Instrumentenverstärker - wie man ihn richtig benutzt

Ich versuche, einige Messungen durchzuführen, die auf einer speziellen Technik basieren, die zum Nachweis von Korrosion in Bewehrungsstäben von Betonblöcken verwendet wird. Die Idee ist, die Potentialdifferenz zwischen einer Elektrode und der Bewehrung zu messen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe es mit einem herkömmlichen Voltmeter versucht. Es hat gut funktioniert. Die Potentialdifferenz liegt zwischen 0V und 1V.

Jetzt möchte ich es mit einem Mikrocontroller machen. Meine Idee war dann, die beiden Eingänge (Elektrode und Bewehrungspotential) mit dem Eingang eines Instrumentenverstärkers zu verbinden und dann den Ausgang mit einem ADC-Eingang des Mikrocontrollers zu lesen.

Dazu habe ich den INA118 verwendet.

Ich habe den Rg-Eingang nicht angeschlossen, um einen Einheitsgewinn zu erzielen.

V + = 5 V V- = GND (daher "Einzelversorgungsbetrieb") Vo = ADC-Eingang (mit 100 nF Kondensator zu GND) Ref = GND

Ich habe auch zwei Widerstände von 1MOhm zwischen Vin -, + und GND angeschlossen.

Jetzt ist das Problem, dass ich nichts am Ausgang des INA118 habe. Genauer gesagt habe ich immer 30 mV; auch wenn ich Vin + und Vin- kurzschließe.

Was ist los mit meiner Schaltung?

Sollte ich den Eingängen des INA118 eine Offset-Spannung hinzufügen? Ich habe gelesen: "Bei Einzelversorgungsbetrieb müssen V + und V– für den linearen Betrieb beide 0,98 V über dem Boden liegen."

Oder ist der Eingangsvorspannungsstrom zu niedrig?

Vielen Dank

Bild der Schaltung: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

adc voltage-measurement instrumentation-amplifier

— Pelotudo
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Können Sie eine schematische Darstellung der von Ihnen verwendeten Mikrocontroller-Schaltung veröffentlichen?

— AndrejaKo

Als neuer Benutzer darf ich anscheinend kein Bild posten.

— Pelotudo

Was ist die tatsächliche Spannung an den Eingängen?

— Raketenmagnet

Ich muss nachsehen. Ich habe die Schaltung gerade nicht. Die Schaltung ähnelt mehr oder weniger der oberen in Abbildung 3 aus dem Datenblatt: ti.com/lit/ds/symlink/ina118.pdf Der Unterschied besteht darin, dass das Rg nicht vorhanden ist, die Widerstände 1 MOhm sind und der Ausgang angeschlossen ist der ADC eines PIC dsPIC33FJ.

— Pelotudo

Zu Ihrer Information, hier ist ein klassischer Text zu InAmps: Ein Designerhandbuch für Instrumentenverstärker . ganzes Dokument oder in Kapitel unterteilt

— Nick Alexeev

Antworten:

Problem mit dem Eingangsspannungsbereich. Bei 0 & +5 Versorgungen beträgt der Eingangsbereich nur 1 bis 4 Volt. Ihre Eingänge liegen unterhalb des Bereichs, in dem dieser Verstärker arbeiten wird. Überprüfen Sie den "linearen Eingabebereich" im Datenblatt.

Eine Lösung besteht darin, eine negative Spannung an V- zu erhalten. Eine andere besteht darin, ein Ende der Spannungsmessung vorzuspannen. Stellen Sie beispielsweise die niedrige Seite auf 1,5 V vor und lassen Sie die hohe Seite unverzerrt / hochohmig.

Ich verstehe was du meinst. Ich könnte die beiden Optionen ausprobieren. In Bezug auf die Lösung der Bereitstellung einer negativen Spannung habe ich keine negative Spannung in Bezug auf die Masse des Mikrocontrollers. Ich habe jedoch Zugriff auf ein 12-V-Ausgangsnetzteil. Könnte ich Vss auf gnd, Vdd auf 12 V und Vref auf 6 V einstellen, um den In Amp so zu haben, als ob er mit + -6 Volt versorgt würde?

