaffbar> nur den 741 und 3140 und eine Handvoll diskrete FETs und BJTs. Es soll> sogar Leute gegeben haben, die damit funktionierende Schaltungen> zusammenbauen konnten...
Ja das konnten die damals. Ich habe schon Geraete in der Analysentechnik
gesehen wo sowas gemacht wurde. War ja auch viel billiger als die
diskret aufgebauten Teile davor. Aber damals gab es auch
5-10Ableichpunkte in der Schaltung und das Geraet hat 5-20tDM gekostet
und wenn der Servicetechniker vorbei kam und ein mehrstuendiger
Neuabgleich notwendig war, war das auch okay.
Ein CA3140 hat sicher auch heute noch einen gewissen Charme, aber mit
LM741 wuerde ich wirklich nichts mehr machen. Schon garnicht wenn man
nur eine Versorgungsspannung von 3.3 oder 5V hat.
Hm..aber vielleicht kommt er ja irgendwann mal wieder in Mode, so wie
heute die alten Roehre. Aber dann nur in TO99!
Olaf
In der Zwischenzeit habe ich mir zwei 9V Batterien besorgt und das ganze
ausprobiert, wie erwartet ist das Ergebnis äußerst ungenau. Die Werte
schwanken eigentlich permanent, aber immerhin lässt sich eine Tendenz
erkennen. Der Dehnungsmesstreifen befindet sich nach wie vor in einer
alten Waage, so dass ich die Werte gleichzeitig ablesen kann. Im Anhang
befindet sich ein erster Entwurf meines Schaltplans mit dem INA128.
Sieht mir schon fast zu einfach aus als dass es zuverlässig
funktionieren könnte.
Was ist jetzt eigentlich daran zu schwer, Figure 5 aus dem Datenblatt
unfallfrei abzuzeichnen?
Neun, man stellt die Verstärkung nicht über den vollen Bereich mit einem
Poti ein.
Ulrich H. schrieb:> Je nach Aufwand, den man in der Software treiben will, könnte man die> Brücke auch mit Wechselspannung treiben, und dann ggf. auch mit normalen> OPs wie MCP6004 auskommen (allerdings dazu 1xPWM Ausgang und ggf. 2xADC> am µC). Wegen Oversampling und Unterdrückung von 1/f Rauschen muss die> Lösung auch gar nicht so schlecht sein.
Mir ist noch nicht klar ob und wie ich das Messergebnis mit
Wechselspannung posiv beeinflussen kann. Ich hätte das jetzt ganz normal
mit Gleichspannung betrieben oder ist das undenkbar? Softwaretechnisch
wollte ich einfach ein paar Messwerte aufnehmen und den Mittelwert davon
berechnen um genauer zu werden. Später wollte ich dann ein paar
Wertepaare aufnehmen (analogwert/Gewicht) (Waage ist ja noch in betrieb)
und daraus eine Formel gewinnen mit der ich das Gewicht berechnen kann.
Die Messung mit Wechselspannung hat schon ein paar Vorteile, aber auch
Nachteile: zum einen muss man die Wechselspannung generieren und
konstant halten oder in der Größe messen - das ist mit Gleichspannung
deutlich einfacher. Einen neuen Wert bekommt man bei Wechselspannung
auch erst frühestens nach einer Periode. Als Vorteile entfallen die DC
Offsets und auch Fehler durch Thermospannungen fast vollständig. Das
gilt auch für den ADC, wenn man die Demodulation in Software mach. Ein
Fehler von 1 µV kommt bei Gleichspannung schon schnell mal zusammen, vor
allem wenn die Temperatur schwankt. Außerdem entfällt das 1/f Rauschen
des Verstärkers größtenteils und man kann durch die mehrfache Abtastung
der Wechselspannung oft besser Fehler des ADCs raus mitteln als bei
Gleichspannung.
