Trycksensor, OP-förstärkare och PIC16F88 AD omvandlare

[Kaggen]

Halloj!

Jag har så smått börjat titta närmare på ett projekt jag påbörjade för över ett år sedan. Det som avskräckt mig är mina klena kunskaper om OP-förstärkare (och analog elektronik generellt).

Nu har jag dock med friskt mod kastat mig in i projektet igen.

Det jag har funderingar om just nu är avläsning av en absolut trycksensor STD-015 http://www.elfa.se/pdf/73/730/07302748.pdf. Vad jag fattat enligt databladet så avger den en spänning 0-145 mV FS, här antar jag att FS=Full Scale range, d.v.s. ett värde mellan Min 0mV och Max 145mV beroende på trycket.

Detta värde skulle jag då i ett första skede vilja förstärka till mellan 0 och 5V, d.v.s c.a. 34,482 ggr för att sedan kunna avläsas med en PIC16F88 A/D omvandlare. Detta har jag förstått gör man bäst med OP-förstärkare. Jag antar att det bästa (iomed att detta projekt är tänkt att vara batteridrivet med ett 9V batteri) är en s.k. rail to rail, enkelmatad OP-förstärkare.

Frågan är hur OPn skall kopplas in i det hela. Min första tanke var en icke inverterad förstärkarkoppling enligt (Uout kopplar jag då till PICens A/D ingång):



(bortse från att förstärkningen här inte är exakt 34,482ggr utan 34ggr och att trycksensorn är ritad med kanske illa valda komponenter, men det är bara för att få en ungefärlig helhetsbild. Motsvarande bättre skiss på trycksensorn finns i databladet ovan), men jag tror ovanstående koppling är för enkel för att vara sann och borde skita sig rejält iomed att trycksensorns (komponenterna i det gråa fältet) resistans t.ex. R7 blir paralell bl.a. med R4 och därmed blir förstärkningen inte alls den som jag beräknat på enbart R4,R5. Dessutom blir det strul med signaljord eftersom, om jag fattat rätt, insignalen igentligen enligt denna koppling skall vara mellan + på OPn och jord, inte som jag trodde först mellan + och - på OPn.

Jag antar att det måste till instrumentation amplifier liknande denna?:
http://en.wikipedia.org/wiki/Instrumentation_amplifier

Mina frågor är sålunda om jag är på rätt spår, och i så fall kan man koppla en sådan (instrumentation amplifier) med enkelmatad rail to rail OPs? Eller måste man ha dubbelmatning? Eller finns det en enklare lösning?

Övriga synpunkter/lösningar på detta mottages tacksamt, eller om jag missupfattat något får ni gärna påpeka det.

Mats

[Icecap]

R4 refererar till GND medan trycksensorn refererar till VCC/2.

Dela upp R4 till 2 st 2K och montera dom så att ena (R4A) går mellan VCC & op-amp pinne 2 och den andra (R4B) går mellan GND och op-amp pinne 2.

Kruxet med denna koppling är att ett evt. offset mellan referensen (R4A&B) och trycksensorn kommer att bli förstärkt också, alltså bör referensen vara trimbar. Ytterligare ska du även räkna förstärkningen med R6 & R7 inblandat, totalt sett kan det möjligen vara bäst att plocka bort R4 helt o hållet och räkna gain med R6 || R7 samt R5.

Bäst är såklart en riktig instrumentförstärkar men det beror på linjeraitetskrav osv.

[Schnegelwerfer]

Jag jobbar just nu med en liknande applikation och jag kan bara råda dig att köpa en riktigt instrument-OP direkt.

Den klassiska instrumentförstärkarkopplingen du länkar till fungerar i nödfall... men du kommer att få ganska kass CMRR p.g.a. att du inte kan matcha de externa motstånden tillräckligt noga.

Som sagt.. köp en färdig instrument-OP som t.ex. AD623 och bespara dig en massa besvär.

