Sensor mit Operationsverstärker auf 5V-Pegel bringen

[bobkins]

Hallo Forum!
Trotz 3(!) Semestern Elektrotechnik-Studium hatte ich (bis auf das Thema Frequenzkompensation) noch KEINEN Kontakt zu Operationsverstärkern. Dementsprechend sind auch meine Selbstzweifel bei meiner ersten OpV-Schaltung groß:

Habe einen Sensor (Drucksensor 24PC) mit einer Ausgangsspannung von 0-220mV. Für meinen uC möchte ich 5V haben, die am ADC-Port anliegen. Meine Recherchen brachten mich auf einen invertierender Verstärker (warum auch nicht?) mit Spannungsteiler davor, Arbeitspunkt auf halber Betriebsspannung (12V/2=6V). Verstärkung soll 22-fach sein (Koppelwiderstand 220k, der andere am invertierenden Eingang 10k) --> 4,84V Maximalpegel. Dieser kommt dann an den ADC-Port (gemeinsame Masse uC und OpAmp).

Soviel zu meinen Überlegungen. Wenn jetzt jemand sagt: "alles ok!", dann springe ich in die Luft, rufe Heureka und - das Beste - der Thread kann als geschlossen betrachtet werden. :-)

Würde mich wirklich sehr über Hilfe freuen!!! (bis zum Ende der Semesterferien warten um den Prof zu fragen kann ich leider nicht)
Danke!

bobkins

[Manf]

Im Datenblatt sieht es ja nach einer Meßbücke aus deren Differenzspannung den Meßwert darstellt. Man sollte dann die Differenzspannung mit einem Differenzverstärker auswerten.
Manfred

http://www.honeywell-sensor.com.cn/prodinfo/di_silicon_pressure/installation/p80082_3.pdf

https://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Operationsverst%C3%A4rker

[PICture]

Hallo bobkins!

Leider muss ich alles ok sagen ! :)

Die Verstärkung laut Deiner Schaltplan ist 100. Für gewünschte 22 muss der 1M Widerstand durch von Dir bereits berechnete 220k ersetzt werden.

Hoffentlich ist der Innenwiderstand des Drucksensors vieeel kleiner als 10k, sonst stimmt die Verstärkung nicht.

Ausserdem würde ich (falls nötig) den + Eingang des OPVs für Wechselspannungen durch einen Kondensator mit Masse kurzschliessen um eventuelle Störungen zu vermeiden.

MfG

[Manf]

Zumindest sollte man die Messbrücke selbst zur Messung in Betrieb nehmen.



http://images.google.de/images?q=tbn:3OxOJbf6A0EkcM:http://www.ferromel.de/tr4/messbr.gif (http://www.ferromel.de/tronic_251.htm)

[bobkins]

Zunächst danke für eure Hilfe!


Zumindest sollte man die Messbrücke selbst zur Messung in Betrieb nehmen.

@Manf:
Wie habe ich das zu verstehen? Ist es deiner Meinung nach sinnvoller die Schaltung als Differenzverstärker auszulegen? Warum?

@ALL:
Macht es Sinn den Offset einzustellen? Wie hoch ist dieser erfahrungsgemäß beim 741?

Darf ja nur max. 5V-Pegel haben für den uC. Sicherheithalber eine Z-Diode (5,1V) parallel zum Eingang schalten? Wäre doch sicherlich sinnvoll, wenn man das Überleben des uC sichern möchte, denn schließlich läuft der 741 mit 12V.

[Manf]

Habe einen Sensor (Drucksensor 24PC) mit einer Ausgangsspannung von 0-220mV.
Der Sensor gibt eine Spannung ab. Diese Spannung gibt er aber nur dann ab, wenn man ihn an eine Quelle anschließt. Die Quelle soll sicher wie üblich die gleiche sein mit der auch der Verstärker betrieben wird.
Eine Lösung dafür ist der Einsatz eines Differenzverstärkers.

In der Umgebung mit 5V ist ein TL072 sicher besser als ein 741 geeignet.
Manfred


http://www.alldatasheet.co.kr/datasheet-pdf/pdf_kor/TI/TL072.html
http://www.alldatasheet.co.kr/datasheet-pdf/pdf_kor/STMICROELECTRONICS/UA741.html

[shaun]

1. Schaltung da oben: die Ausgangsspannung liegt zwischen 6V und ca. 1V, wo kommen die 4,84V her?!
2. Für einen Sensor, der bereits für sich genommen eine Brücke darstellt, wertet man die Brückenspannung bei gegebener Erregung, sei es nun Konstantspannung oder -strom aus. Alternativ kann man auch ratiometrisch messen, also die Brückenspannung im Verhältnis zur Speisung. Wägezellen und Kraftsensoren im Allgemeinen haben häufig eine entsprechende Datenblattangabe: 2mV/V sagt zB, dass die Brücke bei Volllast um 2mV pro V Erregung verstimmt wird. Und solche Spannungen will man geradezu differenziell auswerten.

[bobkins]

Ok, ihr habt mich überzeugt, ich nehme einen Differenzverstärker.

Auch die Empfehlung eines anderen OpAmps habe ich beherzigt.

Verstärkung ist nach wie vor 22. Somit ergibt sich bei maximaler U-differenz des Sensors von 220mV (220uV/mbar) eine Spannung von 4,84V.
Wenn ich mit der Formel Ua = (U1-U2)*R2/R1 die Ausgangsspannung berechne, dann kann Udiff=U1-U2 auch negativ werden. Hab ich dann ein negatives Ua? Meine Überlegung wäre, dass die Formel Ua=|U1-U2|*R2/R1 lauten müsste!?

Gegen Überspannung für den Eingang des uC ein Z-Diode (5,1V) mit Vorwiderstand.
Welchen maximalen Eingangsstrom, bzw. Eingangswiderstand hat eigentlich ein Atmega32 am Eingang? Aus dem Datenblatt wurde ich auch nicht wirklich schlau.

@Manf: Aus der Schaltung auf http://www.ferromel.de/tronic_251.htm wurde ich nicht wirklich schlau. Dient die Messbrücke vielleicht der Eichung der Differenzspannung auf 0V?

Danke jetzt schon mal für alle weiteren Beiträge!

bobkins

:arrow: Fehler mit Vorzeichen am Opamp geändert

[Manf]

Die Messbrücke im Schaltungsvorschlag ist im Sensor.
Der Innenwiderstand der Brücke enthält damit auch die Widerstände R1. Man kann (und sollte für höhere Präzision) R1 zusätzlich einfügen, 10k ist ein guter Wert dafür. In der Berechnung des genauen Wertes für die Verstärkung kommt der Innenwidertstand der Brücke noch dazu.

In sofern ist die Schaltung identisch, bis auf die Vorzeichen am OP-Eingang.

Was dann noch kommt ist der Nullabgleich und die Einstellung der Verstärkung.
Manfred

[bobkins]

Die Messbrücke im Schaltungsvorschlag ist im Sensor.
Ok, jetzt hab ichs!


In der Berechnung des genauen Wertes für die Verstärkung kommt der Innenwidertstand der Brücke noch dazu.
Innenwiderstand ist 5kOhm. Jedoch komm ich nicht drauf welche Verstärkung ich nun habe.

Hab mir grad EasySpice runtergeladen, vielleicht hilft mir eine Simulation weiter...

[Manf]

Zu R13 und R14 ist jeweils er Innenwiderstand der Brücke zu addieren.

Man kann ihn als 5kOhm annehemen oder den Mittelwert ausmessen, den Bereich von 4k-6k einsetzen...
Manfred