Wenn die Temperatur stabil ist, kann man die gewünschte Genauigkeit wohl
gerade so auch mit Gleichspannung erreichen. Ganz einfach ist das aber
nicht. Ich würde schätzen das es mit Wechselspannung einfacher (von der
Hardware) wird.
Ich muss gestehen dass ich wohl etwas Naiv an die Sache herangegangen
bin. Von Thermospannungen habe ich bisher noch nichts gehört aber wie
ich so lese ist das Thema wohl durchaus relevant und kann schnell auch
höher als 1uV ausfallen. Das rosa Rauschen nimmt mit steigender Frequenz
ab, fraglich ist ob die Arduino PWM mit 500Hz hierfür ausreichend ist.
Wenn ich mir das Diagramm bei Wikipedia anschaue wohl eher nicht. Hast
Du da evtl. Erfahrungswerte? Mir erschließt sich auch noch nicht ganz wo
sich der Aufwand in der Software ergibt. Könnte ich die Messbrücke nicht
"einfach" mit einer Rechteckspannung anregen und müsste dann nur noch
das Problem lösen dass ich zur richtigen Zeit messe? Dazu könnte ich
doch die Highflanke auf einen Interrupt legen und damit den ADC
anstoßen. Alles in allem muss die Genauigkeit nicht so furchtbar hoch
sein, da ich hinterher ein Drehmoment damit berechnen will, dabei
entspricht 1000g ca 4NM. Wenn ich auf 2 Stellen hinter dem Komma genau
werde wäre das für mich schon ein guter Erfolg,
Die Anregung darf auch eine Rechteckspannung sein. So wirklich
kompliziert ist das mit der Software auch nicht. Im Prinzip schafft der
AVR im Arduino das auch ohne Probleme. In wieweit man dabei auf die
Arduino Library zurückgreifen darf weiß ich nicht. Direkt mit Zugriff
auf die Register geht es aber. Das Timing sollte schon starr sein, also
mit Interrupts oder ggf. dem freilaufenden Modus des ADCs. Schwierig
wird es ggf. wenn der µC mehr als etwa 2 Kanäle Quasi zeitgleich
erfassen soll. Der 10 Bit ADC in den einfachen Arduinos ist aber knapp.
Eine Frequenz von 500 Hz kann durchaus schon passen und ausreichen. Nur
bei FET Verstärkern könnte man ggf. noch ein kleine Verbesserung bei
etwa höheren Frequenzen erreichen, aber nicht mehr viel. Bei deutlich
höheren Frequenzen wird es dann auch schon langsam wieder schwieriger,
wegen kapazitiver und induktiver Kopplungen.
Alf schrieb:> Ich muss gestehen dass ich wohl etwas Naiv an die Sache herangegangen> bin. Von Thermospannungen habe ich bisher noch nichts gehört aber wie> ich so lese ist das Thema wohl durchaus relevant und kann schnell auch> höher als 1uV ausfallen. Das rosa Rauschen nimmt mit steigender Frequenz> ab, fraglich ist ob die Arduino PWM mit 500Hz hierfür ausreichend ist.> Wenn ich mir das Diagramm bei Wikipedia anschaue wohl eher nicht.
Kommt drauf an... Der Arduino hat nur einen 10-Bit AD-Wandler. Bei einer
Verstärkung von 1000 liegt ein LSB gerade mal bei 5V/1024/1000 ~4.88 uV.
Der INA128 hat laut DB bei einer Verstärkung von 1000 bspw. ein
eingangsbezogenes Rauschen zw. 0.1 Hz und 10 Hz von 0.2 uVpp oder ~30 nV
RMS was etwa 30 uV RMS am Ausgang ergibt und damit genug ist um es durch
Oversampling zu reduzieren. Mit 256 Messungen z.B. um den Faktor
sqrt(2)^ld(256) = 32
> Könnte ich die Messbrücke nicht> "einfach" mit einer Rechteckspannung anregen und müsste dann nur noch> das Problem lösen dass ich zur richtigen Zeit messe?
