Đo điện trở của dây với ADC

Tôi đang cố gắng thiết kế một mạch có thể đo điện trở nhỏ xuống 0,1 Ohm và tối đa. trong 10 giờ. Tôi sẽ không đo điện trở thực mà là cuộn dây khá lớn, dài tới 500 m (như bạn có thể tưởng tượng, những dây này khá dày).

Đây là mạch tôi đã đưa ra: nhập mô tả hình ảnh ở đây

Mạch hoạt động bằng cách duy trì dòng điện không đổi thông qua thiết bị được thử nghiệm, R2. Với dòng điện 100 mA, R2 sẽ phát triển điện áp trong khoảng từ 10 mV đến 50 mV.

Tôi nghĩ trong một thế giới lý tưởng, điều này sẽ hoạt động nhưng trong thực tế tôi có thể gặp khó khăn khi đo 0,1 Ohms với điều này - chủ yếu là do ADC. Giả sử ADC là 10 bit với VREF là 5V. Điều này chuyển thành 5mV mỗi bước. Nếu R2 = 0,1 và Iout = 100 mA, thì điện áp có tại ADC sẽ là 50 mV - nhưng tôi không chắc chắn việc chôn vùi dưới tiếng ồn này sẽ như thế nào.

Câu hỏi của tôi là, tôi có nên tăng mức tăng lên không, giả sử, 50. Nếu mức tăng là 50, thì điện áp có tại ADC sẽ là 500 mV - nhưng tối đa. điện trở có thể đo được sẽ là 1 Ohms. Để đo 10 Ohms, tôi cần hạ thấp dòng điện xuống 10 mA thay vì 100 mA. Một cách để làm điều đó là sử dụng FET để tắt R1 và kết nối điện trở 20 Ohm tại Iout.

Tôi không cần mạch để đo chính xác điện trở - dung sai +/- 10% là ổn.

adc current-source

— Saad
nguồn

Câu trả lời:

Xin vui lòng, không sử dụng LM324 nếu bạn muốn thực hiện các phép đo chính xác.

Opamp của bạn có mức tăng là 5, nhưng bạn không sử dụng điều đó: Đầu ra của bạn là đầu vào đảo ngược, trong đó bạn có cùng tín hiệu là không đảo ngược, do đó, đạt được x 1.

Sự lựa chọn tốt nhất sẽ là một bộ khuếch đại thiết bị, nơi bạn kết nối các đầu cáp với hai đầu vào. Sử dụng điện trở nối tiếp để nối đất để tạo phần bù, vì InAmps không thể đi vào đường ray (ít nhất là các loại 3-opamp không thể). Bạn có thể sử dụng điện trở đó làm điện trở cảm giác cho nguồn hiện tại:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

$V_{IN}$ $V_{IN}$

Nếu bạn mong đợi điện trở cao, bạn có thể tạo một bộ chia điện trở với 1 điện trở chính xác cho Vref và một xuống đất:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Điện áp trên cáp sẽ là

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

$R_{CABLE}$ $2 R$ $R$

Các MCP6N11 có đường sắt-to-Rail đầu ra và tồn tại trong các loại khác nhau cho lợi nhuận khác nhau, trong đó một cho mức tăng tối thiểu 100.

chỉnh sửa
đánh dấu các bình luận rằng chúng tôi không cần InAmp, và anh ấy đúng. Đây là giải pháp với bộ khuếch đại vi sai sử dụng opamp:

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Độ lợi được xác định bởi R1 qua R4 và nếu R1 = R3 và R2 = R4 sẽ là

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

Một InAmp sẽ cung cấp cho bạn độ chính xác cao hơn, và nó sẽ không tốn của bạn một cánh tay và một chân, vậy tại sao không?

— stevenvh
nguồn

Cảm ơn stevenh. Tôi đoán tôi sẽ không cần một nguồn hiện tại liên tục với một amp thiết bị? Vì tôi sẽ có một điện trở với V + và một cái khác nối đất và dây ở giữa, tỷ lệ cách điện áp tự phân chia sẽ cho chúng ta biết điện trở của dây lớn như thế nào. Tôi có đúng không?

— Saad

@Saad - Có, bạn sẽ cần nguồn hiện tại, tôi đã báo lỗi, tôi sẽ sửa nó.

— stevenvh

Steven, xin lỗi vì quá dày nhưng tôi vẫn không thấy nguồn hiện tại đến đâu.

— Saad

@Saad - Bạn có thể sử dụng một bộ chia điện áp với điện áp tham chiếu và hai điện trở chính xác, như trong phương trình. Hoặc bạn sử dụng dòng điện đã biết sẽ tạo ra sụt áp trên cáp do Định luật Ohm. Một điện trở nối đất là cần thiết để có được điện áp thấp hơn từ đường ray. Giá trị chính xác không quan trọng; nếu nó giảm xuống 0,5 V, bạn sẽ ổn thôi.

