Messverstärker Kraftmessdose

[Hessibaby]

Ich habe früher sehr viele Analogschaltungen für MSR entwickelt und Layoutet, allerdings war das alles in THT.
Bei SMT sollte es aber nicht anders sein. Wichtig ist halt das eine Signalführende Leiterbahn, auf der nur µV unterwegs sind, ringsum von einer Massebahn "begleitet" wird. Weiterhin wichtig sind Kerko´s im pF-Bereich direkt an der OPAMP-Spannungsversorgung, bei gesockelten IC´s am besten innerhalb des Sockels.
Bei einem ph-Regler habe ich mir mal einen Wolf gesucht, Grund: in einem Kerko war ein Anschluß nicht sauber kontaktiert.
Die Phänomene waren ähnlich wie die von the_Ghost666 beschriebenen.

[PICture]

Hallo!

@ hacker

Der angegebene Offset 1 µV am Eingang beim Gain=1 wird natürlich beim Gain > 1 verstärkt und wird am Ausgang des ersten Verstärkers entsprechend größer.

MfG

[Besserwessi]

Die angaben zum Offset und der Drift beziehen sich normalerweise auf den Eingang. Der Fehler wird also noch verstärkt. Der Offset (bezogen auf den Eingang) ist relativ unabhängig von der Verstärkung

Gelegentlich wird auch ein zusätzlicher Beitrag, bezogen auf den Ausgang angegeben, der sollte bei der relativ hohen Verstärkung hier aber nicht weiter stören.

[hacker]

Hallo,

ich war fleißig und habe eine neue Schaltung entworfen:

Bild hier  

Wenn die folgende Rechnung richtig ist, dann müsste die Schaltung für meine Ansprüche genügen. Eine Offset Einstellung fehlt noch. Das könnte man doch durch eine variable Spannung statt der Masse beim Spannungsteiler des Verstärkers machen, oder?

So nun meine Rechnung:

4,211 mV/V bei 22241,112N ergibt (bei einer Brückenspannung von 5V) 9,467mV für 10kN. Messbereich soll +-10V für +-10kN sein. D.h ich brauche eine Gesamtverstärkung von ca. 1056. Die erste Verstärkung wird gleich im IA erledigt mit v=207. Der angesprochene Drift sollte egal sein mit 0,3µV/°C, da über einen geschätzten Temperaturunterschied von 10°C max 3µV entstehen. Diese verstärkt ergeben max. 3mV. Jedoch hab ich für den Bereich +-10V nur 12Bit zur Verfügung. Sprich ich sollte das gar nicht so arg mitbekommen.

Hab ich richtig überlegt?

Wenn ich eine Auflösung von 5N (5mV) hinbekomme, bin ich zufrieden.


Ist noch größeres Verbesserungspotential in der Schaltung?

[Besserwessi]

Die Erzeugung der +-5 V ist noch nicht so gut. Die meisten OPs mögen keine große kapazitive Last am Ausgang, das wird mit dem extra FET dazwischen auch nicht unbedingt besser werden. Die Schaltung für die +5V wird so vermutlich schwingen. Wenn es mit dem extra FET sein soll, dann eine direkte Rückkopplung per Kondensator vom OP Ausgang und ein Widerstand in die Leitung vom Ausgang.

Wenn die 15 V schon einigermaßen Stabil sind, und bei nur 12 Bit Auflösung könnte man auch schon bald normale Spannungsregler nehmen. Zumindestens für die Versorgung des 1.ten Verstärkers wäre das einfacher.


Bei der Verstärkungseinstellung mit dem Poti könnte man noch was verbessern. Satt dem 500 Ohm Poti, einen Widerstand von z.B. 560 Ohm und eine Poti von ca. 5 K Parallel. Damit wirkt der oft schelchte TK des Poties nicht mehr so stark. Für 12 Bit wird das noch nicht unbedingt nötig sein.

[PICture]

Hallo!

Ich verstehe deine Überlegungen nicht ganz und sehe kaum Unterschied zu der vorheriger Schaltung, weil an der Messbrücke immer noch kein Differenzverstärker hängt. Wenn der OpAmp nicht als Differenzverstärker konfiguriert werden kann, könnte man doch zwei einzelne so wie bisher nehmen und an Augängen die unbenutzte Hälfte von IC4 als Differenzverstärker ausnutzen (wie im Wiki).

Was haben 12 Bit mit von dir benötigter analoger Spannung zu tun ?

Ich weiß nicht woher sollte man die genaue tatsächliche Rauschspannung, die zu erwarten ist, nehmen ? Wenn das Rauschen nicht berücksichtig ist, dann sollten deine Überlegungen passen und man wird das Rauschen erst in der Praxis sehen.

MfG

[hacker]

Hallo,

@PICture

Das Symbol von IC3 ist vielleicht ein bisschen unglücklich gewählt (die Bibliothek hab ich schnell in Eagle geschaffen). Es soll ein schon fertig integrierter Instrumentenverstärker, bei dem man die Verstärkung über den einen Widerstand Rg einstellen kann. Mit den "Messfühlern" kann man direkt in die Eingänge.

Das Ausgangsignal des Messverstärkers, welches ein Bereich von +-10V abdecken soll, wird zu einem späteren Zeitpunkt wieder digitalisiert und zwar mit 12 Bit. D.h ich hab eh nur knapp 5mV Auflösung am Ende.

@Besserwessi

Deine Vorschläge werde ich gleich mal einbauen. Den Offsetabgleich werd ich auch noch machen.


Dann dürft ihr nochmal zur Kontrolle drüberschauen

[Besserwessi]

Wenn das Signal später digitalisiert wird, sollte man die Ref. Spannung des ADs aus der brückenspannung ableiten, oder ggf umgekehrt.

Wenn die Auswertung nicht zu schnell werden muß, und hinter dem AD-Wandler noch etwas Recehnzeit übrig ist, könnte man überlegen die Brücke mit Wechselspannung zu beteiben, und die Demodulation dann digital hinter dem AD zu machen. Mit Wechselspannung hat man kaum Offsetprobleme und 1/f Rauschen ist auch nicht das Problem. Bei hoher Abtastrate des ADs kann man dann auch mit einerm 12 Bit AD deutlich mehr als 12 Bit auflösunge bekommen, bei niedriger Bandbreite. Bei Wechselspannung kann man Oversampling gut ausnutzen.

[PICture]

@ hacker

Ich werde mit dem IC in deiner Schaltung sicher keine Probleme haben, obwohl Instrumentenverstärker und Differenzvrstärker für mich nicht gleich sind...

Ich finde das Dattenblatt ohne eigene Messungen für Entwicklung ungenügend.

Für mich wäre es wachrscheinlich bequemer Digitalmessen und danach DA Wandeln, aber...

MfG

[hacker]

Ich habe nun die Schaltung fertig gemacht und die Platine gelayoutet. Ende nächster Woche müsste sie fertig sein. Dann wird aufgebaut und euch berichtet.