Guten Tag, ich habe folgenden Auftrag: Aus einer DMS-Vollbrücke ein Signal aufnehmen, welches durch eine Messverstärkerschaltung verstärkt wird. Anschließend soll das Signal umgewandelt werden über einen A/D - Wandler, damit ich anschließend auf dem Raspi das Signal auswerten kann. Im Vorraus schonmal, ich habe die DMS-Vollbrücke noch nicht. Also auch noch keine Angaben dazu was da auf mich zukommt. Ich möchte das Signal über einen Operationsverstärker verstärken, welcher als Differenzverstärker verwendet wird. Ich hab auch schon einen kleinen Schaltplan dazu gezeichnet. Allerding ohne die passenden Werte/Bauteile also nur grob wie ich mir das vorstelle. Ich hätte also zwei Fragen die ich mir so richtig noch nicht erklären kann. 1. Wie groß wählt man in der Regel die Kondensatoren die das Signal filtern sollen? 2. Hat jemand einen OP den er mir empfehlen könnte? (Würde den gerne auf 5V laufen lassen da der Raspi auch auf 5V läuft) 3.Macht meine Schaltung überhaupt Sinn? Also würde das so funktionieren wie ich mir das vorstelle? PS: Im Anhang befindet sich mein Schaltplan
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Phil schrieb: > Ich hab auch schon einen > kleinen Schaltplan dazu gezeichnet. Allerding ohne die passenden > Werte/Bauteile also nur grob wie ich mir das vorstelle. Schön gezeichnet. Es soll also eigentlich eine Gleichstrommessung werden. Phil schrieb: > 1. Wie groß wählt man in der Regel die Kondensatoren die das Signal > filtern sollen? fg = 1 (2 x PI x R x C) Die Grenzfrequenz fg des CR-Glieds wird durch den Kondensator C und den Widerstand R bestimmt. https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/ebook.htm Phil schrieb: > 2. Hat jemand einen OP den er mir empfehlen könnte? (Würde den gerne auf > 5V laufen lassen da der Raspi auch auf 5V läuft) Für UB = 5 V brauchst Du ein Rail to Rail OPV. Wie genau soll die Messung werden? Der OPV sollte eine geringe Drift haben. Ich hatte 2018 mal bei TI mir eine Vergleichsliste erstellt. Eigentlich sollte auch ein TLC271 genügen. Der ist zwar nicht R2R aber "Output Voltage Range Includes NegativeRail". Der OPV hat 1,8 µV/°C Drift. Das hängt ja auch von der Auflösung des ADC ab ob Du eine Drift überhaupt mitbekommst. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc271.pdf Phil schrieb: > 3.Macht meine Schaltung überhaupt Sinn? Also würde das so funktionieren > wie ich mir das vorstelle? Ein paar Elkos und Kerkos zum Abblocken der Versorgungsspannung, kurze Leiterbahnen, also das Übliche und es sollte funktionieren. Mein üblicher Spruch dazu. LTspice ist Dein Freund. https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html http://www.gunthard-kraus.de/LTSwitcherCAD/index_LTSwitcherCAD.html http://www.gunthard-kraus.de/LTSwitcherCAD/LTSpice%20XVII%20_Tutorial_korr.pdf mfg Klaus
Klaus R. schrieb: > fg = 1 (2 x PI x R x C) > > Die Grenzfrequenz fg des CR-Glieds wird durch den Kondensator C und den > Widerstand R bestimmt. Ja, aber ich will ja nur das Signal Filtern wie berechnet man dies denn dann? Und ja es wird eine Gleichstrommessung. Klaus R. schrieb: > Für UB = 5 V brauchst Du ein Rail to Rail OPV. Wie genau soll die > Messung werden? Der OPV sollte eine geringe Drift haben. Ich hatte 2018 > mal bei TI mir eine Vergleichsliste erstellt. > Eigentlich sollte auch ein TLC271 genügen. Der ist zwar nicht R2R aber > "Output Voltage Range Includes NegativeRail". Der OPV hat 1,8 µV/°C > Drift. Das hängt ja auch von der Auflösung des ADC ab ob Du eine Drift > überhaupt mitbekommst. > https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc271.pdf Okay vielen Dank das werde ich mir mal anschauen. Klaus R. schrieb: > Ein paar Elkos und Kerkos zum Abblocken der Versorgungsspannung, kurze > Leiterbahnen, also das Übliche und es sollte funktionieren. Okay, gibt es vielleicht Tipps worauf man achten soll oder wo meistens Fehler bei auftreten? Der A/D-Wandler dahinter hat eine Auflösung von 16Bit also es sollte schon wohl genau sein am Ende. Gruß
Ein Instrumentenverstärker ist dein Freund. Ein reiner Differenzverstärker belastet die Brücke unter Umständen zu sehr.
