Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik OP Verstärker für Drucksensor


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von Christoph (Gast)


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Hallo,

ich habe schon Jahre lang nichts mehr mit OP Verstärker gemacht und 
irgendiwe habe ich alles darüber vergessen...

Habe einen Drucksensor (Honeywell 26PCDFA6G), dieser gibt bei 10V VCC 
und 2bar 100mV aus.

Ich möchte ihn allerdings mit 5V betreiben, dann gibt er also bei 2 bar 
50mV aus.
Brauchen nun eine 100fache verstärkung das ich dann von 0-5V für meine 
µController habe.

Welchen OP Verstärker soll ich dafür verwenden und wie wird der richtig 
beschaltet.

Ich hoffe das ich dabei wieder lerne wie das ganze funktioniert!

Danke und MfG
Christoph

von Der Andere (Gast)


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Christoph schrieb:
> Welchen OP Verstärker soll ich dafür verwenden

Einen Rail to Rail OP

Christoph schrieb:
> und wie wird der richtig beschaltet.

Suche nach "nichtinvertierender Verstärker mit OP". Du bekommst tausende 
von Seiten
z.B. auch hier:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen

Christoph schrieb:
> Ich hoffe das ich dabei wieder lerne wie das ganze funktioniert

Das liegt einzig und alleine an dir. Das ist keine Raketentechnik.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Ich Konservativling verteile die Verstärkung auf 2 Opamps und gebe dem 
zweiten eine Offset- und eine Gaineinstellung, ums zu kalibrieren. Aber 
das kann man auch in Software machen.

von Cab_leer (Gast)


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Du solltest dir noch überlegen mit welcher Bandbreite und welche 
Genauigkeit über welchen Temperaturbereich nötig ist

von Christoph (Gast)


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Die Umgebungstemperatur bleibt immer gleich ca. 21 Grad.
Kalibrieren kann ich das ganze auch über den Controller.

von Christoph (Gast)


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Mir ist schon viel damit geholfen, wenn mir wer sagen kann welchen OP 
Verstärker ich verwenden soll!

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Mit einer einfachen Verstärkerschaltung wird das sowieso nichts. Das 
Ding ist eine Brücke, d.h. du brauchst einen Differenzverstärker. Kann 
man auch aus einem OP basteln, hat dann aber den Nachteil der 
Brückenbelastung. Um das zu vermeiden, schaltet man erst mal beiden 
Signalen einen Spannungsfolger vor:
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm

Oder man nimmt gleich ein passendes IC.

Noch einfacher, statt dem Analoggedöns: einen kleinen externen 
A/D-Wandler mit Differenzeingang, einstellbarer Verstärkung und 
interner Referenz. Auf die Schnelle: MCP3421, 18bit ist natürlich völlig 
übertrieben, nur als Beispiel. Die haben noch andere im Angebot :-)

von Forist (Gast)


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Mit Mikrocontroller und Digitalelektronik hat das erstmal gar nichts zu 
tun, solange das Signal keine vernünftig zu einem ADC passende Amplitude 
besitzt.

Wenn man die Nullpunkts- und Skalierungsjustage im µC macht, sollte man 
drauf achten, dass bei minimalem Druck auf jeden Fall eine Spannung 
deutlich größer als 0V herauskommt, da viele Rail-to-Rail OPs, auch wenn 
das Marketing das suggeriert, meisten nicht wirklich sauber an die Null 
ran kommen, sobald etwas Last dran hängt.

von Wolfgang (Gast)


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Christoph schrieb:
> Mir ist schon viel damit geholfen, wenn mir wer sagen kann welchen OP
> Verstärker ich verwenden soll!

Wenn du verrätst, welche Bandbreite du brauchst ...

