Messverstärker selber bauen

Hi!
Ich hab eine Kraftmessdose geschenkt bekommen. 2mV/V Brückenverstimmung bei 250kg. Ist nicht merh ganz genau deswegen da ausgesondert worden, aber zum bischen rumspielen reicht es. Ist als Vollbrücke ausgelegt.
So meien Frage kann man sich da wohl mit vertretbaren Aufwand selber einen Messverstärker zu bauen. Wichtig wäre mir, dass man die verstärkung und den Nullpunkt einstelle kann. Also einaml dass z.B. 750 kg 3V Ausgang bedeuten. Bei 5 V Speisespannung wären das dann ja 30mV Brückenverstimmung und bei einer verstärkung von 100 eine Ausgangsspannung von 3V.
Ich hab hier sowohl ein paar Ca 3140 als auch den Lm324 rumfliegen, geht das damit. Wie kann man einer Nullpunktverstellung realisieren?
Oder kann man das eh vergessen. Oder sollte man lieber einfach so grob verstärken und den rest rechentechnisch in einem Mikrocontroller lösen? ODer gibt es da fertige Bauteile( ich mein keinen fertigen Messverstärker für 500€).

Gruß Johann!

Erstmal brauchst du irgendeinen Differenzverstärker.
Einen "unechten" wenn die Impedanz vom Sensor klein genug ist und einen "echten" (also einen aus 3 OpAmps) wenn die Impedanz zu groß ist.
Bei letzterem lässt sich die Verstärkung mit einem Wiederstand einstellen, bei ersterem weiß ich's nicht genau.
Danach einen Summierverstärker, der eine Gleichspannung aufaddiert, als Nullpunktverstellung.
Schaltungsbeispiele dafür: www.elektronik-kompendium.de
MfG

Zum Thema Differenzverstärker haben wir hier ja auch etwas:
https://www.roboternetz.de/wissen/in...erst.C3.A4rker
Manfred

Hallo farmerjo!

Was für + und - Versorgungsspannungen hast Du ? Wahrscheinlich kann man das mit einem OpAmp realisieren. Kannst Du das Schaltplan der Messbrücke posten ? Wenn Du mir die Fragen beantwortest, skizze Dir gleich ein Schaltplan.

MfG

Als Spannungsversorgung habe ich neben 5V +/-12V. Die Messbrücke ist im Anhang. Mit der Speisespannung der Brücke kann ich laut Datenbaltt bis 12V hoch.

Gruß Johann!

Kannst Du die Resistoren der Brücke noch angeben (messen) ?. Es geht um die Eingangsresistanz des Versterkers zu schätzen, damit er die Brücke nicht belastet.

MfG

Eingangswiderstand Re Ω >345
Ausgangswiderstand Ra Ω 300−400
Isolationswiderstand RIs GΩ > 1 x109

Ich hoffe das ist gemeint.

ja, danke. Es schaut also aus, das die einfachste Schaltung reicht. Ich zeichne Dir gleich eine Skizze.

Ich habe die Schaltung auf die schnelle dimensioniert. Die Verstärkung ist gleich 100. Der Nullabgleich im Bereich +/- 0,6V auf dem Ausgang. Du kannst biliebigen OpAmp nehmen und die Brücke mit VCC =+5 oder +12V Speisespannung betreiben. Du willst damit rumspielen, also viel Spass ! :)

Ich gehe jetzt schlafen.

MfG

Code:

---


                  +12V
                    o
                    |
                    .-.
                  R6| |
                  1M| |
                    '-'
                    |
                    .-.
                  P | |<-+ Null
                  1k| |  |
                    '-'  |
                    |  |
                    .-.  |
                  R7| |  |
                  1M| |  |
                    '-'  |
      VCC          |  |  R5 1M  R2 1M
        +          ===  |  ___    ___
        |  ___ +UA  GND  +-|___|-+-|___|-+
    +UB +-|___|-+----+          |      |
        |      |    |          |      |
      .-.    .-.  |    R1 10k |  +12V|
      | |    | |  |      ___  | |\|  |
      | |    | |  |  +--|___|-+-|-\  |
      '-'    '-'  |  |  ___    |  >--+----> Ausgang
        |  ___  |    +--|--|___|-+-|+/
    -UA +-|___|-+ -UB  |        | |/|
        |      |      | R3 10k.-.  -12V
        |      ===      |      | |
        |      GND      |      | |R4 1M
        +---------------+      '-'
                                |
                                ===
                                GND

