Widerstandsmessung eines Drahtes mit einem ADC

Ich versuche eine Schaltung zu entwerfen, die kleine Widerstände bis zu 0,1 Ohm und max. von 10 Ohm. Ich werde keine tatsächlichen Widerstände messen, sondern eine große Drahtspule von bis zu 500 m (wie Sie sich vorstellen können, sind diese Drähte ziemlich dick).

Hier ist die Schaltung, die ich mir ausgedacht habe:

Die Schaltung arbeitet, indem ein konstanter Strom durch das zu testende Gerät R2 aufrechterhalten wird. Bei einem Strom von 100 mA würde R2 eine Spannung zwischen 10 mV und 50 mV entwickeln.

Ich denke, in einer idealen Welt würde dies funktionieren, aber in der Praxis fällt es mir möglicherweise schwer, 0,1 Ohm damit zu messen - hauptsächlich aufgrund des ADC. Nehmen wir an, der ADC ist 10-Bit mit einer VREF von 5V. Dies entspricht 5 mV pro Schritt. Wenn R2 = 0,1 und Iout = 100 mA, dann würde die am ADC anliegende Spannung 50 mV betragen - aber ich bin mir nicht sicher, wie stark dies unter Rauschen vergraben wäre.

Meine Frage ist, sollte ich die Verstärkung auf beispielsweise 50 erhöhen. Wenn die Verstärkung 50 beträgt, würde die am ADC anliegende Spannung 500 mV betragen - aber die max. Der messbare Widerstand wäre 1 Ohm. Um 10 Ohm zu messen, müsste ich den Strom auf 10 mA anstatt auf 100 mA senken. Eine Möglichkeit, dies zu tun, wäre die Verwendung eines FET, um R1 auszuschalten und einen 20-Ohm-Widerstand an Iout anzuschließen.

Ich brauche die Schaltung nicht, um den Widerstand genau zu messen - eine Toleranz von +/- 10% ist in Ordnung.

Bitte verwenden Sie keinen LM324, wenn Sie Präzisionsmessungen durchführen möchten.

Ihr Operationsverstärker hat eine Verstärkung von 5, aber Sie verwenden diese nicht: Ihr Ausgang ist der invertierende Eingang, bei dem Sie das gleiche Signal wie der nicht invertierende haben, das ist also die Verstärkung x 1.

Die beste Wahl wäre ein Instrumentenverstärker, bei dem Sie die Kabelenden mit den beiden Eingängen verbinden. Verwenden Sie einen Vorwiderstand zur Erdung, um einen Versatz zu erstellen, da InAmps nicht auf die Schienen gehen kann (zumindest die 3-Opamp-Typen nicht). Sie können diesen Widerstand als Messwiderstand für die Stromquelle verwenden:

$V_{IN}$ stellt den Strom der Stromquelle ein: 100 mA / V. Angenommen, der Widerstand des Kabels beträgt 5 Ω, dann sieht der InAmp eine Differenz von 500 mV an seinem Eingang. Eine Verstärkung von 10 (Verstärkungswiderstand wird nicht angezeigt; CircuitLab hat kein Symbol für InAmps) ergibt 5 V out oder 1 V / Ω. Durch Ändern von Sie die Gesamtverstärkung ändern. Beachten Sie, dass Q1 möglicherweise einen Kühlkörper benötigt, insbesondere wenn Vcc ziemlich hoch ist. $V_{IN}$

Wenn Sie hohe Widerstände erwarten, können Sie einen Widerstandsteiler mit 1 Präzisionswiderstand gegen Vref und einem gegen Masse herstellen:

Die Spannung am Kabel beträgt

$V_{CABLE} = \dfrac{R_{CABLE}}{R_{CABLE} + 2 R} V_{REF}$

Wenn jedoch << die Spannung möglicherweise zu niedrig für eine genaue Messung. Ein niedriger Wert für hilft, zieht aber viel Strom. 2 R $R_{CABLE}$$2 R$$R$

Der MCP6N11 verfügt über einen Rail-to-Rail-Ausgang und ist in verschiedenen Ausführungen für unterschiedliche Verstärkungen erhältlich, darunter eine für eine Verstärkung von mindestens 100.

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Markrages- Kommentare, für die wir keinen InAmp benötigen, und er hat Recht. Hier ist die Lösung mit einem Differenzverstärker, der einen Operationsverstärker verwendet:

Die Verstärkung wird durch R1 bis R4 bestimmt, und wenn R1 = R3 und R2 = R4 ist

$G = \dfrac{R2}{R1}$

Ein InAmp bietet Ihnen jedoch mehr Präzision und kostet Sie weder einen Arm noch ein Bein. Warum also nicht?

Erstens können Sie mit diesem Setup keinen Bereich von 0 bis 5 V am ADC-Eingang erhalten. Einfach, weil der LM324 nicht bis zu seiner positiven Schiene hochschwingen kann. Es werden auch potenzielle Offset-Spannungen eingeführt, die mit Sicherheit eine Messung von 10 bis 50 mV ruinieren können.

Ich empfehle einen Instrumentenverstärker oder einen Verstärker mit wählbarer Verstärkung wie den MCP6G01 . Mit einer wählbaren Verstärkung von 1 bis 100 können Sie eine gewisse Genauigkeit innerhalb von 2 Größenordnungen (z. B. von 0,1 bis 10 Ohm) beibehalten.

Ok, du hast nach meiner Version der Schaltung gefragt.

• Dies verwendet eine Opamp + BJT-Stromquelle mit einem Bereich von drei Jahrzehnten. Der Bereich der Stromquelle wird durch Erden eines von drei Widerständen ausgewählt. Sie können Ihre Genauigkeitsziele wahrscheinlich erreichen, indem Sie die drei Widerstände mithilfe von AVR-Ausgängen schalten. Schalten Sie zwischen Ausgang niedrig (zum Aktivieren) und Eingang (zum Deaktivieren) um. Der analoge Eingang ist besser, aber die Spannung ist eindeutig hoch, sodass der digitale Eingang in Ordnung ist. Verbinden Sie den 4K-Widerstand für eine bessere Genauigkeit mit zwei Stiften. Der Ausgangswiderstand eines AVR-Digitalausgangs beträgt ca. 25 Ohm:

  .

• Die + 5V-Leitung wird als Referenz sowohl für die Stromquelle als auch für den ADC verwendet. Schwankungen der Versorgungsspannung werden aufgehoben. Die Alternative wäre, eine Referenz in der aktuellen Quelle und eine Referenz im ADC zu haben ... hier nicht notwendig. Mikrocontroller-ADCs verwenden im Allgemeinen gerne die Versorgungsschienen als Referenz.

• Sie müssen vier Verbindungen zum zu testenden Gerät herstellen. Zwei der Anschlüsse liefern den Strom, und zwei der Anschlüsse legen dem Messkreis die Spannung über dem zu prüfenden Gerät an. Zur Messung niedriger Widerstände (<1 Ohm) ist eine Vierdrahtverbindung erforderlich! Andernfalls messen Sie versehentlich Ihren Sondenwiderstand.

• Die Offset-Spannung des Operationsverstärkers ist der wichtigste Parameter. Verwenden Sie einen Chopper-Verstärker und machen Sie sich darüber keine Sorgen. Ich habe OPA2333 spezifiziert, einen schönen langsamen Verstärker, der für mich immer gut funktioniert hat.

• Wenn Ihr Sondenwiderstand höher als etwa ein Ohm ist, sollten Sie sich für den vollen Instrumentenverstärker entscheiden. Bei vernünftigen Sonden sollte dies jedoch den Spezifikationen entsprechen.