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Wollte ich auch gerade schreiben, das Ding hat Differenzausgänge
https://sensing.honeywell.com/index.php?ci_id=155865

dafür nimmt man üblicherweise hochohmige "Instrumentenverstärker", z.B. 
die INA-Typen von Texas Instruments. Reichelt hat mehrere, der billigste 
ist der INA126 ab 2,35 €. Bandbreite hier nur 9kHz, aber das sollte für 
Druckmessungen schnell genug sein, damit verringert sich auch das 
Rauschen.

Ich sehe gerade im Datenblatt, das ist kein echter 
Instrumentenverstärker, sondern ein gewöhnlicher Differenzverstärker mit 
integrierten Widerständen.
Der INA111 wäre ein echter instrumentation amplifier mit FET-Eingängen, 
bei Reichelt ab 11,80 €

: Bearbeitet durch User
von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Christoph schrieb:
> Habe einen Drucksensor (Honeywell 26PCDFA6G),
Das ist eine nackte Meßbrücke.

> dieser gibt bei 10V VCC und 2bar 100mV aus.
> ... mit 5V betreiben, dann gibt er also bei 2 bar 50mV aus.
Ja.
> Brauchen nun eine 100fache verstärkung das ich dann von 0-5V für meine
> µController habe.
Ja, ist sinnvoll.

> Welchen OP Verstärker soll ich dafür verwenden und wie wird der richtig
> beschaltet.
Da die Meßbrücke nur ein Differenzsignal ausgibt, das zwischen 0V und 5V 
liegt, ist (wie oben von Christoph schon angeraten) ein sogenannter 
Instrumentenverstärker zweckmäßig.
https://de.wikipedia.org/wiki/Instrumentenverst%C3%A4rker
Die gibt intergiert als Chip in gängigen Gehäusen (z.B. DIL8 oder SO8).

Nur wenn du rel. geringe Anforderungen an die Genauigkeit hast, kannst 
du die Schaltung mit einem einfachen OPV als Differnzverstärker machen.
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm

Da die Meßbrücke nicht sehr hochohmig ist, braucht es IMHO auch keinen 
speziellen Verstärker mit FET-Eingang. Ein bipolarer wird es auch 
machen.
Dann steht aber bei der Auswahl doch noch die Frage nach den konkreten 
Anwendungsbedingungen. Danach kann der IC speziell bezüglich Drift und 
Offset ausgesucht werden.
Manche Instrumentenverstärker sind auch sauteuer, kläre dein Budged.
Außerdem sind nicht alle IC leicht beschaffbar.
Eine Möglichkeit wäre z.B. INA126.
Der wäre hier recht preiswert zu haben.
https://www.reichelt.de/instrumentenverstaerker-dip-8-ina-126-pa-p147253.html?
Der wird aber wohl nicht so gut mit 0-5V zu betreiben sein.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
von Heinz (Gast)


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Hast du dir mal den HX711 angeschaut?
Der ist speziell zum Messen von Sensoren mit Wheatstoneschen Messbrücken 
ausgelegt und bietet eine 24 Bit Auflösung.
Den gibt es auch als fertiges Modul für kleines Geld zum Anschluss an 
div. Controller.

von Andre R. (ltisystem)


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Also ich nutze die Pressure Transducer von Braun (auch mit 
Differenzsignal wegen der Messbrücke) und betreibe die Messung mit einem 
OP07CP. Das ganze lese ich mit dem Timer Interrupt gesteuerten ADC des 
Arduino Nano (aus China für 1€) aus (momentan mit effektiv 100Hz pro 
Kanal, da ist aber noch eine ordentliche Boxcar Mittelung drüber). Habe 
momentan auch 2 Transducer (deswegen pro Kanal) am Arduino, also muss 
nach jedem Wert auslesen, im MUX den Kanalumschalten - das ganze geht 
also noch weitaus schneller. Das Gute ist, dass man sowohl den OPV, als 
auch den Drucksensor mit dem Arduino Nano versorgen kann. Noch 2 
Glättungs Kondensatoren dazu und es läuft.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Den OP07 mit single supply 5V?? Respekt.

von Andre R. (ltisystem)


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H.Joachim S. schrieb:
> Den OP07 mit single supply 5V?? Respekt.