Kevin M. schrieb: > Instrumentenverstärker Zum Beispiel INA102 um mal irgendeinen herauszugreifen ohne weitere Prüfung, ob dieser zu Deiner Schaltung paßt, aber Du ein Datenblatt ansehen kannst, was damit gemeint wäre.
Hallo, Dein Differenzverstärker verstärkt nur in einer Richtung. Wenn Die Differenzbrückenspannung negativ (Schraube wird auseinander gezogen) ist, müsste am Ausgang auch eine negative Spannung am Verstärkerausgang herauskommen. Du versorgst den OPAMP allerdings asymmetrisch, das kann der dann nicht. Der AD Wandler kann vermutlich auch keine negativen Eingangsspannungen. Wenn Du nur positive Differenzspannungen hast muss der OPAMP rail2rail sein. Es gibt übrigens spezielle AD Wandler genau für diesen Zweck. Die haben die Differenzverstärker und manchmal auch eine Stromversorgung für die Brücke mit on chip und sind nicht teuer. Das wird ja auch oft gebraucht für Personenwaagen und so weiter. Martin
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Phil schrieb: > Klaus R. schrieb: >> fg = 1 (2 x PI x R x C) >> >> Die Grenzfrequenz fg des CR-Glieds wird durch den Kondensator C und den >> Widerstand R bestimmt. > > Ja, aber ich will ja nur das Signal Filtern wie berechnet man dies denn > dann? > Und ja es wird eine Gleichstrommessung. Ich will ja nur filtern. Ok, ich versuche es Dir zu erklären. Auf die Schnelle habe ich nach RC - Filter gesucht und sofort etwas Brauchbares gefunden. https://www.trance-cat.com/electrical-circuit-calculators/en/rc-low-pass-filter-calculator.php Unter RC-Filter_10K-100n.jpg habe ich Dein Filter mit 10 K und 100 nF dargestellt. Du hast die 10 K und 100 nF parallelgeschaltet. Dies entspricht in Deinem Fall dem hier dargestellen Filter. Wir sehen, die Grenzfrequenz liegt bei 159 Hz. Grenzfrequenz heißt, das Signal hat bei dieser Frequenz um 3 dB abgenommen. -3 dB ist das 0,707 fache. Dieses simple Filter hat eine Steilheit von 6 dB / Oktave. 6 dB sind 2. Also bei 2 x 159 Hz = 318 Hz haben wir -3 dB + (-6 dB) = -9 dB. Der Bode Plot im Diagramm zeigt Dir, bei ca. 3 KHz hast Du eine Dämpfung von ca. 20 dB, das ist das 10 fache. Solltest Du eine Störeinstrahlung durch 50 Hz Netzbrummen haben, so mußt Du mit der Grenzfrequenz des Filters noch deutlich heruntergehen. Eigentlich gehen diese Erklärungen für Dich noch etwas zu weit. Es gibt zu dem noch weitere Aspekte. Die Beschaltung 10 K und 100 nF schränkt in Deinem Fall vor allem die Bandbreite des OPV ein. Ein Effekt ist, das Rauschen steigt mit der Bandbreite. Da Du eigentlich nur Gleichstrom messen willst ist die Grenzfrequenz von 159 Hz schon optimal. Phil schrieb: > Der A/D-Wandler dahinter hat eine Auflösung von 16Bit also es sollte > schon wohl genau sein am Ende. Der MCP3008 macht aber nur 10 Bit 16 Bit = 65536:1 --> ca. 15 µV bei 1 V ca. 30 µV bei 2 V ... Der OPV hat bei 10 K und 100R -> Eine Verstärkung von 100 (40 dB) und die Brücke bringt auch noch etwas (aber keine Verdopplung, siehe unten). Brauchst Du überhaupt solch eine Auflösung? Kevin M. schrieb: > Ein Instrumentenverstärker ist dein Freund. Ein reiner > Differenzverstärker belastet die Brücke unter Umständen zu sehr. Dein OPV ist als Differenzverstärker bzw. Subtrahierer beschaltet. https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm Diese Schaltung arbeitet als Subtrahierer dann exakt wenn die Signalquelle sehr niederohmig ist. Du hast hier in jedem Zweig einen Innenwiderstand von 110 Ohm. Das wäre etwas viel für eine genaue Subtraktion. Ein genauer 0 - Abgleich dürfte so nicht möglich sein. Aber wenn Du nur eine Spannung messen möchtest ist es mit der Schaltung schon möglich. Was hast Du Denn für einen Sensor wie wie kommst Du auf die Beschaltung? mfg klaus
Martin B. schrieb: > Dein Differenzverstärker verstärkt nur in einer Richtung. Wenn Die > Differenzbrückenspannung negativ (Schraube wird auseinander gezogen) > ist, müsste am Ausgang auch eine negative Spannung am Verstärkerausgang > herauskommen. Du versorgst den OPAMP allerdings asymmetrisch, das kann > der dann nicht. Der AD Wandler kann vermutlich auch keine negativen > Eingangsspannungen. Die Schaltung wird in Ruhestellung schon ca. UB/2, also 2,5 V liefern. Das ist eben so etwas wie ein virtueller Nullpunkt. Es kommt eben darauf an was Phil will.😉 mfg klaus
Klaus R. schrieb: > Die Schaltung wird in Ruhestellung schon ca. UB/2, also 2,5 V liefern. > Das ist eben so etwas wie ein virtueller Nullpunkt. Es kommt eben darauf > an was Phil will.😉 > mfg klaus Und dennoch wird bei einer Verteilung der Brückenspannung die eine negative Differenz hervorruft der OpAmp eine negative Spannung ausgeben.
