Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wägezelle Verstärker auf 3,3v beschränken.


von Jan Schumacher (Gast)


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Hi,
Ich bin neu hier und konnte leider in der Suche kein passendes Thema 
finden.

Ich baue für mein kleines Hobby simracing ein bremspedal mod.
Ich habe eine Wägezelle welche ich mit einem ina125 single supply 
(gnd-Vcc+) verstärke. Als Versorgungsspannung habe ich 5v und 3,3 v zur 
Verfügung. Das Lenkrad welches ich benutze erwartet eine maximal 
Spannung von 3,3 v und liefert diese selbst auch zur Versorgung aus. Die 
5v hole ich zum testen von meinem arduino uno.
Je nachdem ob ich als Versorgung 3,3 v benutze bekomme ich maximal 2,5v 
output oder bei 5v einen output von 4,1v.
Meine Fragen sind:
bekommt man es hin mit einem ina125 bei 3,3v Versorgung auch 3,3v output 
zu bekommen?
Oder ist es besser die 5v zu nehmen und den output von 4,1v auf 3,3v 
runterzuregeln?
Vielen dank für die Antworten im voraus und sollte eine Schaltung 
benötigt werden so fertige ich diese gerne an.
Viele Grüße
Jan

: Verschoben durch User
von Helmut L. (helmi1)


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Jan Schumacher schrieb:
> bekommt man es hin mit einem ina125 bei 3,3v Versorgung auch 3,3v output
> zu bekommen?

Das Datenblatt sagt nein.

Output = V+  - 1.7V.  mehr garantiert TI nicht.
ALso den INA125 an 5V anschliessen. Zum Schutz des ADC kannst du ja eine 
Klemmdiode gegen 3.3V legen.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


Angehängte Dateien:

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Aus dem Datenblatt....
Vielleicht gibts was passendes mit rail-to-rail-Ausgang, dann kommt man 
i.a. schon ganz gut hin.

von Jan Schumacher (Gast)


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H.Joachim S. schrieb:
> Vielleicht gibts was passendes mit rail-to-rail-Ausgang, dann kommt man
> i.a. schon ganz gut hin.

Ich hab noch einen tl081 rumliegen ist der dafür geeignet? Hast du sonst 
einen konkreten Vorschlag? Finde mich im opamp Wald nur schwer zurecht.

Helmut L. schrieb:
> Zum Schutz des ADC kannst du ja eine Klemmdiode gegen 3.3V legen.

Was bewirkt das genau?

von Helmut L. (helmi1)


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Jan Schumacher schrieb:
> Ich hab noch einen tl081 rumliegen ist der dafür geeignet? Hast du sonst
> einen konkreten Vorschlag? Finde mich im opamp Wald nur schwer zurecht.

Dem reichen noch nicht mal die 5V.

Jan Schumacher schrieb:
> Was bewirkt das genau?

Das dein ADC gegen Spannung ueber 3.3V geschuetz ist.

von Jan Schumacher (Gast)


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Helmut L. schrieb:
> Das dein ADC gegen Spannung ueber 3.3V geschuetz ist.

Verstehe ich das also richtig, dass wenn ich die Wägezelle drücke und 
die Spannung auf über 3,3v steigt die Spannung einfach nicht mehr 
durchgelassen wird und quasi dann bei 3,3v stehen bleibt?

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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LT1789
Externe Begrenzung ist so eine Sache. Mit den einfachen Sachen (Z-Diode) 
baust du dir immmer Nichtlinearitäten nahe an der Begrenzung ein oder du 
musst  was aktives bauen.

Betreib doch deinen INA125 mit 5V und stell die Verstärkung so ein, dass 
du nicht nennenswert über die 3,3V kommst.

von Helmut L. (helmi1)


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Jan Schumacher schrieb:
> Verstehe ich das also richtig, dass wenn ich die Wägezelle drücke und
> die Spannung auf über 3,3v steigt die Spannung einfach nicht mehr
> durchgelassen wird und quasi dann bei 3,3v stehen bleibt?