Jop, das ding läuft einwandfrise, laut Datenblatt kannste den sogar auch 
mit 3V betreiben.

Ach und da könnte man sogar noch mit dem Offset spielen. Mache aber die 
Kalibrierung softwareseitig mit ner 2-Punkt-Kalibrierung am Nullpunkt 
(Ventil offen) und einer 20cm Wassersäule. Bin sehr zufrieden.

: Bearbeitet durch User
von Andrew T. (marsufant)


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Andre R. schrieb:
> Jop, das ding läuft einwandfrise, laut Datenblatt kannste den sogar auch
> mit 3V betreiben.

Fast richtig.
Mit symmetrischer Versorgung, +-3V, also 6V  ist im DaBla spezifiziert.

von Christoph (Gast)


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Hallo,

danke für eure Antworten!
Ich werde es mal mit einem INA111 versuchen.

von Christoph (Gast)


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Eine Frage hab ich noch zur Versorgungsspannung beim INA111l

Hab am Drucksensor +5V angeschlossen, bekomme damit 50mV bei 2bar Druck 
heraus.

Im Datenblatt vom INA111 steht als PowerSupply +-15V.
Bedeutet dass das ich an V+ +15V und an V- GND anschließen muss?
Funktioniert dann die 100fache Verstärkung genau so wie ich es möchte, 
wenn ich als RG 511Ohm nehme?

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Christoph schrieb:
> Im Datenblatt vom INA111 steht als PowerSupply +-15V.

Das heisst symmetrische Versorgung mit +15V und -15V, also insgesamt 
30V.
Warum wollen alle immer ungeeignetes Zeug nehmen, trotz dass es 
passendes gibt?

Du brauchst single supply 5V. Dazu rail-to-rail-Ausgang, wenn du den 
gesamten Bereich (mit kleinen Einschränkungen, wie schon gesagt) nutzen 
möchtest.


edit: INA827 z.B. wäre so ein Kandidat, gibt aber viele andere mehr.

: Bearbeitet durch User
von Christoph (Gast)


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Welcher OP Verstärker ist dann für meine Anwendung besser geeignet.
Ich würde gerne als PowerSupply +5V und GND verwenden.

von Achim S. (Gast)


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Christoph schrieb:
> Ich werde es mal mit einem INA111 versuchen.

Willst du wirklich den Verstärker mit 5V single supply versorgen? Dann 
wird der INA111 am selben Problem scheitern wie es auch der OP07 tun 
würde: 5V single supply reichen nicht aus, um den Baustein vernünftig zu 
betreiben und den Ausgang auszusteuern.

Schau dir auf S. 5 des Datenblatts
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina111.pdf
den "Diamond Plot" links in der Mitte an. Er gibt dir an, wie weit du 
Eingang und Ausgang des Bausteins nutzen kannst, wenn du ihn mit einer 
bestimmten Spannung versorgst. Dieser Plot ist für eine Versorgung von 
+-15V gezeigt. Du siehst, dass der Eingang jeweils 3V von der Versorgung 
entfernt bleiben muss, der Ausgang kommt bis auf 2V an die Versorgung 
ran. Bei einer Versorgung mit 5V single supply bleibt am Ausgang also 
höchstens ein Arbeitsbereich von 2V-3V. Aber am Eingang bleibt überhaupt 
kein Arbeitsbereich - mit 5V single supply kannst du diesen Baustein 
nicht betreiben.

