Hi, mal ne blöde Frage: für die Auswertung eines DMS in ner Wheatstonebrücke wird sieht man des Öfteren einen Instrumentenverstärker. Eigentlich müsste das doch bezüglich der geringen Impedanz der Brücken (i.d.R. <5KOhm) gar nicht sein oder übersehe ich was? Wenn ich an die Anforderungen an einen solchen Brückenverstärker denke kommt mir eigentlich folgendes in den Sinn: -Geringer Offset -Geringer Drift vs. Temperatur Warum also einen teuren Instrumentenverstärker bemühen?
Geringes Rauschen nicht vergessen. Aus der DMS kommt sehr wenig raus. Wenns auch wenig rauschen soll, muss ein Differenzverstärker mit relativ niederohmigen Bauteilen aufgebaut werden. Dann gibt es dadurch Last an der Brücke (für beide Brückenhäften unterschiedlich) Da ist es hat einfacher mit instrumentation Amplifier. Der liefert von Haus aus auch gutes CMRR.
BlueAudio schrieb: > Warum also einen teuren Instrumentenverstärker bemühen? Einfach den HX711 benutzen MfG Klaus
Martin B. schrieb: > Geringes Rauschen nicht vergessen. Aus der DMS kommt sehr wenig > raus. Wenns auch wenig rauschen soll, muss ein Differenzverstärker mit > relativ niederohmigen Bauteilen aufgebaut werden. Dann gibt es dadurch > Last an der Brücke (für beide Brückenhäften unterschiedlich) > Da ist es hat einfacher mit instrumentation Amplifier. Der liefert von > Haus aus auch gutes CMRR. Für mein Verständnis sollte doch die Last für Beide berückenzweige identisch sein bei einem entsprechend ausgelegten Differenzverstärker oder ? Genrell gibt eine Last am DMS ja eigentlich nur eine Verringerung der Empfindlichkeit oder sehe ich das falsch? Ein einer symmetrischen Brücke mit 4 DMs sollte das Signal ja Auch mit Last nach wie vor linear sein
Cab_leer schrieb: > Martin B. schrieb: > Für mein Verständnis sollte doch die Last für > Beide berückenzweige identisch sein bei einem entsprechend ausgelegten > Differenzverstärker oder ? (R1,R2 seien die Widerstände des klassischen Differenzverstärkers) Ne, die sind unterschiedlich. Bei dem + Eingang des Differenzverstärkers hast Du R1+R2 gegen Masse als Eingangswiderstand, beim Minuseingang hast Du R1 gegen die Spannung den herunter geteilten U+ Eingang des OPVs. Die Last ist wirklich ziemlich asymmetrisch. Einen Differenzverstärker soll man mit deshalb Spannungsquellen an den Eingängen betreiben. Dadurch leidet auch das CMRR und das ist das eigentlich doofe daran. Die Versorgungsspannung der Brücke ist verrauscht und verbrummt. Die kommt in den Brückenausgängen in common Mode an. Und die willst Du nicht im Ausgangssignal haben. Die Linearität bleibt zwar im wesentlichen erhalten, aber das ist nicht Alles.
Martin B. schrieb: > Ne, die sind unterschiedlich. Bei dem + Eingang des Differenzverstärkers > hast Du R1+R2 gegen Masse als Eingangswiderstand, beim Minuseingang hast > Du R1 gegen die Spannung den herunter geteilten U+ Eingang des OPVs. Die > Last ist wirklich ziemlich asymmetrisch. Einen Differenzverstärker soll > man mit deshalb Spannungsquellen an den Eingängen betreiben. Verstehe was du meinst, an dieser Stelle hatte ich mit Unterschiedlichen Werten für den Nichtinvertierenden und Invertierenden Zweig gerechnet. Allerdings merkt man dann, dass dies Maximal bei V= 1 oder 2 noch praktikabel ist, für größere Werte gehen die Absolutwerte für die beiden Zweige dann immer weiter auseinander sodass wieder ein Offset durch die Input Bias currents entsteht..auch wenn der recht klein sein sollte bei entsprechenden OP-Amps. Also ich halte fest: Die ungleichmäßige Last führt zur Verschlechterung der CMRR, generell wenn die Widerstände des Diff-Amps nicht gut gematcht sind. Zu Große Widerstandswerte würden zwar die Belastung senken allerdings das Rauschen erhöhen. Eine Assymetrische Belastung der Brückenzweige hätte konkret welche Folgen? nur CMRR? Grüße und Merci
Nein, nicht nur CMMR. Man kann je nach Gestaltung des Aufnehmers nicht davon ausgehen, dass alle DMS symmetrisch belastet sind. Bei einem Stauchkörper z. B. sind zwei DMS mit der Stauchung S belastet und zwei mit der Dehnung -0,3*S. Damit ist eine Verschlechterung der Linearität gegeben, wenn man einen Differenzverstärker nimmt. Es gibt natürlich trickreiche Alternativen zum Instrumentenverstärker. Z. B. in der großartigen Linear Technology AN 43, Figure 6. Was nicht automatisch bedeutet, dass der Aufwand gering wäre.