— stevenvh

@Saad - một sự khác biệt lớn giữa InAmp và bộ khuếch đại vi sai là trở kháng đầu vào. Đối với Inamp rất cao và nó không tải mạch. Trong trường hợp này không quá quan trọng, vì chúng ta có điện trở thấp. Nhưng trong nhiều tình huống, tải của bộ khuếch đại vi sai cần được chú ý. Lưu ý rằng InAmp 3 opamp thực sự là hai bộ đệm theo sau là bộ khuếch đại vi sai . Bộ khuếch đại vi sai không tốt hơn, có thể rẻ hơn một vài xu.

— stevenvh

Trước hết, thiết lập này sẽ không cho phép bạn có phạm vi 0 ÷ 5V ở đầu vào ADC. Đơn giản là vì LM324 không thể xoay lên đường ray tích cực của nó. Nó cũng sẽ giới thiệu điện áp bù tiềm năng mà chắc chắn sẽ có thể làm hỏng phép đo 10 đến 50mV.

Tôi đề nghị nên có một bộ khuếch đại thiết bị đo hoặc bộ khuếch đại khuếch đại có thể lựa chọn, chẳng hạn như MCP6G01 . Với mức tăng có thể lựa chọn từ 1 đến 100, bạn sẽ có thể duy trì độ chính xác trong vòng 2 bậc độ lớn (ví dụ: từ 0,1 đến 10 Ohms).

— Jonny B Tốt
nguồn

Ưu điểm của bộ khuếch đại khuếch đại cố định là gì, đặc biệt nếu nó bị giới hạn ở x 50?

— stevenvh

Chà, con chip này cực kỳ rẻ. Tôi sẽ không gọi đây là một phạm vi động thực sự, nhưng nó không hoàn toàn cố định - khi Vin ở trong phạm vi millivolts, chọn K = 50, khi nó nằm trong phạm vi volt, chọn K = 1. Con chip đặc biệt này cũng là một giải pháp tuyệt vời cho những nhà thiết kế lười biếng, những người không muốn bị làm phiền với việc tìm kiếm sự kết hợp tốt nhất của điện trở chính xác. Nó đảm bảo một mức độ chính xác nhất định. Nếu OP muốn tạo ra một bộ khuếch đại với mức tăng rất lớn, anh ta sẽ phải chăm sóc tất cả các điện áp bù, v.v. Tôi cho rằng anh ta sẽ không muốn, xem xét giải pháp ban đầu của mình.

— Jonny B Tốt

Ok, bạn yêu cầu phiên bản mạch của tôi.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Điều này sử dụng nguồn hiện tại opamp + BJT với phạm vi ba thập kỷ. Phạm vi của nguồn hiện tại được chọn bằng cách nối đất một trong ba điện trở. Bạn có thể có thể đạt được mục tiêu chính xác của mình bằng cách sử dụng đầu ra AVR để chuyển đổi ba điện trở. Chuyển giữa mức đầu ra thấp (để bật) hoặc đầu vào (để tắt). Đầu vào tương tự là tốt hơn, nhưng điện áp sẽ là một mức cao không thể tin được, vì vậy đầu vào kỹ thuật số là OK. Để có độ chính xác cao hơn, hãy kết nối 4K với điện trở với hai chân. Điện trở đầu ra của một đầu ra kỹ thuật số AVR là khoảng 25 ohms:

.
Dòng + 5V được sử dụng để tham chiếu cho cả nguồn hiện tại và ADC. Biến thể trong điện áp cung cấp sẽ hủy bỏ. Thay thế sẽ là có một tài liệu tham khảo trong nguồn hiện tại và một tài liệu tham khảo trong ADC ... không cần thiết ở đây. ADC vi điều khiển nói chung rất vui khi sử dụng đường ray cung cấp làm tài liệu tham khảo.
Bạn phải thực hiện bốn kết nối với thiết bị được thử nghiệm. Hai trong số các kết nối cung cấp dòng điện và hai trong số các kết nối thể hiện điện áp trên thiết bị được thử nghiệm với mạch đo. Kết nối bốn dây là cần thiết để đo điện trở thấp (<1 ohm)! Nếu không, bạn đang đo điện trở thăm dò của bạn một cách tình cờ.
Điện áp bù của opamp là thông số quan trọng nhất. Sử dụng một amp chopper và đừng lo lắng về nó. Tôi đã biết OPA2333, một bộ khuếch đại chậm đẹp luôn hoạt động tốt với tôi.
Nếu điện trở đầu dò của bạn cao hơn khoảng ohm, bạn nên sử dụng bộ khuếch đại thiết bị đo đầy đủ. Nhưng với các thăm dò hợp lý, điều này sẽ đáp ứng như hiện trạng.

— đánh dấu
nguồn