So isses. Soll nur deinen ADC schuezen.

                      3.3V
                      |
                      K
                      A
                      |
INA------100 Ohm------+--------ADC

Begrenzt die Spannung auf 3.3V + Diodenspannung.

von Jan Schumacher (Gast)


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Helmut L. schrieb:
> Begrenzt die Spannung auf 3.3V + Diodenspannung.

Das werde ich direkt mal ausprobieren! Vielen dank.

von Carsten S. (dg3ycs)


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Jan Schumacher schrieb:
> Helmut L. schrieb:
>> Begrenzt die Spannung auf 3.3V + Diodenspannung.
>
> Das werde ich direkt mal ausprobieren! Vielen dank.

Die Begrenzung ist aber in solchen Fällen im Normalfall immer die 
"schlechtere" Lösung!
H.J Seifert hat da schon die passende Antwort zu geschrieben!

Die Begrenzung setzt man in den allermeisten Fällen ein um Signale die 
im Normalbetrieb normalerweise NICHT erwartet werden zu kappen um so bei 
Störungen oder Betrieb der Schaltung ausserhalb vorgesehener Specs. die 
nachfolgenden Stufen zu schützen. Einfach als ZUSÄTZLICHE Maßnahme.

Um Signale im Normalbereich in der Spannungshöhe zu verringern setzt man 
auf andere Mittel. Der einfachste Weg um das Nachträglich zu machen ist 
ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen, ggf. gefolgt von einem 
Impedanzwandler
(OP mit Verstärkung 1, (Wer es mag kann je nach Anwendung natürlich auch 
einen Verstärker mit negativer Verstärkung nehmen)


aber in deinem Fall ist es sogar noch einfacher!
Der INA125 ist doch ein Regelbarer Verstärker. Dessen Verstärkung ist 
zwischen 4 und 10k einstellbar. Ich kann mir irgendwi nicht vorstellen 
das die Ausgangsspannung deiner Wägezelle unverstärkt schon bei 1 V 
liegt! Da könnt man sich den Instrumentenverstrker ja glatt sparen!
Also liegt entweder ein Schaltungsfehler vor oder der Verstärker ist auf 
mehr als vierfache Verstärkung eingestellt!
Welchen Wert hat denn bei dir der Widerstand zwischen PIN8 und PIN9 des 
INA? Diesen evtl. leicht erhöhen und es sollte passen. Berechnen oder 
Ausprobieren. Gut wäre eine maximale Ausgangsspannung von etwa 3V oder 
leicht darunter. Halt weit genug weg von irgendeiner einsetzuenden 
Begrenzung, aber hoch genug um die Auflösung des AD Wandlers möglichst 
gut auszunutzen...

Die Spannungsbegrenzung ab 3,3V würde ich allerdings trotzdem einsetzen. 
Aber nicht um das "normale" Ausgangssignal zu begrenzen, sondern um bei 
Betrieb des INA mit 5V oder mehr die nachfolgende Schaltung bei einem 
Schaltungsfehler oder Defekt (z.b. wenn sich eines der beiden mit den 
Eingängen verbundene Kabel der Wägezelle löst). Denn in einem solchen 
Fall könnte auch bei korrekter Verstärkungseinstellung die Spannung 
deutlich über 3,3V liegen.

Gruß
Carsten

: Bearbeitet durch User
von Helmut L. (helmi1)


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Carsten S. schrieb:
> Die Spannungsbegrenzung ab 3,3V würde ich allerdings trotzdem einsetzen.
> Aber nicht um das "normale" Ausgangssignal zu begrenzen, sondern um bei
> Betrieb des INA mit 5V oder mehr die nachfolgende Schaltung bei einem
> Schaltungsfehler oder Defekt (z.b. wenn sich eines der beiden mit den
> Eingängen verbundene Kabel der Wägezelle löst). Denn in einem solchen
> Fall könnte auch bei korrekter Verstärkungseinstellung die Spannung
> deutlich über 3,3V liegen.