Angehängte Dateien:
-
2018-04-01_18_01_02-.png
34 KB
Wenn ich mir das so ansehe ist die CMRR der Brücke doch eh mieserabel. Sobald die Brücke aus dem abgeglichenen Zustand raus geht wird auch die CMRR schlechter..da hilft ja auch der OP nichts mehr. Das Liegt ja einfach daran dass Störungen die von der Versorgung der Brücke kommen je nach Übersetzungsverhältnis der Brückenzweige dann unter mechanischer Belastung des DMS eben nicht mehr Amplitudengleich sind. Oder habe ich einen Denkfehler? Die CMRR des OP hilft nurnoch bei Störungen die NACH der Brücke unterwegs sind. Grüße
dms freak schrieb: > Bei einem > Stauchkörper z. B. sind zwei DMS mit der Stauchung S belastet und zwei > mit der Dehnung -0,3*S. > > Damit ist eine Verschlechterung der Linearität gegeben, wenn man einen > Differenzverstärker nimmt. Kannst du mir das vllt nochmal genauer erklären? Danke!
Angehängte Dateien:
Ich kann ehrlichgesagt in der Simulation selbst bei Asymmetrischer Stauchung/Streckung der Widerstände um einen Faktor 2 und einen Faktor 200 bei der Abweichung der Last für die Brückenzweige keine Nichtlinearität festestellen??
Ja, die asymmetrische Belastung führt nicht nur zu schlechtem CMRR. Speziell der negative Eingang des Differenzverstärkers hat jaa eine Eigenart. Ob da Strom in die Brücke reinfließt, hängt vom Wert des positiven Eingangs ab. Wenn der größer als der negative Wert ist, fließt was raus, anderenfalls was rein. Bleibt linear bei einer DMS, ist trotzdem eine Fehlerquelle. Bei dem klassischen Differenzverstärker (Spannungsquellenangesteuert versteht sich) ist der CMRR abhängig von den Toleranzen der Widerstände. als Beispiel 40 dB CMRR Wenn die Eingangsstufen des Instrumentation Amplifiers als symmetrischer Verstärker geschaltet ist (Beispielweise 30 dB Verstärkung), dann hat das Gesamtsystem (40+30)dB CMRR. Denn bei dem symmetrischen Verstärker gehen common Mode signal 1:1 an die Ausgänge durch, während differentielle mit dem Verstärkungsfaktor verstärkt werden. Deshalb bekommt man richtig gute Werte hin.
Martin B. schrieb: > Ja, die asymmetrische Belastung führt nicht nur zu schlechtem CMRR. Kann mir das mal jemand zeigen? Meine Simulation zeigt keine schlechtere CMRR für asymmetrische Brückenbelastung.
Mit der Simulation könnte ich das auch nicht. Die Nichtlinearität bezieht sich nicht auf R, sondern auf die Dehnung, welche proportional zur gemessenen physikalischen Größe ist. Und die Größe möchtest du ja messen.
dms freak schrieb: > Die Nichtlinearität bezieht sich nicht auf R, sondern auf die Dehnung, > welche proportional zur gemessenen physikalischen Größe ist. Und die > Größe möchtest du ja messen. Aber an der Nichtlinearität der Dehnung vs. Widerstandsänderung ändert doch die Verstärkertopologie nichts oder übersehe ich da etwas ? Aktuell sehe ich noch keinen Grund warum eine statische Last am Brückenausgang die Linearität beeinflussen sollte?
BlueAudio schrieb: > Martin B. schrieb: >> Ja, die asymmetrische Belastung führt nicht nur zu schlechtem CMRR. > > Kann mir das mal jemand zeigen? Meine Simulation zeigt keine schlechtere > CMRR für asymmetrische Brückenbelastung. Bei Deiner Schaltung nicht. Da geht Common Mode der Brücke 1:1 zum Ausgang. Die Brücke teilt die Spannung an beiden Brückenzweigen im abgeglichenen Zustand auf die Hälfte. Das ist auch das, was Du am Ausgang des OPAMPS am Ausgang siehst. (Sollte da nicht null rauskommen? Differenzverstärker) Die Brücke wird normalerweise mit Gleichstrom versorgt, das mit Rauschen überlagert wird. Die Hälfte des Rauschens der Versorgungsspannung siehst Du am Ausgang Deines OPAMPS. Wenn Du einen Instrumentation nimmst, siehst Du das nicht. Darum ging es mir. Wenn die Brücke aus dem Gleichgewichtszustand heraus kommt, siehst Du auch auch ein wenig von dem Rauschen, aber Größenordung kleiner als bei einer Schaltung mit schlechten CMRR. Wenn man nur eine Waage baut, ist das vielleicht nicht so interessant, aber höherfrequente Messungen am DMS haben das Problem mit dem (Versorgungsspannungs-) Rauschen.