Klaus R. schrieb: > ie Schaltung wird in Ruhestellung schon ca. UB/2, also 2,5 V liefern. Das sehe ich auch so. Der TO muss halt wissen, welchen Bereich die A/D-Wandler haben. Viele Raspi-Breakout-Boards können 2.5V, die auch die interne Referenz bietet. In dem Falle müßte er die Ausgangsspannung durch einen Ausgangsspannungsteiler halbieren.
Kevin M. schrieb: > Klaus R. schrieb: >> Die Schaltung wird in Ruhestellung schon ca. UB/2, also 2,5 V liefern. >> Das ist eben so etwas wie ein virtueller Nullpunkt. Es kommt eben darauf >> an was Phil will.😉 >> mfg klaus > > Und dennoch wird bei einer Verteilung der Brückenspannung die eine > negative Differenz hervorruft der OpAmp eine negative Spannung ausgeben. Nö. Die Schaltung wird asymmetrisch versorgt. Der Sensor selber liefert im Ruhezustand UB/2. Von diesem Arbeitspunkt geht es hoch oder runter. mfg Klaus
Klaus R. schrieb: > Nö. Die Schaltung wird asymmetrisch versorgt. Der Sensor selber liefert > im Ruhezustand UB/2. V Nein. der Sensor liefert eine Gleichtaktspannung von Ub/2. Die Differenzspannung ist Null und geht ins Positive oder negative. und der Differenzverstärker verstärkt die Differenzspannung - sein Ausgang geht also je nach Auslenkung ins Positive oder ins negative - was er aber wegen der Versorgung nicht kann.
Klaus R. schrieb: > Der Sensor selber liefert > im Ruhezustand UB/2. Von diesem Arbeitspunkt geht es hoch oder runter. Das ist richtig. Achim S. schrieb: > Nein. ... Du hast das Prinzip der virtuellen Masse bei asymetrischer Spannungsversorgung nicht verstanden. Diese liegt auf Ub/2 und für den Ausgang ebenfalls.
Dieter D. schrieb: > Das ist richtig. Nein. Dieter D. schrieb: > Du hast das Prinzip der virtuellen Masse bei asymetrischer > Spannungsversorgung nicht verstanden. Ich würde eher sagen, du hast dir die Schaltung des TO immer noch nicht richtig angeschaut. Der Fußpunkt des Differenzverstärkers (unteres Ende von R5) geht gegen Masse (die untere Versorgung des OPV), nicht gegen Ub/2. Wenn die Brücke eine negative Differenzspannung liefert, dann müsste der Differenzverstäkerausgang negativ werden - was er aber nicht kann. Klar könnte man die Schaltung auch umbauen, dass sie Ub/2 als Referenzpunkt nimmt. Aus R5 müsste ein passend dimensionierter Spannungsteiler zwischen Ub und Masse werden. Dann wäre deine Beschreibung richtig. Bei der aktuellen Schaltung ist und bleibt sie aber einfach falsch.
Achim S. schrieb: > Ich würde eher sagen, du hast dir die Schaltung des TO immer noch nicht > richtig angeschaut. Im Gegensatz zu Dir habe ich zusätzlich die Schaltungswerte angeschaut. Daher hängt die Schaltung bei Ub/2. Das mit R5 wäre zwar nicht richtig für einen Schaltung mit virtueller Masse, aber der Einfluss liegt unterhalb der Toleranz der verwendeten Bauteile (2%). Wenn die Messbrücke den doppelten Widerstand hätte, müßte der Widerstand R5 erhöht werden. Für optimale Zeitkonstantensymmetrie müßte R5 20k haben und ein zusätzlicher Widerstand mit 20k zur positiven Versorgungsspannung oder Referenzspannung verschaltet werden. Als Vref für den MCP3008 müßte er bei dieser Schaltung ebenfalls 5V verwenden. Das Umrechnen und Offsetberücksichtigung übernimmt dann das Programm.