Der zuvor vorgeschlagene INA126 ist in der Hinsicht deutlich besser 
geeignet. Und er ist auch ein vollwertiger Instrumentenverstärker (nicht 
wie zwischendurch vermutet ein einfacher Differenzverstärker).
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina126.pdf
In Fig. 6 des Datenblatts findest du sogar gestrichelt den Diamond Plot 
für 5V single supply. Du siehst, dass du am Eingang kein Problem haben 
wirst (weil der Eingang immer in der Nähe von 2,5V liegen wird). Am 
Ausgang kommst du halt nur bis auf 0,7V runter auf auf 4,3V hoch. 
Entsprechend sollltest du deine Ausgangsspannung nicht auf 0V 
referenzieren sondern einen höheren Wert an den Ref-Eingang des INA126 
anschließen.

Diese Aussteuerbereich dürfte schon ziemlich nah am Optimum dessen 
liegen, was sich mit Instrumentenverstärkern bzw. allgemein mit 
Operationsverstärkerschaltungen erreichen lässt. Wenn du den vollen 
Spannungsbereich nutzen willst, empfehle ich dir den selben Ansatz wie 
ein Vorredner:

H.Joachim S. schrieb:
> Noch einfacher, statt dem Analoggedöns: einen kleinen externen
> A/D-Wandler mit Differenzeingang, einstellbarer Verstärkung und
> interner Referenz.

Falls du nicht auf single supply beschränkt bist sondern bipolare 
Versorgungen zur Verfügung hast, kannst du meinen Beitrag einfach 
ignorieren ;-)

von Achim S. (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Schau dir auf S. 5 des Datenblatts

Ups, sorry. Ich meinte: Schauf auf S. 4 des Datenblatts ...

Ich sehe gerade, dass auch der INA827 vorgeschlagen wurde: der ist in 
der Tat noch ein Stück weiter aussteuerbar als der INA126

von Christoph (Gast)


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OK, verstehe das Problem.

werde dann einen INA 827 in Verbindung mit einem REF3225 verwenden.

Dann sollte ich doch alles mit den +5V betreiben können oder?

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Christoph schrieb:
> OK, verstehe das Problem.
Das ist immer gut :-)

Christoph schrieb:
> in Verbindung mit einem REF3225
Was willst du denn damit? Das wäre nur nötig, wenn du den Nullpunkt auf 
2,5V verschieben willst. Und das wiederum macht nur dann Sinn, wenn du 
beispielsweise +/-2bar messen möchtes, also beide Richtungen der 
Differenzspannung messen möchtest. Für den Messbereich 0..2bar verlierst 
du mit den 2,5V den halben Messbereich (geht dann von 2,5V..5V oder von 
2,5V..0V, je nachdem wie du den Sensor anschliesst).

von Achim S. (Gast)


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Christoph schrieb:
> werde dann einen INA 827 in Verbindung mit einem REF3225 verwenden.
>
> Dann sollte ich doch alles mit den +5V betreiben können oder?

ja klingt vernünftig. Aber wenn du nur positive Drücke messen willst, 
ist die Wahl von Vref des Verstärkers = 2,5V etwas unnötig hoch. Du 
verschenkst die Hälfte des Messbereichs, wenn die Ausgangsspannung des 
Verstärkers immer nur zwischen 2,5V und 5V bleibt.

Wenn du dich bei TI registrierst kannst du dir dort ein LabVIEW-Tool 
runterladen, mit dem sich der Diamond Plot für verschiedene ICs und 
Versorgungen erzeugen lässt.
http://www.ti.com/lit/zip/sboc452
Der INA827 ist in meiner (veralteten) Version der Software nicht 
enthalten, aber für den INA826 bekommst du das oben gezeigte Ergebnis.

von Christoph (Gast)


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OK, danke für die Hilfe.
Also kann ich den REF3225 weglassen und schließe bei REF am INA827 GND 
an?

von Achim S. (Gast)


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Christoph schrieb:
> Also kann ich den REF3225 weglassen und schließe bei REF am INA827 GND
> an?

hier der entsprechende Diamond-Plot für den INA826 (inwieweit das auch 
für den INA827 gilt müsste man mit dessen konkreten Daten durchspielen).