Martin B. schrieb: > Bei Deiner Schaltung nicht. Da geht Common Mode der Brücke 1:1 zum > Ausgang. Stimmt so nicht. Ich bilde die Differenz sowohl rein mathematisch als auch mit dem Differenzverstärker. Ich bin (idealer OP) so gut wie es die Toleranzen der Widerstände zulassen. Das geht auch in der Simulation. Verstimme ich die Brücke allerdings, dann unterdrückt die Differenzbildung auch keine Störungen der Brückenversorgung mehr. Und dabei ist es egal ob das ein Instrumentenverstärker oder sonst was ist. Weil es dann keine Gleichtaktstörung mehr ist, da der Ripple auf der Versorgungsspannung jetzt mit ungleichen Amplituden in den beiden Brückenzweigen erscheit. Die daraus resultierenden Störungen liegen für eine Ausgelenkte Brücke sicher über dem was die CMRR eines Diff-Amp bietet.
BlueAudio schrieb: > Martin B. schrieb: >> Bei Deiner Schaltung nicht. Da geht Common Mode der Brücke 1:1 zum >> Ausgang. > > Stimmt so nicht. Ich bilde die Differenz sowohl rein mathematisch als > auch mit dem Differenzverstärker. Ich bin (idealer OP) so gut wie es die > Toleranzen der Widerstände zulassen. Das geht auch in der Simulation. Hmm ok. Du bildest die Differenz. Hatte R7 übersehen . . . Ich würde dann aber äusserst kurze Kabel nehmen wollen vom DMS zum Verstärker.
Martin B. schrieb: > BlueAudio schrieb: >> Martin B. schrieb: >>> Bei Deiner Schaltung nicht. Da geht Common Mode der Brücke 1:1 zum >>> Ausgang. >> >> Stimmt so nicht. Ich bilde die Differenz sowohl rein mathematisch als >> auch mit dem Differenzverstärker. Ich bin (idealer OP) so gut wie es die >> Toleranzen der Widerstände zulassen. Das geht auch in der Simulation. > > Hmm ok. Du bildest die Differenz. Hatte R7 übersehen . . . > > Ich würde dann aber äusserst kurze Kabel nehmen wollen vom DMS zum > Verstärker. Also es geht hier auch nicht um den Aufbau einer konkreten Schaltung sondern generell um das Verständnis warum ein Instrumentenverstärker für eine Schaltung verwendet werden soll die eigentlich eine recht geringe Ausgangsimpedanz hat und für die eine statische Last wie es der Diff-AMP wäre eigentlich kein Problem darstellt (also wenigstens nicht für die Linearität) Bleiben eigentlich nurnoch Themen wie Gleichtaktstörungen die auf die Zuleitung zwischen Messzelle und Verstärker einkoppeln und damit wirklich Common Mode sind und die generell guten Offset und Drift-Eigenschaften eins Instrumentenverstärkers.
BlueAudio schrieb: > Warum also einen teuren Instrumentenverstärker bemühen? Weil der DMS zwar (temperatur und temperaturausdehnungsmässig) kompensiert ist, aber sich dabei seine Ausgangsimpedanz ändert. Nur der Instrumentenverstärker tastet ab ohne dabei Fehler zu erzeugen, man will ja schliesslich auf x Nachkommastellen genau sein.
MaWin schrieb: > BlueAudio schrieb: >> Warum also einen teuren Instrumentenverstärker bemühen? > > Weil der DMS zwar (temperatur und temperaturausdehnungsmässig) > kompensiert ist, aber sich dabei seine Ausgangsimpedanz ändert. Nur der > Instrumentenverstärker tastet ab ohne dabei Fehler zu erzeugen, man will > ja schliesslich auf x Nachkommastellen genau sein. Danke! :) langsam kommen wir der Sache näher
MaWin schrieb: > BlueAudio schrieb: >> Warum also einen teuren Instrumentenverstärker bemühen? > > Weil der DMS zwar (temperatur und temperaturausdehnungsmässig) > kompensiert ist, aber sich dabei seine Ausgangsimpedanz ändert. Nur der > Instrumentenverstärker tastet ab ohne dabei Fehler zu erzeugen, man will > ja schliesslich auf x Nachkommastellen genau sein. Und so teuer sind die auch nicht. https://www.mouser.de/Texas-Instruments/Instrumentation-Amplifiers/INA333-Series/_/N-1z0zls6Z4fs16Z1yyhej8 Zumindest nicht wenn es genauer sein soll. mfg Klaus
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.