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Dieter D. schrieb: > Im Gegensatz zu Dir habe ich zusätzlich die Schaltungswerte angeschaut. > > Daher hängt die Schaltung bei Ub/2. Das mit R5 wäre zwar nicht richtig > für einen Schaltung mit virtueller Masse, aber der Einfluss liegt > unterhalb der Toleranz der verwendeten Bauteile (2%) Ach je. Ich hab mir die Bauteilwerte auch angeschaut. Und versucht, deine Argumente nachzuvollziehen. Und überlegt, ob du vielleicht doch irgendwie recht haben könntest. Aber ich kann dir auch beim besten Willen nicht zustimmen. Deshalb habe ich die Bauteilewerte einfach mal in LTSpice eingebaut. Und siehe da: es ist genau so, wie Martin B. und Kevin M. und meine Wenigkeit gesagt haben: bei abgeglichener Brücke ist der Ausgang des Differenzverstärkers bei 0V - und eben nicht bei Ub/2. Und wenn die Auslenkung der Brücke in die falsche Richtung geht, dann kann der Verstärker selbst mit einem r2r OPV nicht funktionieren. (der OPV in der Simu, der ohne Versorgung auskommt, hat dagegen kein Problem mit der negativen Ausgangsspannung.)
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und der Vollständigkeit halber gleich auch noch die oben beschriebene Modifikation der Schaltung, bei der der Diffamp-Ausgang tatsächlich um Ub/2 variieren würde.
Ich habe mir gestern auch die Mühe gemacht es zu Simulieren, da der OP37 in LTSpice verfügbar ist. Tatsächlich hat er eine Ausgangsspannung die einen Bias um die halbe Versorgungsspannung hat. Ich konnte mir leider aus Zeitgründen das Datenblatt noch nicht anschauen. Bei einem "normalen" OpAmp bleibe ich aber bei meiner Meinung :D
Achim S. schrieb: > Ich hab mir die Bauteilwerte auch angeschaut. Und versucht, deine > Argumente nachzuvollziehen. Und wenn Du im Realen nachmessen würdest, käme nie Deine Kurve heraus, denn der Simulator rechnet mit genauen Werten. Die gibt es aber in der Realität nicht. Da läuft auch die zweite Schaltung nicht durch den Nullpunkt. In der Realität musst Du eine Brücke immer abgleichen. Der Abgleich erfolgt über einen parallelen Widerstandstrimmer parallel zu R4 im Schaltplan des TO. In diesem Falle wird der Trimmer 20k haben und fast genau in Mittenstellung (aber nur wegen der 100 Ohm, aber der wird hier gebraucht wegen der Symmetrie der Zeitkonstanten), hast Du genau wenn alle Brückenwiderstände 220 Ohm haben, den Mittelpunkt bei Ub/2. Der kleine Versatz mit R5 erschlägt daher zwei Fliegen mit einer Klappe. Und damit bist Du wieder bei Ub/2 am Ausgang.
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Hallo, ich muß mich entschuldigen. Die Subtrahierer Schaltung hat es echt in sich. So bald die Spannungsquellen des Meßsignals keinen sehr kleinen Innenwiderstand haben, stimmen die simplen Berechnungsformeln nicht mehr. Denn die gehen von den idealen Voraussetzungen aus. Ich hatte zuerst mit einem Modell des LTC272 getestet. Ein einfacher OPV der eigentlich schon passable Werte liefern müßte. Danach wollte ich es doch genauer wissen und habe den LTC1152 genommen. Den Begriff Subtrahierer muß man in der Tat wörtlich nehmen. Ich dache da die Messbrücke auf UB/2 steht und +IN und -IN ebenfalls (zumindest beinahne) sollte OUT auch auf UB/2 stehen. Nein, +2.5V -2,5V = 0V. Profies würden hier in der Tat Instrumentenverstärker einsetzen. Die Eingänge sind sehr hochohmig (in der Regel) und man braucht sich über Auswirkungen der Innenwiderstände des Sensors keine Gedanken machen. Obwohl der LTC1152 mit über 7€ wirklich nicht billig ist, schafft das Modell es hier nicht die 0V zu erreichen. Das dürfte eher der Realität entsprechen. Der Bastler würde hier Trimmen, dem Profi wäre das zu aufwändig und nimmt einen Instrumentenverstärker. mfg Klaus