---

Hi!
Ich muss mir erstmal so riesen Widerstände besorgen, 10k hab ich ja da aber 1 M hab ich nicht in meiner Bastelkiste. Warum muss das den alles so hochohmig sein? Gerade bei dem vesrstellbaren Spannungsteiler verstehe ich das nicht ganz. Und welche Schaltung ist das, ich hab da zwar so ein paar Ähnlichkieten zu den ganzen OP-Schaltungen entdeckt, aber genau identifizieren konnte ich sie noch nicht.

Gruß Johann!

Hallo farmerjo!

Tatsächlich bei dem verstellbaren Spannungsteiler stimmt es nicht. Sorry!

Wenn ich das ganze dimensioniert habe, war ich schon tot müde. Es sollte entweder R5=10k, R6=1M und R7=1M oder R5=1M, R6=10k und R7=10k sein.

Es ist alles von R1 abhängig. R1 definiert den Eingangswiderstand des OPs. Der soll mind. 10 mal größer als der Messbrücke (ca. 1k), also 10x1k=10k sein.

Die Verstärkung V soll 100 sein, also R2=100*R1=100*10k=1M (weil V=R2/R1).

Das ist ein Differentialverstärker, bei dem, auf dem invertierenden Eingang die Spannung von dem Poti Schleifer substrahierd wird. Die Spannung wird -R2/R1 mal verstärkt, also bei R1=R2 wird am Ausgang die Spannung mit gleichem Wert und umgekehrtem Zeichen (-) erscheinen.

Ich habe das mit dem Spannungsteiler schon korriegiert.

Wenn der Messverstärker nicht genau seien muß, kannst Du Werte allen Resistoren durch eine gleiche Zahl teilen. Bei z.B. 10 wird der R1=1k, R2=100k, u.s.w.

MfG

Noch eine Bemerkung zum Nullabgleich:
Wenn die Brücke zwischen Vcc und GND betrieben wird dann ist das Potenzial von Ua und –Ua in Bereich um Vcc/2.
Der Nullabgleich sollte dann auch symmetrisch zu Vcc/2 liegen und nicht zu GND, beispielsweise mit R6 an Vcc und R7 an GND. (Ein symmetrischer Abgleichbereich ergibt sich mit kleinen Werten für R6 und R7 und einem großen Wert für R5).
Manfred

Also an das Poti 5V und GND hängen statt +/-12V.
Aber mal einen anderer Frage, bei den käuflichen Messverstärkern kenne ich das immer so, dass man Zur Einstellung der Verstärkung, die da ja meistens Variabel ausgeführt ist, einen Taste hat die 1mV/V Brückenverstimmung simuliert. Wie kann man den so was realisieren. Ich meine jetzte eine Spannung von 1mV/V erzeugen? Also so ne Idee die ich hatte war einen Spannungsteiler der 5mV macht bei 5V Speisespannung oder einen Wheastonsche Brücke aufbauen die halt ein bischen Verstimmt ist, aber bekommt man das den so genau hin, da machen dann ja schon kleinste Abweichungen kräftig was aus?

Gruß Johann!

Was bleibst du auch bis in den Morgen wach?:-)

Ach und noch eine Sache die Ihr Elektronik Profis mir bestimmt beantworten könnte. Wenn ich einen Sensor hab der mir ein 4-20mA Signal liefert und das in einem Mikrokontroller auswerten möchte, kann ich dann einfach das Signal über eine 250Ohm Widerstand leiten und den Spannungsabfall (hier max. 5V) messen? Oder geht das so einfach nicht?

Gruß Johann!

Zitat:

---

Zitat von farmerjo

Also an das Poti 5V und GND hängen statt +/-12V.
Aber mal einen anderer Frage, bei den käuflichen Messverstärkern kenne ich das immer so, dass man Zur Einstellung der Verstärkung, die da ja meistens Variabel ausgeführt ist, einen Taste hat die 1mV/V Brückenverstimmung simuliert. Wie kann man den so was realisieren. Ich meine jetzte eine Spannung von 1mV/V erzeugen? ...