— Pelotudo

Du könntest. Aber Sie müssten immer noch auf das Spannungssignal vorspannen. V- wäre immer noch 0 V, der minimale Eingang 1 V und der Spannungseingang konnte nicht geerdet werden.

Wie bereits erwähnt, funktioniert Ihre Schaltung nicht, weil Sie den Gleichtaktbereich des Verstärkers verletzt haben. Dies ist ein weiteres Beispiel, bei dem ein sorgfältiges Lesen des Datenblattes einen offensichtlichen Fehler vermieden hätte.

Eine einfache Lösung besteht darin, einen Verstärker mit Gleichtaktbereich zu erhalten, der sich bis zur Erde erstreckt. Sie können den Verstärker, den Sie in der Nähe der Mitte seines Bereichs haben, jedoch leicht wie folgt vorspannen:

R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler, um die Hälfte der Versorgungsspannung zu erzeugen. C1 dämpft unangenehme Frequenzen an der Versorgung, die hoch genug sind, damit die aktive Schaltung des Verstärkers das Rauschen als Gleichtaktsignal nicht beseitigen kann. R4 und R3 legen diese 1/2 Versorgungsvorspannung an jeden der Eingänge an.

— Olin Lathrop
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Nimmt diese Lösung an, dass wir die Impedanz der Spannungsquelle kennen und dass die Impedanz konstant ist?

— Raketenmagnet

@Rocket: Es wird davon ausgegangen, dass die Spannungsquelle 2 MOhm Differenz verarbeiten kann. Dies ist die gleiche Belastung, die der OP in seiner ursprünglichen Schaltung angewendet hat, daher habe ich sie nur kopiert, da wir keine anderen Spezifikationen erhalten haben. Dies ist im Grunde die Schaltung des OP, bei der die beiden 1-MOhm-Widerstände anstelle von Masse auf 1/2 der Versorgungsspannung gehen.

— Olin Lathrop

Ja, ich war aus dem gleichen Grund etwas zweifelhaft in Bezug auf seine Pulldown-Widerstände. Ich meine, ist es nicht der Sinn eines InAmp, mit Quellen mit sehr hoher Impedanz umzugehen? Wie viel Antrieb hat ein Stück Beton überhaupt?

— Raketenmagnet

@Rocket: InAmps haben im Allgemeinen eine hohe Impedanz, aber das ist nicht der einzige Grund, sie zu verwenden. Der Hauptpunkt ist die echte Differenzmessung mit einer festen und bekannten Verstärkung. Manchmal ist eine hohe Impedanz erforderlich, manchmal jedoch nicht. Ich weiß nicht, wie hoch die Impedanz der Beton- und Bewehrungsbatterie ist, aber 2 MOhm klingt hoch genug, um die Spannung zu messen.

— Olin Lathrop

Der Widerstand von Beton (wenn er trocken ist) kann sehr hoch sein, bis zu GOhm und instabil (abhängig von der Luftfeuchtigkeit - kann sich um 3 Größenordnungen ändern! Fläche Ihrer Elektrode, auf sie ausgeübte Kraft, ..). Ein Eingangswiderstand von 1 Ohm kann also einfach die Spannung verkürzen, die Sie messen möchten. Ich würde FET-Eingangsinstrumentenverstärker verwenden. Oder verwenden Sie ein Voltmeter mit hoher Eingangsimpedanz und Computerschnittstelle. hinzugefügt: Ich habe überprüft: Das Messgerät für Beton, das ich im Internet gefunden habe, hatte einen Eingangswiderstand von 100 MOhm, einen oberen Bereich von 2 MOhm und schwammartige Elektroden für einen guten Kontakt. Kann das Problem im Kontaktwiderstand zwischen Elektrode und Beton liegen?.

— czgut
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