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OP37.png
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Kevin M. schrieb: > Ich habe mir gestern auch die Mühe gemacht es zu Simulieren, da der OP37 > in LTSpice verfügbar ist Der OP37 ist ein "klassischer Präzisions-OPV". Mit ihm (bzw. seinem langsameren "Verwandten" OP27) habe ich ausgesprochen gerne gearbeitet. Er ist weit entfernt von r2r. Bevor Burr Brown von TI gekauft wurde hatte mir einer von deren Ingenieuren auf einer Messe mal erzählt, den "single supply und rail-2-rail Hype" überlassen sie lieber der Konkurrenz, sie bauen stattdessen weiter die besten und genausten OPV ;-) Der input voltage range des OP37 muss 2,7V .. 4V von den rails wegbleiben - ein single supply 5V-Betrieb ist damit schon mal unmöglich. Sein output voltage swing kommt nur auf 1,2V..3,5V an die rails heran. Das heißt: wenn man den OP37 mit 5V versorgt, ist es schlicht Zufall, was am Ausgang des Bausteins tatsächlich erscheint. Dass nicht 0V erscheinen (was bei der korrekten Funktion der Fall wäre) ist sicher, weil der OP37 halt nicht annähernd an die negative Rail rankommt. Dieter D. schrieb: > In der Realität musst Du eine Brücke immer abgleichen. Achso. Du meinst man kann die Brücke so verstimmen, dass beim Verstärker 2,5V rauskommen? Ja mensch dann sag das doch. Klar kann man die Brücke falsch einstellen um damit die Fehlfunktion der dahinterliegenden Schaltung zu kaschieren. Zumindest falls die DMS-Messbrücke des TO das zulässt (vollständige DMS-Messbrücken erlauben das meist nicht, mit Einzel-DMS kann man es aber natürlich so hinpfuschen). Oder man baut es halt gleich richtig (und behauptet nicht ins Blaue rein, dass die hier gezeigte Schaltung am Ausgang einen Ruhepegel von 2,5V liefert, was sie schlicht nicht tut.)
Klaus R. schrieb: > em Profi wäre das zu > aufwändig und nimmt einen Instrumentenverstärker. Der Instrumentenverstäker hilft eindeutig dabei, die Brücke nicht zu belasten. Aber das Problem, dass die 0V nicht erreicht werden, hätte man bei den allermeisten Instrumentenverstärkern sehr ähnlich (oder noch schlimmer) wie bei der Schaltung des TO. Die "Belastung" des Ausgangs erfolgt über den Rückkoppelwiderstand, die ca. 250µA machen es auch einem r2r Ausgang schwer, "genau" auf 0V zu kommen. Man tut sich leichter wenn man das Bezugspotential definiert - z.B. wie hier gezeigt https://www.mikrocontroller.net/attachment/494103/Diffamp2.png oder indem man den Ref-Eingang eines Instrumentenverstärkers auf ein entsprechendes Potential treibt.
Achim S. schrieb: > Man tut sich leichter wenn man das Bezugspotential definiert - z.B. wie > hier gezeigt sollte heißen "wenn man ein höheres Bezugspotential definiert"
Klaus R. schrieb: > Der Bastler würde hier Trimmen, dem Profi wäre das zu > aufwändig und nimmt einen Instrumentenverstärker. Auch der Profi würde hier trimmen, weil eine Brücke mit Widerständen genauer als 1% wird teurer. Würde eine lasergetrimmte Brücke mit 0,1% Genauigkeit der Widerstände verwendet, dann würde als Trimmer parallel zu R4 ein Reihenschaltung aus 9.5k und 1k Trimmer verwendet werden (Spreizung zum leichteren Abgleichen). Da wäre der Widerstand versteckt, der Achim gefehlt hat, weshalb er zu einer anderen Ansicht zur Schaltung kam. Hätte R5 einen kleineren Wert gehabt, hätte ich ihm zugestimmt. Ub/2 wäre 2,5V. Mit dem Widerstand liegt bei den TO der virtuelle Massepunkt nicht bei 2,5V sondern fast genau bei 2,45V. Jeder der Widerstände R2, R4, R6 und R5 (mit und ohne R5) beeinflussen den virtuellen Massepunkt auf Grund der Toleranzen, so das dieser nie genau 2.5V sein wird. Aber der Ausgangshub des OP des TO ist bei 5V für seine Anwendung zu niedrig. Da stimme ich Achim vollumfänglich zu.