---

Ja, - und zur definierten Verstimmung kann man über einen Schalter noch so einen R5 am Spannungsteiler zuschalten.

Bei der Verstärkungseinstellung ist es natürlich vorteilhaft eine Schaltung zu nehmen bei der das über einen einzelnen Widerstand oder Teiler geht. https://www.roboternetz.de/wissen/in...rst.C3.A4rkung

Zitat:

---

Wenn ich einen Sensor hab der mir ein 4-20mA Signal liefert und das in einem Mikrokontroller auswerten möchte, kann ich dann einfach das Signal über eine 250Ohm Widerstand leiten und den Spannungsabfall (hier max. 5V) messen? Oder geht das so einfach nicht?

---

Das kommt darauf an gegen welches Potenzial die Spannung gemessen werden soll. Hier ist ein Beispielwie es gemacht werden kann:
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/823
Manfred

Hi Farmerjo

Ich habe eine Schaltung die aus einen 0-20mA Signal ein 0-10V Signal macht
vieleicht hilft dir sie weiter

Gruß
Jumbo

Den Titel wollte ich noch nennen:
APPLICATION NOTE 823
Two ICs Convert 4-20mA Signal to 0-5V Output
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/823

Hallo Manf!

Mit Deinem Konzept des Nullabgleiches bin ich nicht eiverstanden. Wie würdest Du Null erreichen, wenn -Ua>+Ua wird ? Es ist doch Differentialverstärker.

Die Verstärkung lässt sich mit R1 (Poti) ändern, ohne den Nullabgleich zu beeinflüssen.

Eigentlich kann man die R3 und R4 entfernen und und +Ua direkt an +Eingang schalten. Davon enstandener Fehler ist ca. 1%(R3/R4).

MfG

@PICture
Wenn die Brücke 'in der Waage' ist, hast Du zwei gleiche Spannungsteiler zwischen +5 und GND; dann sollte auch das Nullpunkt-Poti genau in der Mitte stehen. Damit kommt von überall 2,5V an die Differenz-Eingänge; die Differenz ist also 0.
Ist die Brücke im Ruhezustand 0,1V 'aus der Waage', dann muß das Nullpunkt-Poti auf 0,1V * (1M : 10k) = 0,1V * 100 = 10V gestellt werden.
Stellt sich die Frage, ist die Meßbrücke so weit aus dem Gleichgewicht ?

Zitat:

---

Zitat von PICture

Hallo Manf!

Mit Deinem Konzept des Nullabgleiches bin ich nicht eiverstanden. Wie würdest Du Null erreichen, wenn -Ua>+Ua wird ? Es ist doch Differentialverstärker.

Die Verstärkung lässt sich mit R1 (Poti) ändern, ohne den Nullabgleich zu beeinflüssen.

Eigentlich kann man die R3 und R4 entfernen und und +Ua direkt an +Eingang schalten. Davon enstandener Fehler ist ca. 0,1%(R3/R4).

MfG

---

Hallo Picture,
die Nullpunkteinstellung sollte einen Bereich den symmetrisch zur Nullstellung der Brücke abdecken. Da die Brückenausgangsspannung bei Vcc/2 liegt sollte die Spannung für den Nullabgleich auch dort liegen.

Für einen Funktionstest kann man die Schaltung vielleicht auch vereinfachen.
(Der Wert von R3/R4 ist 1% und ergibt eine Abweichung am Eingang des Verstärkers...)
Für einen Aufbau als Messschaltung ist ein Differenzverstärker dann sicher sinnvoll.
Manfred

Hallo!

Ich warte jetzt ab, bis die Schaltung (hoffentlich) aufgebaut wird.

Sorry! Ich mag nicht viel über prüfbare Sachen diskutieren.

MfG

Hallo kalledom!

Die Verstärkung für die "Null" Spannung ist gleich 1 (R2/R5).