EDIT: Instrumentförstärkarna på ELFA är snordyra... AD623 kostar drygt en dollar och går att sampla på nedanstående länk:

http://www.analog.com/en/prod/0,,759_782_AD623,00.html

[bearing]

Om han ska använda en LM7805 till någon annan krets, kan han inte använda utgången från den som jordpunkt för instrumentförstärkaren?

[Schnegelwerfer]

Det är inget problem att använda single supply i ovanstående applikation, om du använder en riktigt instrumentförstärkarkoppling. En integrerad instrumentförstärkare gör de hela ännu bättre och smidigare...

I de kopplingarna kan du dessutom ställa in en offset på utsignalen, och det vill du göra om du ska mata in signalen i en uC.

[Kaggen]

Ok! Tack för tipset Schnegelwerfer (tur det finns copy & paste)

Jag skall maila dom och se om dom kan undvara något sample. Jag anade att det inte skulle vara alltför lätt. Jag såg dock att freescale hade en trycksensor som både är temperaturkompenserad och har bättre utspänning anpassad för A/D (0-4,096V), men det skall ju vara lite utmaning också.

Förresten, vad betyder CMRR?
Mats

[tecno]

Google ger följande svar

http://www.google.se/search?hl=sv&q=CMRR&meta=

[Kaggen]

Öppnar den här gammla tråden igen eftersom jag har några följdfrågor..

Jag har nu en signal som är mellan 0-145mV och förstärkt till 0-5V, jag är dock bara intresserad av den del som är mellan c.a. 3-5V. Det jag undrar är hur man tar ut den signal som är mellan 3-5V och i sin tur förstärker den igen så den blir mellan 0-5V för senare avläsning av A/D omvandlaren i PIC:en.

Jag vet inte om jag missuppfattat funktionen med Vref, men är det möjligt att lägga en referens på 3V på PIC:ens Vref och släppa på den signal jag nu har och därigenom automagiskt få hela 3-5V området förstärkt på alla 10-bitar i PIC:ens A/D?

Kan jag i ovanstående fall fixa en referensspänning med två rejäla rätt dimmensionerade motstånd anslutna mellan 5V matningen och jord och ta ut referensen imellan dessa?

Alternativt, måste jag till med en ny OP-koppling för att förstärka det område jag är intresserad av? Jag har enligt mina egna undersökningar kommit fram till att det isåfall bör vara en ickeinverterad OP-koppling med ickeinverterad positiv referens. Kan det stämma?

Tips på detta emottages tacksamt.

[sodjan]

> är det möjligt att lägga en referens på 3V på PIC:ens Vref

Kolla databladet.
Där framgår inom vilka gränser Vref bör/ska ligga.

[Kaggen]

Jo, det vet jag, om jag fattat databladet korrekt så kan jag sätta Vref+ = Vdd = 5V och Vref- kan vara 2.0V mindre än Vref+ så det funkar då med Vref- = 3V.

Fast det var igentligen inte det jag undrade över, utan om mitt antagande att Vref ändrar upplösningen och mätningen så som jag tänkt. Jag har nämligen aldrig använt mig av Vref förut, och jag vet inte om jag missuppfattat funktionen den har. Jag vill igentligen bara ha en bekräftelse på att Vref funkar som jag tänkt mig.

Om vi ponerar att jag ansluter en signal som varierar mellan 0 och 5V på t.ex AN0 och jag sätter Vref+ = Vdd = 5V och Vref- till 3V och vi ponerar vidare att alla komponenter är perfekta: Om signalen in är 3V eller lägre, skall jag då få 0 i ADRESH:ADRESL efter A/D konvertering? Om signalen är 5V skall jag då följdaktligen få 1023 i ADRESH:ADRESL efter A/D konvertering? Är då också upplösningen mellan 3 och 5V linjär?

[vfr]

Korrekt uppfattat! 3V-nivån blir då 0 ut från AD:n och 5V blir fullt utslag. Däremellan är den linjär.