Genau so wird's bei DC-Messbrücken gemacht. Der Begriff dafür wäre
eigentlich geschaltete DC-Messbrücke wobei allerdings auch einige
IC-Hersteller von AC-Anregung sprechen 1)). Richtige
Wechselstrommessbrücken sehen anders aus 2)
1) http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/34-05/sensor/
2) http://www.isotechna.com/v/vspfiles/product_manuals/asl/F18.pdf
(Kapitel 4)
Ulrich H. schrieb:> Das Timing sollte schon starr sein, also> mit Interrupts oder ggf. dem freilaufenden Modus des ADCs. Schwierig> wird es ggf. wenn der µC mehr als etwa 2 Kanäle Quasi zeitgleich> erfassen soll. Der 10 Bit ADC in den einfachen Arduinos ist aber knapp.
Ich würde hier einfach den PWM-Pin als Eingangsspannung für meine
Messbrücke missbrauchen. Soweit ich das gelesen hab läuft die PWM wenn
sie einmal aufgerufen ist ja separat zum Rest des Programms. Die
Highflanke lege ich mir dann auf einen Interrupt mit dem ich x Messungen
auslöse.
Aus x Durchgängen bilde ich mir dann den Mittelwert.
Ich habe die Widerstände allerdings noch nicht gemessen, nicht dass ich
über die 40mA komme die pro Pin möglich sind.
Arc Net schrieb:> Genau so wird's bei DC-Messbrücken gemacht. Der Begriff dafür wäre> eigentlich geschaltete DC-Messbrücke wobei allerdings auch einige> IC-Hersteller von AC-Anregung sprechen 1)). Richtige> Wechselstrommessbrücken sehen anders aus 2)
Der AD7730 wäre schon nobel, damit hätte man ja vermeintlich alle
Probleme mit einem Baustein erschlagen, leider zum Preis von gut 30Euro
;-) Auch in dem Dokument ist ja wieder die Rede davon, dass man mit der
gschalteten DC-Messbrücke die Probleme Thermospannung/DC-Offset aus dem
Weg schafft. Thermospannung erschließt sich mir ja noch aber was hat es
mit dem DC-Offset auf sich? Der DC-Offset-Fehler ist doch ein
systematischer Fehler der sich (so habe ich es gelesen) durch
unsymmetrien der Bauteile etc. ergibt. Hier ist es doch dann egal ob
dauerhaft mit einer DCSpannung messe oder ob ich einschalte Messe und
wieder ausschalte!?
Weiterhin ist mir nach wie vor nicht klar wieso ich Figure5 in meinen
Schaltplan einbauen soll, vielleicht könnte mich da noch jemand
erhellen.
Ansonsten würde ich so erstmal ins Rennen gehen und gucken wo ich
rauskomme. Hab in der Zwischenzeit auch ein paar andere Threats
durchsucht, leider liest man oft nur "das geht nicht" ohne dass es
vernünftig erklärt wird warum man es so nicht machen kann oder zumindest
eine funktionierende Lösung vorgeschlagen wird.
Arc Net schrieb:> Genau so wird's bei DC-Messbrücken gemacht. Der Begriff dafür wäre> eigentlich geschaltete DC-Messbrücke wobei allerdings auch einige> IC-Hersteller von AC-Anregung sprechen 1)). Richtige> Wechselstrommessbrücken sehen anders aus 2)>> 1) http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/34-05/sensor/
Achja, was sich bei meiner Variante natürlich noch unterscheidet ist die
Tatsache, dass ich nur mit einer positiven Rechteckspannung arbeite. In
dem Dokument wird ja noch ständig die Polarität geändert. Kannst Du mir
evtl. erklären welchen Hintergrund das hat?