Genau fuer diesen Fall war die Begrenzung gedacht. Kleine Details 
erhoehen die zuverlaessigkeit der Schaltung.

von Jan Schumacher (Gast)


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Helmut L. schrieb:
> Genau fuer diesen Fall war die Begrenzung gedacht. Kleine Details
> erhoehen die zuverlaessigkeit der Schaltung.

Dann hab ich mich zu undeutlich ausgedrückt. Es ist der Fall den Carsten 
beschrieben hat.

Carsten S. schrieb:
> Der INA125 ist doch ein Regelbarer Verstärker. Dessen Verstärkung ist
> zwischen 4 und 10k einstellbar. Ich kann mir irgendwi nicht vorstellen
> das die Ausgangsspannung deiner Wägezelle unverstärkt schon bei 1 V
> liegt! Da könnt man sich den Instrumentenverstrker ja glatt sparen!
> Also liegt entweder ein Schaltungsfehler vor oder der Verstärker ist auf
> mehr als vierfache Verstärkung eingestellt!

Die Wägezelle gibt bei 0 Druck 0V aus. Im Moment habe ich bei 0 Druck 
verstärkt eine Spannung von 190mV was ich auf den offset voltage 
schiebe.
Ich weiss leider gerade nicht auswendig wie hoch der Rg ist aber ich 
glaube der war bei 220Ohm. Ich rechne aber noch mal aus wie der 
Widerstand sein muss. Dementsprechend sollte sich ja auch der offset 
Voltage reduzieren oder?

von GeGe (Gast)


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Jan Schumacher schrieb:
> Die Wägezelle gibt bei 0 Druck 0V aus. Im Moment habe ich bei 0 Druck
> verstärkt eine Spannung von 190mV was ich auf den offset voltage
> schiebe.

Nein das ist bei der single-supply Versorgung bei diesem OP normal.
Was nach oben für die maximale Aussteuerung gilt, gilt auch nach unten.
Das Datenblatt sagt Typisch 0,15V bis maximal 0,3V kann die sein.
Ist halt kein Rail to Rail OP

von ths (Gast)


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Schau dir mal den LTC2053 an.

von Jan Schumacher (Gast)


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GeGe schrieb:
> Nein das ist bei der single-supply Versorgung bei diesem OP normal.
> Was nach oben für die maximale Aussteuerung gilt, gilt auch nach unten.
> Das Datenblatt sagt Typisch 0,15V bis maximal 0,3V kann die sein.
> Ist halt kein Rail to Rail OP

So wie ich das verstehe haben die rail to rail Amps aber auch einen 
output Swing von einigen millivolt richtig?

ths schrieb:
> Schau dir mal den LTC2053 an.

Der zum Beispiel 20mv bis 6mv

von Achim S. (Gast)


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Jan Schumacher schrieb:
> Der zum Beispiel 20mv bis 6mv

Das hängt von der Last am Ausgang ab (also vom Ausgangsstrom des 
Versärkers), und die angegebenen Werte sind für einen 
Instrumentenverstärker extrem gut. Ohne Spannungsabfall am 
Ausgangstransistor schafft man halt auch kaum einen Stromfluss am 
Ausgangstransistor. (das gilt auch für Rail-to-Rail Verstärker)

Schau dir zum Vergleich im Datenblatt des INA125 mal die letzte 
Abbildung auf S. 5 an:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina125.pdf

Der "gestrichelte" Bereich rechts oben in diesem Bild gibt dir an, wo 
sich Eingangs(gleichtakt)spannung und Ausgangsspannung des INA125 bei 
einer Versorgung mit 0v..+5V befinden dürfen.