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Vielen Dank schonmal für die zahlreichen Antworten. Ich habe auch schon über einen Instrumentverstärker nachgedacht. Ich würde die Messung gerne möglichst genau durchführen und ein guter und Toleranzarmer Verstärker wäre da sehr von Vorteil. Hat jemand damit Erfahrung und könnte mir einen empfehlen? Und ja ich weiß das der MCP3008 nur 10 Bit hat und nicht die gewünschten 16 deshalb habe ich mir dafür schon folgenden heraus gesucht: https://www.reichelt.de/raspberry-pi-analog-digital-konverter-rpi-adc-p226847.html?&trstct=pos_0&nbc=1 Dann würde mir eigentlich nur der Instrumentverstärker fehlen. Die Toleranzen der Messbrücke kann ich noch nicht nennen die bekomme ich erst in den nächsten Tagen. Klaus R. schrieb: > Solltest Du eine Störeinstrahlung durch 50 Hz Netzbrummen haben, so mußt > Du mit der Grenzfrequenz des Filters noch deutlich heruntergehen. > > Eigentlich gehen diese Erklärungen für Dich noch etwas zu weit. Es gibt > zu dem noch weitere Aspekte. Die Beschaltung 10 K und 100 nF schränkt in > Deinem Fall vor allem die Bandbreite des OPV ein. Ein Effekt ist, das > Rauschen steigt mit der Bandbreite. Da Du eigentlich nur Gleichstrom > messen willst ist die Grenzfrequenz von 159 Hz schon optimal. Darüber muss ich noch ein wenig nachdenken. Welchen Grund genau hat das, dass man 159Hz nimmt? Ich werde am besten sowieso die Schaltung aufbauen und dann mit einem Oszilloskop schauen welche Verzerrung ich im Signal habe und die dann versuchen zu minimieren oder welcher Weg ist dafür der beste?
Phil schrieb: > Welchen Grund genau hat das, > dass man 159Hz nimmt? Keinen. Es ist einfach leicht erreichbar. Und für diese Zwecke exakt genug. Du kannst auch sagen: weil 10k und 100nF gängige Werte für Bauteile sind. Du könntest auch 51.1Hz nehmen - weil 10k und 330nF ebenfalls gängige Werte sind. Etc. Es ist letztlich ein Kompromiss aus Einschwingzeit, gewünschte Bandbreite, Aufwand, abmessungen der Bauteile.
Okay, ja das werde ich dann mal ausprobieren. Ich habe mir jetzt auch mal einen Instrumentverstärker angeschaut und ich glaube das der INA128PA ausreichend für mich wäre. Es sei denn ich habe etwas übersehen im Datenblatt
Hallo, warum muss man denn die Null Volt am Nullpunkt zwingend erreichen? Einen Offset kann man doch auch digital rausrechnen. Viele Grüsse
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Phil schrieb: > Ich habe mir jetzt auch mal einen Instrumentverstärker angeschaut und > ich glaube das der INA128PA ausreichend für mich wäre. Es sei denn ich > habe etwas übersehen im Datenblatt Ich hatte oben schon mal geschrieben, dass das Problem mit dem Erreichen der Null am Ausgang bei vielen Instrumentenverstärkern genau so schlimm (oder noch schlimmer) ist wie bei Subtrahierverstärkern mit r2r-OPVs. Hier der Link zur zugehörigen Erklärung: https://www.ti.com/lit/an/slyt690/slyt690.pdf?ts=1614067342679&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Ftool%252FINA-CMV-CALC Wenn du das Tool aus diesem Link verwendest kannst du berechnen, welcher Signalbereich für deinen Verstärker nutzbar ist. Wenn du Ref auf 0 legst kann dein Verstärker Ausgangssignale zwischen 0,8V und 1,5V korrekt erzeugen. Wenn dieser Bereich überschritten wird, clippt der Verstärker in der einen Richtung hart, in der anderne Richtung bekommt er eine stark nichtlineare Verstärkung. Beides willst du nicht wirklich. Wenn du Ref auf 2,5V legst (zweiter Anhang) sind die Signale zwischen 1V und 4V korrekt. Da brauchst du dann halt nur eine niederohmige Quelle, um den Ref-Eingang des INA128 zu treiben. Dein ADC (ADS1115) müsste dann den Verstärkerausgang differentiell zu diesem Wert am Ref-Eingang des Verstärkers messen. Du könntest stattdessen auch erwägen, den Verstärker ganz weg zu lassen und die Ausgänge der Brücke direkt auf den ADS1115 zu geben (und den im kleinsten Messbereich differentiell messen zu lassen). Der belastet deine Quelle dann mit einer effektiven Impedanz von 710kOhm. Aber das ist in bei deiner Brücke evtl. in einem akzeptablen Bereich. Es ist auf jeden Fall um Größenordnungen geringer als die Belastung, die du mit deinem ursprünglichen Entwurf eines Subtrahierverstärkers an die Brücke angeschlossen hättest.
Achim S. schrieb: > Wenn du Ref auf 2,5V legst (zweiter Anhang) sind die Signale zwischen 1V > und 4V korrekt. Da brauchst du dann halt nur eine niederohmige Quelle, > um den Ref-Eingang des INA128 zu treiben. Dein ADC (ADS1115) müsste dann > den Verstärkerausgang differentiell zu diesem Wert am Ref-Eingang des > Verstärkers messen. Also wenn ich das jetzt richtig verstanden habe, kann ich wenn ich an dem Uref Eingang eine Spannung von 2,5V anlege mit einer Niederohmigen Quelle den Wertebereiche von 1V - 4V genau auslesen. Darüber bzw. darunter wird die Verstärkung ungenau und damit nicht mehr brauchbar. Aber wenn ich nur den Bereich zwischen 1V und 4V nutze kann ich doch genau auslesen oder nicht? Das könnte man doch realisieren indem man die Bibliothek dahinter so anlegt oder nicht? Sorry für die vielen Unklarheiten habe vorher noch nicht mit Verstärker zutun gehabt.