MfG

Hi! Ich werde mir unter der Woche mal die benötigten Widerstände und ein Mehrgangpoti besorgen und es Versuchsweise mal aufbauen.
Mit dem Schaltungsbeispiel von Maxim ist das ja im Grunde ein Schaltung die auch den Spannungsabfall an einem Widerstand mißt und diese dann verstärkt. Vorteil ist, dass der Widerstand relativ klein sein kann.
Die Sensoren, hier übrings ein Drucksensor, haben ja dann nur 2 Kabel zum anschließen. Wenn ich jetzt den 250Ohm Widerstand da mit einfädele hab ich im maximal fall 5V Spannungsabfall bei einer Verlustleistung von 0,1 Watt. Das Potential gegen dass ich messe weiß ich noch nicht so genau was damit gemient ist. Ich hab 12V Versorgungsspannung davon 5V Für den Mikrocontroller, Masse ist ja bei beiden die selbe. Oder ist dann die Spannung die ich da am Widerstand messe auf ein anderes Potenzial bezogen? Weil eigentlich hängt ja ein Kabelende eh auf der Masse und das anderer an VCC. Ich hab auch mal in einem Datenblatt gelesen, dass man dort bis 1,5kOhm als Widerstand einschleifen dürfte. Das müßte dann doch darauf bezogen sein oder?

Gruß Johann!

PS: Ich bin ja ein Maschinenbauer, manchmal mach ich mir das glaub ich einfach alles ein bischen einfach mit der Elektrotechnik.

Hi!
So bin gerade dabei die Schaltung aufzubauen. Die Messbrücke muss ich erstmal irgendwie simulieren, da ich die Kraftmessdose ja nicht so weiters belasten kann hier im Arbeitszimmer, Ich dachte an einen Spannungsteiler. Noch ne Frage kann ich wohl auch für den OP die symetrishce Versorgungsspannung bei einem MAX232 abzapfen? Oder ist das weniger empfehlenswert.

Gruß Johann!

Hallo farmerjo!

Du kannst die Brücke mit 4 Widerständen und einem Poti simulieren. Der P soll ca. 1/10 vom R sein. Solange der Ausgang des OpAmps nicht belastet wird (also nur Messgerät dran), kannst Du die Spannungen für den OpAmp vom MAX benutzen.

MfG

Code:

---



      VCC
        +  R
        |  ___
    +UB +-|___|-+
        |      |
        |      .-. +UA
        |    P | |<--------
        |      | |
        |      '-'
        |      |
      .-.    .-.
    R | |    | | R
      | |    | |
      '-'    '-'
        |  ___  |
    -UA +-|___|-+ -UB
        |      |
        |  R  ===
        |      GND
        +-------------------

---

Hi!
Also ich hab jetzt erstmal ein Poti mit vorgeschaltetem Spannungsteiler genommen, kann damit von 0- 14,2 mV einstellen (40 und 10k Ohm Widerstand + 500ohm Poti).
Wenn ich die Nullpunktverstellung an gnd und +5V anschließes messe ich am Ausgang von 16,9mV bis 18,3mV Spannung (OP Ausgang mein ich). wenn ich die Nullpunktverstellung an +/-12V hänge habe ich konstant -2,35V am Ausgang.

Wieso steht da an der Messbrücke noch immer UA und -UA und so dran muss ich da die symetrische Spannungsversorgung auch noch dran anschließen?
ICh bau mal die Messbrücke nach deine Schaltplan nach.

Gruß Johann!

Brückensimulator läuft. Muss jetzt erst eben zum Training und dann werd ich weiter sehen. Bis den

Gruß Johann!

So die Schaltung läuft!!!!!
Geht ASTREIN!!!! selbst kleine Änderungen werden sauber verstärkt.
Die Nullpunkt verstellung läuft , aber nicht gut. BEi +/-12V hat man einen Großen Verstellbereich(+/- 0,7V am Ausgang), aber auch einen Abweichung von 2,5 V. Alos wenn der vorher nicht angeschlossen war und die Brückenverstimmung 0 war gibt der verstärker nach anschluss 2,5V aus.
Bei GND und 5V bleibt der Ausgang gleich, aber auch nur +/- 0,1V Verstellbereich. Aber kann man da nicht einfach die beiden Widerstände die vor und nach dem Potisitzen verkleinern?

GRuß Johann!