Alf schrieb:> Arc Net schrieb:>> Genau so wird's bei DC-Messbrücken gemacht. Der Begriff dafür wäre>> eigentlich geschaltete DC-Messbrücke wobei allerdings auch einige>> IC-Hersteller von AC-Anregung sprechen 1)). Richtige>> Wechselstrommessbrücken sehen anders aus 2)>>>> 1) http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/34-05/sensor/>> Achja, was sich bei meiner Variante natürlich noch unterscheidet ist die> Tatsache, dass ich nur mit einer positiven Rechteckspannung arbeite. In> dem Dokument wird ja noch ständig die Polarität geändert. Kannst Du mir> evtl. erklären welchen Hintergrund das hat?
Die Richtung wird geändert, ob das 5V 0V bzw. dann 0V 5V sind oder -2.5
2.5 ist egal.
Der ADC misst differentiell d.h. das Ergebnis ist z.B.
Code = Vdiff * 2^bits / Vref mit
Vdiff = Vp - Vn
Die Offsets auf den "Leitungen" zum ADC seien op und on.
Dann ist Vdiff in einem Fall Vdiff1 = (Vp + op) - (Vn + on) und im
anderen Fall Vdiff2 = (Vn + op) - (Vp + on)
Vdiff3 = (Vdiff1 - Vdiff2) / 2
= (((Vp + op) - (Vn + on)) - ((Vn + op) - (Vp + on))) / 2
= (2 Vp - 2 Vn) / 2 = Vp - Vn
Mit dem ändern der Polarität hat man immer eine Spannung am Sensor, und
misst dann die Differenz zwischen den beiden Polungen.
Wenn man nur mit einer Positiven Spannung misst, bildet man die
Differenz zwischen dem Signal und Null (auch ohne Spannung muss man noch
messen um den Offset Fehler und Thermospannungen zu korrigieren). Damit
bekommt man den halben wert und damit mehr Rauschen. Alternativ müsste
man die Doppelte Spannung anlegen um ein vergleichbares Signal zu
erreichen.
Von der Verlustleistung am DMS ist es besser mit Umpolen zu messen, weil
die Verlustleistung mit dem Quadrat der Spannung ansteigt.
Ein 2. Vorteil den man mit Umpolen erreichen kann, ist dass die Spannung
an den Abgriffen der Brücke so in etwa konstant bleibt. Der Verstärker
wird also weniger kritisch weil er fast kein Gleichtaktsignal sieht.
Je nach µC kann man einen 2. PWM Ausgang mit gegenphasigem Signal
programmieren. Direkt am µC sollte man nur eher hochohmige Brücken
treiben, denn die Ausgänge haben einen nicht besonders konstanten
Ausgangswiderstand von z.B. 50-100 Ohm. Für die Üblichen DMS mit 400 Ohm
wird das schon nicht mehr reichen.
Arc Net schrieb:> Der ADC misst differentiell d.h. das Ergebnis ist z.B.> Code = Vdiff * 2^bits / Vref mit> Vdiff = Vp - Vn> Die Offsets auf den "Leitungen" zum ADC seien op und on.> Dann ist Vdiff in einem Fall Vdiff1 = (Vp + op) - (Vn + on) und im> anderen Fall Vdiff2 = (Vn + op) - (Vp + on)> Vdiff3 = (Vdiff1 - Vdiff2) / 2> = (((Vp + op) - (Vn + on)) - ((Vn + op) - (Vp + on))) / 2> = (2 Vp - 2 Vn) / 2 = Vp - Vn
Dann würde ich wie im Beitrag unten die PWM-Ausgänge toggeln und
zwischendurch komplett ausschalten um op und on zu ermitteln, hört sich
machbar an!
Ulrich H. schrieb:> Je nach µC kann man einen 2. PWM Ausgang mit gegenphasigem Signal> programmieren. Direkt am µC sollte man nur eher hochohmige Brücken> treiben, denn die Ausgänge haben einen nicht besonders konstanten> Ausgangswiderstand von z.B. 50-100 Ohm. Für die Üblichen DMS mit 400 Ohm> wird das schon nicht mehr reichen.
Im neuen Schaltplan habe ich eine Brücke gewählt die scheibar oft für
die Ansteuerung von Motoren verwendet wird. Mit entsprechender Wartezeit
Umschalten->ADCWandlung die aus dem Datenblatt ersichtlich ist sollte
das doch funktionieren oder?