Du gewinnst beim INA826 zwar etwas Aussteuerbereich. Aber nicht so viel, 
wie vielleicht erwartet, weil der Ausgangsbereich dann nur noch bis 3V 
hochgeht.

Ein Option wäre, den Verstärker mit Vref=0 zu betreiben, die Verstärkung 
etwas zu reduzieren und das Vref des ADC nicht auf 5V sondern auf einen 
Wert <3V zu setzen. Damit kannst du den vollen Spannungsbereich 
abdecken.

Für sehr kleine Sensorspannungen (im Bereich der Offsetspannung des 
Verstärkers) wirst du dabei allerdings blind (je nachdem, ob die 
konkrete Offsetspannung grade positiv oder negativ ist). Ist bei dem 
geringen Eingangs-Offset dieses ICs aber vielleicht unproblematisch.

von Ralf L. (ladesystemtech)


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Bei 8 Volt single Supply und einem LM741 kommt am Ausgang ein 
Spannungsbereich von 2,5 bis 6,5 Volt heraus, also 4 Volt. Deshalb ist 
bei 5 Volt Betriebsspannung ein R2R-Typ, so wie der Andere bereits 
weiter oben vorgeschlagen hatte, erforderlich.

Ich hatte mal so eine ähnliche Schaltung für die Steuerung einer 
Vakuumpumpe (nur Ein - Aus) für einen Bremskraftverstärker in ein E-Auto 
eingebaut. Mit dem blauen 1k Spindeltrimmer lässt sich bequem die 
Symmetrie einstellen.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Es bleibt also irgendwie Gewurschtel :-)
Und noch mal zum MCP3421 (1,75€ bei Reichelt): den kannst du direkt mit 
deinem Brückensignal füttern. PGA=8 macht 400mV Signal bei 2048mV 
Referenz und 18bit Auflösung. Ok, davon sind schon erstmal nur 17bit 
nutzbar (die andere Hälfte für umgekehrte Polarität des Signals). Und 
vom Messbereich 2048mV werden auch nur 400mV genutzt - was aber immer 
noch einem Signal von 0...25600 entspricht.
Einziger Nachteil: braucht 2 (I2C) Anschlüsse am MC statt einem analogen 
und ein paar Zeilen Code.
Zur Messgeschwindigkeit hast du ja auch noch nichts gesagt, bei voller 
Auflösung ist der nicht gerade schnell :-)

von Christoph (Gast)


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Danke für eure Hilfe!
Ich werde es mal mit dem INA827 ausprobieren.
Hab mir jetzt auch das Tool von TI heruntergeladen und lt. Simulation 
funktioniert es genau so wie ich mir das vorgestellt habe...

von Christoph (Gast)


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Als kleines Update:

Hat mit dem INA827 perfekt funktioniert!

Danke für eure Hilfe!!

von Wolfgang (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Für sehr kleine Sensorspannungen (im Bereich der Offsetspannung des
> Verstärkers) wirst du dabei allerdings blind (je nachdem, ob die
> konkrete Offsetspannung grade positiv oder negativ ist).

Man könnte auch absichtlich einen kleinen Offset auf das Sensorsignal 
geben, um sicher aus dem Offset-Bereich des Verstärkers heraus zu 
kommen.
Den Rest erledigt die Skalierroutine im µC.

von Achim S. (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Man könnte auch absichtlich einen kleinen Offset auf das Sensorsignal
> geben, um sicher aus dem Offset-Bereich des Verstärkers heraus zu
> kommen.

auf das Sensorsignal oder (einfacher) auf den Ref-Eingang des INA827. 
Auch das hebt die Ausgangsspannung für kleine, negative Differnzsignale 
vom Sensor in den positiven Bereich. Aber offenbar ist der TO ja schon 
mit der aktuellen Schaltung zufrieden:

Christoph schrieb:
> Als kleines Update:
>
> Hat mit dem INA827 perfekt funktioniert!

danke für die Rückmeldung...

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