Nichtinvertierender Operationsverstärker

Moin,

mein Drucksensor gibt mir ein Signal im bereich 0-4 mV. Dieses wollte ich für den Analog In am Arduino mittels einem Nichtinvertierendem OPV auf bis 5V verstärken.

Die Widerstände habe ich auf 1kOhm und 1,2MOhm gewählt. Der OPV ist ein LF357N. Die Versorgungsspannung ist 12VDC.

Aber aus einem mir nicht bekannten Grund funktioniert die Schaltung nicht. Die Ausgangsspannung liegt dauerhaft bei ca 2V schwankend. Reagiert nicht auf Druckänderungen.

ungewollte verbindungen habe ich jetzt 3 mal überprüft, sind nicht vorhanden.

Hoffe auf Hilfe

Grüße

Leider kenne ich deinen Drucksensor nicht, so dass ich dazu auch keine Aussage treffen kann, ob deine Schaltung funktioniert, oder nicht.

Der Drucksensor ist ein DPT 6000. Der funktioniert ohne Probleme. Wenn ich ohne OPV messe, erhalte ich die Spannungen im mV bereich entprechend des Druckes. Nur mit Verstärker bekomme ich keine Ergebnisse. Muss irgendwie am OPV liegen.

???? http://www.ptcelectronics.com/DPT-6000-p.html https://www.codan.de/documents/website/GB/CODAN_System_DPT-6000_int.pdf

Egal... Hast du ein Datenblatt zum Sensor?

Der 2te Link ist es!

hier das Datenblatt

pvb-2.pdf (494 KB)

Um 0-4mV so stark zu verstärken muss man sicherlich etwas mehr Aufwand betreiben. Mindestens ist mal ein Offset-Abgleich nötig. Das ist aber wahrscheinlich nicht das einzige Problem

Also sollte ich 2 Operationsverstärker nehmen, welche z.B. einmal 100x und einmal 12x erhöhen?

Sorge erst mal dafür dass die Offsetspannung wirklich 0mV ist. Die ist zwar bei dem OP nur max. 1-2mV, aber das liegt halt genau in deinem Messbereich.

... ich bin auch mehr als überzeugt davon, dass es nie und nimmer "mal eben" mit einem OP-Amp und 2 Widerständen "auf die Schnelle" klappen wird. Arbeite mal step by step folgenden Link durch, dort ist einiges sehr aufschlussreiches darüber zu lesen ... Ich habe vor Jahren auch sehr viel damit gearbeitet, ein "sichers Gefühl" im Umgang mit solchen Teilen stellt sich aber nicht im Vorübergehen ein, denn OP-Amps sind 'ne Wissenschaft für sich ...

https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen

Für solche Anwendungen gibt es übrigens Instrumentenverstärker. Die sind hoch-präzise und daher ziemlich teuer. Aber den INA126 oder INA128 gibt es für vergleichsweise wenig Geld. Die haben z.B. auch einen Referenzspannungs-Pin, mit dem man sagen wie mal ein Signal von 0-4mV auf z.B. 1-4,5V verstärken kann, wodurch man eine bessere Linearität hat, als wenn man den Spannungsbereich voll ausnützt.

Aber versuche jetzt bitte nicht einen Instrumentenverstärker per Hand aufzubauen...

Dann werde ich mir mal bei Conrad einen INA126 besorgen. Muss ich dann für R(G) einen 80 Ohm Widerstand nehmen, um meine Verstärkung von 1000 zu erhalten?

Genaugenommen 80,4 Ohm :)

Seite 12: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina126.pdf

Die Formel ist G = 5 + (80 kOhm / R)

Und einen Widerstand mit höchstens 1% Toleranz nehmen! z.B.: https://www.conrad.de/de/metallschicht-widerstand-805-axial-bedrahtet-0207-025-w-royalohm-mf0w4ff805ja10-1-st-1089746.html

Bei einer Verstärkung von 1000 würde sich eine Referenzspannung von 0,5V anbieten. Am besten mit einer einstellbaren Spannungsreferenz. Es geht auch erst mal mit Masse, aber du bekommst wie gesagt u.U. Linearitätsfehler, da Single Supply Betrieb.