Der L293 ist keine gute Wahl als Brücktreiber: der ist relativ groß und
liefert am Ausgang nicht die volle Spannung. Im Prinzip geht es mit
nachmesse der Spannung, aber nicht so wirklich gut.
Ein bessere Wahl wären eher Gate Treiber ICs mit MOSFETs wie ICL7667,
MCP 14E8 oder ähnliche. Auch einfach nur 4 MOSFETs, ggf. auch als Brücke
in 1 oder 2 ICs sind möglich, z.B: ZXMHC 6A07 oder 2 mal IRF 7309. Dazu
braucht man ggf. einen Inverter oder halt 2 PWM Ausgänge.
Man hat noch die Wahl, entweder sehr niederohmige Schalter, oder die
Tatsächliche Brückenspannung noch einmal über einen AD Kanal
nachzumessen.
Dadurch das die Brückenspannung immer ziemlich genau in der Mitte ist,
würde der INA128 (oder alternativ ein AD620) auch noch mit einer 5 V
Versorgung auskommen. Die Ladungspumpe erzeugt relativ viel Störungen
auf der Versorgung, die man wenn es geht eher vermeiden sollte.
Da man nur relativ wenig Gleichtakt Signal hat könnte man ggf. auch mit
einem normalen rauscharmen (bevorzugt Rail-Rail) OP (z.B. OP209,
MCP6021) auskommen.
An den Ref.Pin vom INA sollten 2,5V liegen. Der ADC kommt mit negativen
Spannungen nicht so gut klar ;-)
Diese 2,5V würde ich mit einem weiteren ADC-Kanal ebenfalls messen und
abziehen. Dann hast Du auch gleich eine Zahl mit Vorzeichen.
Die Unterseite Deiner Brücke darf nicht auf GND liegen - dort möchtest
Du ja eine Wechselspannung anlegen, wie oben auch.
Beide Spannungen würde ich ebenfalls messen und voneinander
subtrahieren. Dann erhältst Du die Spannung über der Brücke - ebenfalls
mit Vorzeichen.
Der obige Messwert und die Spannung über der Brücke stehen für die
Messung in einem bestimmten Verhältnis zueinander - egal wie hoch die
Spannung ist.
Also musst Du den Messwert durch die Spannung teilen.
Die Messungen müssen nun einmal mit positiver und einmal mit negativer
Spannung über der Brücke durchgeführt werden. Das Ergebnis ändert seine
Polarität aber nicht. Nun müssen nur noch Mittelwerte erzeugt werden.
Gruß
Jobst
So, ich glaube jetzt habe ich alles zusammengebracht! Dass die
generierte Spannung mit dem MAX232 nicht ideal ist hab ich auch schon in
anderen Forenbeiträgen gelesen, aber ich dachte vielleicht komme ich ja
damit durch wenn ich nichts sage ;)
Den Poti zur Einstellung der Verstärkung sollte man besser durch feste
Widerstände ersetzen. Ein Poti kann über die Kapazität stören, driftet
leicht und hat ggf. relativ viel Thermospannung.
Die Kondensatoren hinter dem IC zum umschalten der Brückenspannung sind
nicht unbedingt optimal, die können ggf. mehr Stören als nutzen. Eher
gehören solche kleine Kondensatoren an die Ausgänge der Brücke. Wenn die
Leitungen zum DMS länger sind sollen die 2 AD Eingänge für die
Brückenspannung noch mit RC Gliedern (z.B. 1 K,10nF oder 100 pF)
getrennt sein.
Die Ref. Spannung des INA128 gehört nicht fest auf GND, sondern an 2,5
V, ggf. auch mit einem Poti für den Abgleich von 0 - 5 V, falls die DMS
Brücke viel Offset hat. Die Spannung sollte eher niederohmig sein, also
per OP (z.B. MCP6002) gepuffert. ggf. tut es auch ein eher niederohmiger
Teiler mir Elko dran - viel Gleichtaktsignal mit der INA ja nicht
kompensieren.