Phil schrieb: > Aber wenn ich nur den Bereich zwischen 1V und 4V nutze kann ich doch > genau auslesen oder nicht? ja, das geht. wobei dein ADC dann differentiell messen muss relativ zu den 2,5V am Ref-Eingang des INA. der tatsächliche Bereich wäre also von 2,5-1=1,5V bis 2,5-4=-1,5V
Kann man alles machen. Was ich nicht verstanden habe, ist die Art des Auftrags. Falls das ein Schüler oder Studentenprojekt ist, kann man so rangehen. In dem Fall möchte ich noch einfügen, dass die Speisespannung der DMS-Brücke in die Brückenausgangsspannung eingeht. Es wäre nicht ungeschickt, wenn man diese Spannung als Referenzspannung für den ADC heranzieht.Ratiometrisch messen. Falls es beruflich ist, wäre die Entscheidung make or buy zu treffen. Für eine einmalige Lösung ist der Aufwand viel zu hoch. Jedenfalls ist ein Blick auf existierende Produkte und deren Eigenschaften keinesfalls verkehrt, das Problem ist ja nicht erst vor ein paar Tagen aufgetreten. Es gibt auch Produkte, die den Aufwand auf ein Minimum reduzieren, z. B. https://www.burster.de/de/mess-pruefgeraete/messgeraete-fuer-mechanische-groessen/p/detail/9206 Ähnliches gibt es auch von anderen Herstellern.
DMS Freak schrieb: > Falls es beruflich ist, wäre die Entscheidung make or buy zu treffen. > Für eine einmalige Lösung ist der Aufwand viel zu hoch. Jedenfalls ist > ein Blick auf existierende Produkte und deren Eigenschaften keinesfalls > verkehrt, das Problem ist ja nicht erst vor ein paar Tagen aufgetreten. > > Es gibt auch Produkte, die den Aufwand auf ein Minimum reduzieren, z. B. Ich würde gegeben falls auch einen fertigen Verstärker nehmen. Allerdings müsste ich am Ende acht "DMS-Vollbrücken" einzeln voneinander auswerten können. Dazu kommt noch das es relativ kompakt sein soll. Außerdem möchte ich nicht pro Vollbrücke ein paar hundert Euro ausgeben. Deshalb informiere ich mich darüber welche Optionen es für mich gibt die relativ einfach umsetzbar sind, "kostengünstig" und kompakt sind. Schaltungen zusammenlöten oder Messungen durchführen sind nicht das Problem. Allerdings soll es auch irgendwann vernünftig und möglichst genau funktionieren.
Also wenn es "professionell" werden soll, dann wirst du deine Zeit sicher nicht damit verschwenden, einen passenden Verstärker für die Messbrücke zu basteln. Da greift man sicher auf die kommerziellen Lösungen zurück, es sei denn du mußt einen bestimmten Parameter über alle Masse ausreizen. Bleibt die Frage, ob die Art der Messung ein Multiplexen der Brücken auf einen Meßverstärker erlaubt oder ob du wirklich für jede Brücke einen eigenen Meßverstärker brauchst. Ähnliche Frage dann, was kommt nach dem Verstärker? Gruß Rainer
Achim S. schrieb: > Ich hatte oben schon mal geschrieben, dass das Problem mit dem Erreichen > der Null am Ausgang bei vielen Instrumentenverstärkern genau so schlimm > (oder noc Er will doch gar nicht Null am Ausgang haben, sondern Ub/2 als Mitte um die Spannungsaenderung der Bruecke in beide Richtungen erfassen zu koennen. Anbei eine kleine Auswahl r2r instrument amplfier: INA 188, 326, 327, AD 623, 8227, LTC 6800, Max 4208, 4209, ...
Phil schrieb: > Außerdem möchte ich nicht pro Vollbrücke ein paar hundert Euro ausgeben. Musst Du auch nicht. Wenn Du die Daten hast ueber Genauigkeit, welchen Hub die Bruecke haben wird, ist das alles nur Spekulation. Wenn die Daten da sind, kann man erst den parallelen Trimmwiderstand zu R4 bestimmen. Waere nicht das erste mal, das so ein Sensor bereits mit Vorverstaerker waere. Deine Referenz muss sowieso niederohmig sein, wenn die Bruecke wirklich nur rund 200 Ohm haette. Kann auch sein, das Du fuer alle Referenzspannungen eine niedrigere benoetigst, oder Pulsbetrieb, weil sonst der Sensor zu viel Abweichungen durch Eigenerweaermung haben koennte.