Mit dem Einstellbereich vergrößern geht. Hab mal 1k genommen, ist jetzt fast 1V. Wie kann ich den die maximale Ausgangsspannung auf 0-5V begrenzen? Kann ich da was an der Versorgungsspannung drehen.
Anschließen wollte ich an den Ausgang den EIngang eines MEGA8 ADC, sollte dann doch gehen mit dem MAX232 als Spannungsversorgung, oder?
ICh hab mir überlegt, die Verstärkung könnte man ja auch über die Referenzspannung des ADC beinflussen, je höher die liegt, desto kleiner die VErstärkung. Mann kann die ja durchaus im Bereich von 1,5V bis 5 V versetellen. Gruß Johann!

Die Empfindlichkeit der Offesteinstellumg kann man ueber R5 einstellen, wenn die Widerstaende noch groesser werden muessen als die Verfuegbaren, dann kann man auch vom Poti mit zwei Widerstaenden an die plus und minus Eingaenge gehen. Beispielsweise mit 1MOhm und 1MOhm plus 1kOhm = 1,001 MOhm.

Die Verstaekung kann man ueber R2 bestimmen.
Manfred

(Ich habe hier zur Zeit eine etwas seltsame Tastatur)

Hallo!

@farmerjo
Du kannst die Nulleinstellung auf +12V und GND schalten, dann hast Du +/- 0,7 V Einstellungsbereich, dass sollte reichen. Die Versterkung lässt sich auch mit R1 bestimmen (ohne Einfluss auf Nulleinstellung). Die Ausgangspannung wird begrentzt von der Messbrücke selber, wenn die gemessene Kraft begrentzt ist. Die abschliessende Einstellungen werdest Du sowieso mit der "echten" Messbrücke vornehmen müssen.

@Manf&kalledom
So ohne Diskussion, gebe ich Euch Recht und gebe zu, dass ich bei der Nulleistellung einen Denkfehler gemacht habe. Ich bin aber mehr Praktiker und die vor 30 Jahren gelehrnte Theorie wird langsam vergessen. Sorry ! :)

Ich finde es aber sehr gut, dass im Forum immer jemanden gibt, der besser weiss und eventuellen Fehler zeigt.

MfG

Hallo!
So ich hab unter der Woche mal die Steckbrett aufbauetn auf eine Lochrasterplatine umgesetzt. Die Messbrücke hängt jetzt über den Verstärker an einem MEGA8 und der steuert wiederum zwei MOSFETs an. Bedient wird der Regler über 2 Taster und einen aus welchen Gründen noch nicht funtionierende Drehencoder.
Der Aufbau läuft bis jetzt super. Aber wie sieht es aus wenn der AD-Wandler eine negative Spannung abbekommt? Ist der dann sofort hinüber?
Könnte mann so was nicht verhindern, indem man den OP z.B. nur mit -0,5V oder so versorgt? Oder geht der dann nicht mehr?

Gruß Johann!

Hallo farmerjo!

Bist Du aber fleissig ! :)

Ich kenne die AVRs leider nicht. Wenn Du zwischen Ausgang des Messverstärkers und Eingang des A/D Wandlers ein Widerstand und eine Diode vom Ausgang des A/D Wandlers an die Masse (GND) schaltest, dann wird die negative Spannung auf -0,5V begrenzt und dass ist noch (hoffentlich) zulässig. (Schau, bitte ins Datenblatt). Der R sollte möglichst klein sein im Vergleich zum Eingangswiderstand des A/D Wandlers aber genug gross um den Strom, der durch die Diode (D) bei max. negativer Spannung fliesst zu begrenzen. Wenn der OpAmp in dem Messverstärker schon eine Strombegrenzung hat ist der R überflüssig.

Ich wünsche Dir weiterhin viel Spass und Erfolg !

MfG

Code:

---


                          R
  vom                    ___
  Messverstärker >-------|___|-+--------> zum A/D
                              |          Wandler
                              - D
                              ^
                              |
                              ===
                              GND

---

Hi!
Nun hätte ich eigentlich auch selber drauf kommen können. Innenwiderstand ist mit 60ohm spezifiziert und max. Ausgangsstrom mit 10mA. Die AD-Wandler von dem Atmels sind nicht so prall, relativ langsam und die Impedanz der Quell muss auch relativ gering sein ( kleiner 10k). Ich kann da ja bedenkenlos dann einen 1k Widerstand dazwischen schalten.
Wenn was klappt macht das ja auch immer alles Spaß. Ich muss mal schauen ob ich irgendwo her ein paar DMS-Streifen und passenden Kleber bekomme, dann kann ich mal ein paar Sachen bekleben und Messen, oder mir eine Lustige Waag fürs Bad oder so bauen.
Danke für die Hilfe.