Alf schrieb:> aber ich dachte vielleicht komme ich ja> damit durch wenn ich nichts sage ;)
Das ist ja Selbstsabotage mit Vorsatz ...
Ulrich H. schrieb:> Die Ref. Spannung des INA128 gehört nicht fest auf GND, sondern an 2,5> V
Das hattte ich ja auch schon geschrieben. Stattdessen wurde dann Vref
vom ATmega mit einem Spannungsteiler auf halbe Betriebsspannung gebracht
...
Gruß
Jobst
Ulrich H. schrieb:> Die Kondensatoren hinter dem IC zum umschalten der Brückenspannung sind> nicht unbedingt optimal, die können ggf. mehr Stören als nutzen. Eher> gehören solche kleine Kondensatoren an die Ausgänge der Brücke. Wenn die> Leitungen zum DMS länger sind sollen die 2 AD Eingänge für die> Brückenspannung noch mit RC Gliedern (z.B. 1 K,10nF oder 100 pF)> getrennt sein.
Lange Leitungen sind nicht geplant, von daher habe ich das nicht weiter
betrachtet im Plan. Ich hoffe ich habe dich bzgl. des MCP richtig
verstanden.
Jobst M. schrieb:> Das ist ja Selbstsabotage mit Vorsatz ...
Naja immerhin wurde die "Russenmethode" so wie sie wo anders im Forum
vorgeschlagen wurde auch hier vorgeschlagen ;)
Jobst M. schrieb:> Das hattte ich ja auch schon geschrieben. Stattdessen wurde dann Vref> vom ATmega mit einem Spannungsteiler auf halbe Betriebsspannung gebracht> ...
schon erledigt.
Jobst M. schrieb:> Nur mal so eine Frage: Wo sitzt bei Dir in der Schaltung eigentlich der> Messstreifen?
Ich weiß zumindest wo die Spannung angeklemmt ist und wo ich meine "DMS"
Leitungen anschließen muss. Und ich weiß dass im Zustand wie es jetzt
angeklemmt ist die Differenzspannung der Brücke steigt wenn ich die
Waage belaste, also tippe ich mal auf R6.
Alf schrieb:> Jobst M. schrieb:>> Das hattte ich ja auch schon geschrieben. Stattdessen wurde dann Vref>> vom ATmega mit einem Spannungsteiler auf halbe Betriebsspannung gebracht>> ...>> schon erledigt.
Nein. Nun hast Du 2 Referenzspannungen. Einmal 2,5V und einmal 0-5V
einstellbar.
Die vom Arduino sollte schon bei 5V bleiben (Jetzt aber bitte Vref nicht
mit 5V verbinden!). Dazu misst Du die 2,5V dann doch.
> also tippe ich mal auf R6.
Dann trag es auch so ein.
Gruß
Jobst
Der Zusätzliche Operationsverstärker ist nicht für die Speisung der
Brücke gedacht. Es ist nicht so abwegig auch die Speisung der Brücke mit
Operationsverstärkern statt den noch unbeschriffeten IC (ICL7667 ?) zu
machen. Beides zusammen macht aber keinen Sinn. Mit OPs hätte man aber
weniger Spannung (z.B. 3 V statt 4,9 V) an der Brücke.
Der Operationsverstärker war als Spannungsfolger für den Poti am Ref.
Pin des INA128 gedacht. Die Spannung für den Ref. Pin sollte niederohmig
sein: also entweder einen Poti mit vielleicht 1 K - 220 Ohm , oder halt
besser einen OP als Impedanzwandler zwischen Poti und INA128.
Die Aref. Spannung am µC ist auch noch nicht richtig. Passend wäre da
etwa ein Kondensator nach GND. Eventuell wäre ein Widerstand (z.B. 20 K)
nach 5 V noch sinnvoll um dichter an der Brückenspannung zu. Für den
Anfang könnte man den unbestückt lassen und wie üblich die µC interne
Verbindung nutzen.