Die meisten OPs brauchen eine symetrische Versorgungsspannung wie z.B. +/- 15V. Sonst funktionieren die nicht wie gewollt. So ist das auch beim LF357N und auch beim INA126.

Es gibt einige ausnahmen. Z.B der LM324, der für die hier gewünschte Anwendung vermutlich aber aus anderen Gründen nicht funktioniert.

Besser wäre z.B. ein OPA340 oder ein OPA2340. Die begnügen sich mit einfachen 5V und das hätte auch den Vorteil dass man den Aruinoeingang nicht gegen zu hohe Spannungen schützen muss.

Gruß Peter

Mit dem Instrumentenverstärker allein ist es nicht getan. Alle Widerstände, die die Messung beeinflussen sollten mindestens 1% Metallschichtwiderstände sein. Sonst ist das Rauschen und die thermische Drift am Widerstand u.U. in der selben Größenordnung, wie ein Eingangssignal. Auch die Betriebsspannung sollte sauber und stabil sein - also nicht einfach 1:1 aus dem USB Anschluss :P Auch sollte man es dann nicht bei der Standardeinstellung des Arduino mit Referenzspannung gleich Ub +5V belassen. Eine hinreichend sttabile Referenzspannungsquelle mit 1,23 oder rund 2,5V kostet nur ein paar Cent, bringt aber ein paar Größenordnungen mehr Genauigkeit. Alles andere wäre arbeiten nach dem Prinzip: "Mit der Mikrometerschraube messen, mit Kreide anreißen und mit der Axt trennen" :grin:

Der INA126 geht auch Single Supply. Steht auch im Datenblatt:

The INAx126 can be operated from a single power supply with careful attention to input common-mode range, output voltage swing of both op amps, and the voltage applied to the Ref terminal.

Man muss eben wegen der Nicht-Linearität aufpassen:
https://e2e.ti.com/support/amplifiers/etc_amplifiers__other_linear/f/18/p/290207/1012262#1012262

Man sollte natürlich aufpassen, dass das extra dabei steht. Von daher scheidet der LF357N klar aus. Das hätte ich sehen sollen :s

Vielen Dank schonmal an alle :)

Den INA126 hab ich bestellt. Werde dann morgen auch noch den passenden Widerstand besorgen. Auch den OPA2340 werd ich mir noch holen.

@Serenifly: Warum bietet sich grade eine Referenzspannung von 0,5V an? Würd das gern verstehen :)

Und was wäre eine hinreichend Stabile Referenzspannungsquelle?

Weil du dann einen Spannungsbereich von 0,5-4,5V hättest. Referenzsspannung bei dem Verstärker heißt, dass die Ausgangsspannung um diesen Wert angehoben wird. Der Verstärker ist im Single Supply Betrieb etwas nicht-linear wenn du dich 0V annäherst.

Wobei du das mit der Referenzspannung des ADCs wie gesagt auch nochmal überdenken musst. Du kannst zwar dafür sorgen, dass die 5V absolut stabil sind, aber 2,5V als Referenz für den ADC (nicht für den Verstärker) wären gut, weil es die fertig dimensioniert gibt. z.B.: http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/LM385Z2%2C5%23NSC.pdf (gibt es auch einstellbar, unter Bezeichnungen wie LMxxx-ADJ)

Dann musst du natürlich auch die Verstärkung anpassen, damit da maximal 2,5V rauskommt.

Oder eben die interne 1,1V Referenz nehmen.

Ein einfache Operationsverstärker Schaltung wird dir bei der Art kleinen Spannungen keine verlässliche und genauen Messwerte liefern können.

Wenn es dir auf Genauigkeit und Verlässlichkeit ankommt baue dir einen Chopper-Verstärker wobei da der Aufwand sehr viel höher ist.

https://de.wikipedia.org/wiki/Chopper-Verst%C3%A4rker

:D :D

Warum nimmst du nicht besser einen anderen Sensor mit einer anderen Ausgabe, oder gibt es da nichts in dem Anwendungsbereich?