Gruß Johann!

Hallo farmerko!

So wie es aussieht, werdes Du bald keine Hilfe mehr Brauchen, :)

Wenn es klappt, macht natürlich mehr Spass. Es ist leider nicht immer so, aber wenn man will schafft man alles.

Nur weiter so !

MfG

Hi!
Ich hab mal ein bischen weiter gebastelt. Dabei ist folgendes Problem aufgetreten. Ich habe die Brücke mit meinem Multimeter auf ca. 0mV abgestimmt. Das Nullpunktverstellungspoti auf Mitte gestellt. Dann Messe ich am Ausgang gute 2,5V. Das hieße dann ja eine Eingangsdifferenz von gut 25mV. Ich kann nicht so wirklich glauben, dass mein Multimeter so schlecht geht. Was könnte das den noch sein?
Der CA3140 hat ja auch so einen Offset Null eingang. Der ist einfach nicht verbunden bei mir muss der auf GND gezogen werden? Oder soll ich das ignorieren und die Nullpunktverstellung vom Einstellbereich noch ein bsichen vergrößern??

Gruß Johann!

Offset Voltage Nulling
The input offset voltage can be nulled by connecting a 10kΩ
potentiometer between Terminals 1 and 5 and returning its
wiper arm to terminal 4, see Figure 3A. This technique,
however, gives more adjustment range than required and
therefore, a considerable portion of the potentiometer
rotation is not fully utilized. Typical values of series resistors
(R) that may be placed at either end of the potentiometer,
see Figure 3B, to optimize its utilization range are given in
the Electrical Specifications table.
An alternate system is shown in Figure 3C. This circuit uses
only one additional resistor of approximately the value
shown in the table. For potentiometers, in which the
resistance does not drop to 0Ω at either end of rotation, a
value of resistance 10% lower than the values shown in the
table should be used.

Steht dazu im Datenblatt, aber eigentlich mache ich doch da nichts anders mit als mit meiner Nullpunktverschiebung oder?

Gruß Johann!

Hallo farmerjo!

Ich verstehe Deine Problembeschreibung nicht ganz. Es gibt zwei mögliche Quellen der Spannung auf dem Ausgang des OpAmps. Erste ist die Messbrücke und zweite der OpAmp. Um lokaliesieren zu können, schliesse kurz die beiden Eingänge des OpAmps miteinander und wenn
nötig, wie im Datenblatt erklärt stell die Ausgangspannung auf Null. Dass ist immer gut wegen möglicher Abhängigkeit von Temperatur des OpAmps. Danach entfernst Du den Kurzschluss von Eingängen und kannst Du die Brücke auf Null einstellen. Es kann auch sein, dass es eine unsymetrische Wechselspannung ist und Dein Multimeter zeigt dann der Mittelwert ungleich Null. Die eventuelle Wechselspannung kannst Du mit einem Kondensator ca. 100 nF kurzschliessen. Ein bischen Spielerei ist angesagt.

Viel Erfolg und melde wieder was Du festgestellt hast. :)

MfG

Also mit Kondensator, kleiner Keramikkondensator messe ich direkt an den Eingängen stark schwankende spannungen von einigen mV(ca.20).
bei offenen EIngängen so gute 240mV und bei einer Drahtbrücke dann logischerweise 0 mV.
Am Ausgang bei drahtbrücke 6,4 V
Am Ausgang ohne Drahtbrücke eine spannung die entweder 8V ist doer von 1 V oder was negativem oder so auf 8V während des messen steigt.
bei dem Kondensator liegen auch 8V am ausgang an. Auf Masse bezogen -8 V.

Komische angelegenheit.
Bei einer differnz von 10mV Brückenverstimmung ändert der Ausgang sich auch um 1V bei angeschlossener Messbrücke, das stimmt also.

Gruß Johann!

ICh hab auch mal die versorgungsspannung nach gemesse +8,4 und -6,7 V. ISt das schlimm, dass die so ein bsichen unsymetrisch ist?

GRuß Johann!