Den INA nur wie den µC mit 5 V zu versorgen hat auch einen Vorteil: man
muss sich nicht darum kümmern das die Spannung zu hoch für den ADC
Eingang wird. Die höhere Spannung ist da eher der falsche Ansatz - ein
Verstärker der auch mit den gegebenen 5 V auskommt ist da geschickter.
Was der INA128 ja auch noch macht.
Ein RC Filter zwischen dem INA128 und dem ADC Eingang wäre ggf. noch
hilfreich, als Anti Aliasing-filter.
Mein größtes Problem ist dass ich nur die Hälfte von dem was ich mache
kapiere. Und langsam verliere ich dazu auch den Überblick.
Jobst M. schrieb:> An den Ref.Pin vom INA sollten 2,5V liegen. Der ADC kommt mit negativen> Spannungen nicht so gut klar ;-)>> Diese 2,5V würde ich mit einem weiteren ADC-Kanal ebenfalls messen und> abziehen. Dann hast Du auch gleich eine Zahl mit Vorzeichen.
Bitte erkläre mir diese 2 Sätze noch einmal. Für mich steht da:
=> 2,5V am AREF PIN
=> 2,5V über ADC messen
Ulrich H. schrieb:> Die Aref. Spannung am µC ist auch noch nicht richtig. Passend wäre da> etwa ein Kondensator nach GND. Eventuell wäre ein Widerstand (z.B. 20 K)> nach 5 V noch sinnvoll um dichter an der Brückenspannung zu. Für den> Anfang könnte man den unbestückt lassen und wie üblich die µC interne> Verbindung nutzen.
Ehrlich gesagt ist mir überhaupt nicht bewusst was ich zwischen einem
20k Widerstand und einem kondensator nach Ground messe. Aber ich bin
schwer dafür einfach die interne Verbindung, wie gehabt zu nutzen.
Einfach weil es einfach ist.
Ulrich H. schrieb:> Ein RC Filter zwischen dem INA128 und dem ADC Eingang wäre ggf. noch> hilfreich, als Anti Aliasing-filter.
Wenn es auch ohne geht würde ich es einfach weglassen. Ich wüsste nicht
wie ich den dimensionieren sollte. Mir ist vor allem überhaupt nicht
klar wie sich das auf mein Signal auswirkt oder wozu das gut ist.
Immerhin messe ich in meinem mikrokosmos immernoch eine Gleichspannung,
auch wenn ich sie ständig umschalte.
Ich frage einfach mal so; Wo stehen wir überhaupt mit der Schaltung und
was kann man davon eigentlich erwarten? Ist es überhaupt möglich mit
einem einigermaßen akzeptablen Zeitaufwand ein erträgliches Ergebnis zu
erlangen? (Unter der Vorraussetzung dass einem sämtliche Vorkenntnisse
fehlen wie in meinem Fall)
alf schrieb:> Bitte erkläre mir diese 2 Sätze noch einmal. Für mich steht da:>> => 2,5V am AREF PIN
Nö, steht dort aber nicht. Dort steht:
Jobst M. schrieb:
> An den Ref.Pin vom INA sollten 2,5V liegen.
Der INA ist NICHT der Arduino.
> => 2,5V über ADC messen
Ja, das ist korrekt. Und zwar die selben, die auch am Ref vom INA
anliegen.
Erläuterung:
Die Spannung, die am Ref-Eingang des INA anliegt, ist die Spannung,
welche vom INA auch ausgegeben wird, wenn die Differenz der
Eingangssignale 0V ist.
Da diese Differenz positiv oder auch negativ sein kann, sollte sich die
Referenzspannung etwa in der Mitte des Eingangsbereichs vom
nachfolgenden ADC (im Arduino) aufhalten. Wird sie auf GND gelegt,
bekommt man auch negative Spannungen am Ausgang des INA (Dazu müsste
dieser allerdings auch noch mit negativer Spannung versorgt werden).