Und warum nicht gleich einen Sigma-Delta Wandler mit interner Verstaerkung? HX711 wird haeufig am Raspberry verwendet, allerdings muss man beim Bitbanging aufpassen , nicht waehrend der Messung durch > 50 uS high den Baustein zurueckzusetzten.
Rainer V. schrieb: > Ähnliche > Frage dann, was kommt nach dem Verstärker? Nach dem Verstärker soll über einen AD-Wandler den ich oben schonmal eingestellt habe das Analoge Signal umgewandelt werden und dann über einen Raspi ausgewertet werden.
Uwe B. schrieb: > Und warum nicht gleich einen Sigma-Delta Wandler mit interner > Verstaerkung? HX711 wird haeufig am Raspberry verwendet https://www.reichelt.de/entwicklerboards-waegezellenverstaerker-hx711-debo-force-amp-p271877.html?PROVID=2788&gclid=Cj0KCQiA7NKBBhDBARIsAHbXCB4XNw7C8pbYY_woAFzxXfLSInaGFSQvlDMrD-ANNVumSY7vS4ZvmKoaAmz9EALw_wcB Was wäre denn mit diesem? Wenn ich das richtig verstanden habe, könnte ich daran doch meine DMS-Brücke anschließen und kann dann im Anschluss direkt per I2C auslesen das wäre doch eigentlich genau das was ich möchte.
Phil schrieb: > Uwe B. schrieb: >> Und warum nicht gleich einen Sigma-Delta Wandler mit interner >> Verstaerkung? HX711 wird haeufig am Raspberry verwendet > > > > https://www.reichelt.de/entwicklerboards-waegezellenverstaerker-hx711-debo-force-amp-p271877.html?PROVID=2788&gclid=Cj0KCQiA7NKBBhDBARIsAHbXCB4XNw7C8pbYY_woAFzxXfLSInaGFSQvlDMrD-ANNVumSY7vS4ZvmKoaAmz9EALw_wcB > > Was wäre denn mit diesem? Wenn ich das richtig verstanden habe, könnte > ich daran doch meine DMS-Brücke anschließen und kann dann im Anschluss > direkt per I2C auslesen das wäre doch eigentlich genau das was ich > möchte. Nein, nicht per I2C und auch nicht normales SPI, sondern 25- 27 Taktimpulse, je nachdem welchen Kanal Du wandeln willst. Meist macht man das mit GPIO Bitbanging. Man muss aber die Timing Randbedingung beachten. Aktuelle Linux Kernel kennen das Teil aus im IIO Framework.
Uwe B. schrieb: > Nein, nicht per I2C und auch nicht normales SPI, sondern 25- 27 > Taktimpulse, je nachdem welchen Kanal Du wandeln willst. Meist macht man > das mit GPIO Bitbanging. Man muss aber die Timing Randbedingung > beachten. Aktuelle Linux Kernel kennen das Teil aus im IIO Framework. okay, dafür benötige ich eine genauere Erklärung.
Bis das zufriedenstellend läuft, hast du vier Wochen locker netto verbraten. Und dann stösst du auf Probleme, die andere schon gelöst haben. Sag ich mal als jemand, der schon einen ganzen Stall voll Messverstärker entwickelt hat.
DMS Freak schrieb: > Bis das zufriedenstellend läuft, hast du vier Wochen locker netto > verbraten. Und dann stösst du auf Probleme, die andere schon gelöst > haben. > > Sag ich mal als jemand, der schon einen ganzen Stall voll Messverstärker > entwickelt hat. Und was ist dann deine Lösung zu meinem Problem? Bzw. was würdest du empfehlen?
Zu dem HX711 gibt es tausende von Beispielen im Netz...
Ich möchte nur dringend raten, die Eigenschaften professioneller Produkte genauer zu betrachten und vor allem die eigenen Anforderungen an die Schaltung zu präzisieren. Beispiel: Welche Nullpunktsdrift des Eingangsverstärkers von z. B. 0,1 µV/K im Verhältnis zur zu erwartenden Eingangsspannung im zu erwartenden Temperaturbereich wird benötigt Ist eine Thermospannungskompensation erforderlich? Welche Eckfrequenzen? Ist das sicher oder soll das mit digitalen Filtern noch erprobt werden. Mittelwertbildung? Reicht das aus einem DeltaSigmal Wandleroder muss zusätzlich gemittelt werden? Gleitend oder arithmetisch? Welche Genauigkeiten werden erwartet? Was ist an Störeinflüssen zu erwarten? etc. Wenn du das selbst baust, wie stellst du die Einhaltung deiner Anforderungen sicher? Messmittel vorhanden? Wie stellst du dir den Abgleich der Elektronik vor? Mit Potis oder digital? Ressourcen füe die Entwicklung vorhanden? Zeitabschätzung?
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