Ein Instrumentenverstärker macht für deine Anwendung eigentlich nur 
Sinn, wenn deine Wägezelle differentiell ausgewertet werden muss (also 
zwei Ausgänge hat, deren mittlere Spannung ungefähr bei Vcc/2 liegt und 
deren kleine Differenzspannung du bestimmen willst).

Wenn deine Wägezelle einen massebezogenen single ended Ausgang haben 
sollte, dann wärst du mit einem Rail-to-Rail OPV besser bedient als mit 
einem Instrumentenverstärker. Die meisten Instrumentenverstärker kannst 
du mit einer Eingangs(gleichtakt)spannung so nahe an der Versorgung 
nicht richtig einsetzen (der LTC2053 gehört da zu den Ausnahmen).

von Jan Schumacher (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Ein Instrumentenverstärker macht für deine Anwendung eigentlich nur
> Sinn, wenn deine Wägezelle differentiell ausgewertet werden muss (also
> zwei Ausgänge hat, deren mittlere Spannung ungefähr bei Vcc/2 liegt und
> deren kleine Differenzspannung du bestimmen willst).

Das ist bei meiner Wägezelle nicht der Fall. Es ist diese hier: 
https://www.tinkerforge.com/de/shop/load-cell-50kg-czl601.html

Achim S. schrieb:
> Wenn deine Wägezelle einen massebezogenen single ended Ausgang haben
> sollte, dann wärst du mit einem Rail-to-Rail OPV besser bedient als mit
> einem Instrumentenverstärker

Kannst du mir dazu einen vorschlagen?
Den LTC2053 probiere ich aber dennoch auch aus weil ich das ganze Theme 
recht spannend finde :)

von GeGe (Gast)


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Jan Schumacher schrieb:
> Achim S. schrieb:
>> Ein Instrumentenverstärker macht für deine Anwendung eigentlich nur
>> Sinn, wenn deine Wägezelle differentiell ausgewertet werden muss (also
>> zwei Ausgänge hat, deren mittlere Spannung ungefähr bei Vcc/2 liegt und
>> deren kleine Differenzspannung du bestimmen willst).
>
> Das ist bei meiner Wägezelle nicht der Fall. Es ist diese hier:
> https://www.tinkerforge.com/de/shop/load-cell-50kg-czl601.html

Doch, dass ist bei deiner Wägezelle dann genau der Fall.
Das ist eine ganz gewöhnliche Vollbrücke. Grün und Weiss sind die 
differentielle Ausgänge.
Was ist das denn für ein Lenkrad, und wie wird denn das Signal 
weiterverarbeitet?

von Jan Schumacher (Gast)


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GeGe schrieb:
> Doch, dass ist bei deiner Wägezelle dann genau der Fall.
> Das ist eine ganz gewöhnliche Vollbrücke. Grün und Weiss sind die
> differentielle Ausgänge.

Das würde ja bedeuten, dass ich bei 5v Betriebsspannung zwischen Grün 
und Weiss 2,5V messen müsste, was nicht der Fall ist. Oder hab ich dich 
Falsch verstanden?

GeGe schrieb:
> Was ist das denn für ein Lenkrad, und wie wird denn das Signal
> weiterverarbeitet?

Das ist ein Thrustmaster T500rs mit nem T3PA-PRO Pedalset. Wie es genau 
weiterverarbeitet wird kann ich leider so nicht sagen, da ich es nicht 
weiß und die Schaltung nicht kenne.
Wie es bis dato funktioniert kann ich dir sagen. Ein Poti, der bei 
drücken des Pedals die Spannung von 0-3,3V regelt. Die Auflösung dabei 
beträgt 10bit.

von Jan S. (janschumacher)


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Jan Schumacher schrieb:
> Das würde ja bedeuten, dass ich bei 5v Betriebsspannung zwischen Grün
> und Weiss 2,5V messen müsste, was nicht der Fall ist. Oder hab ich dich
> Falsch verstanden?

Hab deinen Beitrag noch einmal gelesen. Hatte dich Falsch verstanden, 
kann den Beitrag leider nicht editieren.

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