Nicht gut für den Arduino. Also legst Du sie auf 2,5V und bekommst Werte
in der Mitte des ADC-Bereichs. Wenn Du nun über einen zweiten ADC-Kanal
die Referenzspannung des INA misst, hast Du den genauen 0-Punkt für den
Ausgang vom INA. Du kannst also beide Werte voneinander Abziehen und
erhältst so einen Wert um 0 herum der auch negativ sein kann. Je
nachdem, welcher der beiden Eingänge des INA höheres Potenzial hat.
Die 2,5V müssen nicht einmal besonders genau sein, denn Du ziehst sie ja
wieder ab. Nur stabil und ohne Störungen sollten sie sein.
Gruß
Jobst
alf schrieb:> Ulrich H. schrieb:>> Die Aref. Spannung am µC ist auch noch nicht richtig. Passend wäre da>> etwa ein Kondensator nach GND. Eventuell wäre ein Widerstand (z.B. 20 K)>> nach 5 V noch sinnvoll um dichter an der Brückenspannung zu. Für den>> Anfang könnte man den unbestückt lassen und wie üblich die µC interne>> Verbindung nutzen.>> Ehrlich gesagt ist mir überhaupt nicht bewusst was ich zwischen einem> 20k Widerstand und einem kondensator nach Ground messe. Aber ich bin> schwer dafür einfach die interne Verbindung, wie gehabt zu nutzen.> Einfach weil es einfach ist.
An Vref vom Arduino gehört in jedem Fall ein Kondensator gegen Masse.
Allerdings befindet sich dieser möglicherweise schon auf dem
Arduino-Board. Wenn nicht, solltest Du ihn dort hin setzen, denn dadurch
werden Deine Messungen wesentlich genauer.
Evtl. solltest Du Dich für das fertige Gerät auch vom Arduino trennen
und den ATmega auf das Messboard setzen.
> Ulrich H. schrieb:>> Ein RC Filter zwischen dem INA128 und dem ADC Eingang wäre ggf. noch>> hilfreich, als Anti Aliasing-filter.>> Wenn es auch ohne geht würde ich es einfach weglassen. Ich wüsste nicht> wie ich den dimensionieren sollte. Mir ist vor allem überhaupt nicht> klar wie sich das auf mein Signal auswirkt oder wozu das gut ist.> Immerhin messe ich in meinem mikrokosmos immernoch eine Gleichspannung,
Und Störungen, wenn Du nichts dagegen unternimmst.
Allerdings würde ich nicht von einem Anti-Aliasing-Filter sprechen, denn
es geht hier tatsächlich nicht darum Frequenzen aufzunehmen.
Der Ausgang vom INA ist recht niederohmig. Bei ordentlicher
Signalführung würde ich einen Tiefpass weg lassen. Wenn unsicher, würde
ich im Layout Platz für einen Widerstand und einen Kondensator lassen.
Masseführung ist evtl. ein Thema ... auch hier: ATmega mit aufs Board.
> Ich frage einfach mal so; Wo stehen wir überhaupt mit der Schaltung und> was kann man davon eigentlich erwarten?
Naja, sie ist noch nicht fertig. Aber es sind auch eben nur noch
Kleinigkeiten.
Bei ordentlichem Aufbau kann man sicherlich ordentliche Werte bekommen.
> Ist es überhaupt möglich mit einem einigermaßen akzeptablen> Zeitaufwand ein erträgliches Ergebnis zu erlangen?
Durchaus.
> (Unter der Vorraussetzung dass einem sämtliche Vorkenntnisse> fehlen wie in meinem Fall)
Es ist nicht unmöglich die Schaltung zum laufen zu bekommen.
Voraussetzung ist, dass man sich mit der Thematik auseinander setzt.
Sonst wird das natürlich nichts.
Wenn Du also nun schon die Geduld verlierst, dann ist das auch der
Zeitpunkt aufzugeben.
Gruß
Jobst