Wzmacniacz operacyjny kompensacja wyjścia - offset bez nap. ujemnego.

Witam, potrzebuję pomocy w modyfikacji układu wzmacniacza load cell, chodzi o to, żeby poprawić, ustabilizować napięcie wyjściowe (zakres ma być 0,00- 5,00V) offset również. Oraz zabezpieczyć wyjście przed wystawieniem napięcia ujemnego - nie może być napięcia ujemnego na wyjściu. Zarówno podczas regulacji offsetu (pr100K) jak i podczas normalnej pracy na wyjściu nie może pojawić się napięcie ujemne. Czujnik nacisku może być ściskany, jak i rozciągany(co w tym wypadku daje ujemne napięcie. Bez zasilania symetrycznego nie mogę ustawić napięcia na wyjściu do wartości 0,00

Ma ktoś pomysł? Schemat tego co mam w załączeniu.
Z góry dziękuje i pozdrawiam.

Nie do końca rozumiem założenia. A co ma się zdarzyć jak czujnik nie jest ani ściskany, ani rozciągany? Przecież nie może być 0V na wyjściu. Może chciałeś ustawić poziom na 2.5V w takiej sytuacji, natomiast przy ściskaniu mieć napięcia z zakresu 2.5 do 5V, a przy rozciąganiu od 2.5 do 0V? To można zrobić przy użyciu zwykłego sumatora na wyjściu poprzez dołączenie jednego z jego wejść do napięcia 2.5V. Ale ogólnie tego typu urządzenia robi się znacznie prościej (bez skomplikowanego układu zasilania i przesuwania poziomów).
Zobacz tu: https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/SparkFun_HX711_Load_Cell_v11.pdf
To kosztuje gotowe około 9$.

Marek

Dzięki za odpowiedź, potrzeba jest taka,żeby byo "0" a nawet "0,00 w stanie spoczynku czujnika. Czujnik jest do 5kg, co ma odpowiadać zakresowi napięć wyjścia 0,00V do 5,00V, układ na schemacie spełnia wymagania, ale podczas regulacji można wejść na poziom poniżej zera (napięcie ujemne), jak również w sytuacji gdy czujnik w pozycji awaryjnej zamiast ściskany to rozciągany (też mamy napięcia ujemne). To nie są moje założenia, ja tylko muszę zbudować urządzenie. Generalnie gdyby nie to napięcie na wyjściu, to zostawiłbym na samym INA122, na którym offset miałem na poziomie 100-180 mV ale dość niestabilnie, na symetrycznym jest znacznie lepiej.

Nie chcę mi sie teraz czytać całego wątku ale rzuciłem okiem na schemat a tam wejście REF podłączone do potencjometru 100k - to jest błąd, w takim układzie CMRR będzie bardzo niski, wejście REF musi być podłączone do źródła napięcia o bardzo niskiej rezystancji wewnętrznej.

No właśnie, przeczytaj uwagi Jarka. A czy możesz powiedzieć coś więcej o tym urządzeniu? Pytam, bo widzę, że przyjąłeś dość niekorzystne założenia (albo ktoś Ci je narzucił) i teraz się męczysz. Układ, który zlinkowałem powyżej jest banalnie prosty, jest zasilany jednym napięciem, nie ma problemów z ujemnym napięciem i jest wyjątkowo tani. Jedyną niedogodnością jest wyjściowy zakres napięć: od 2.5 do 5V. Ale co to za problem dla mikroprocesora? Może dokładność się minimalnie zmniejszy. Czy to jest na tyle ważne aby tak komplikować układ? Porównaj sobie stopień złożoności. A jeszcze potrzebujesz zabezpieczenie przed ujemnym napięciem na wyjściu. A czy na przykład -0.3V jest dozwolone? To wtedy możesz dać diodę typu Schottky. Jeśli nie, to musisz budować jakiś skomplikowany układ typu komparator i odłączanie wyjścia (może na przekaźniku). I to wszystko jest konsekwencja niby prostych i oczywistych założeń ale jak przychodzi do realizacji to zaczynają się schody. Dlatego pytam o jakieś "tło" projektu tego układu. Masz jakieś możliwości manewru?

Marek

No właśnie problem polega na tym, że nie mam pola manewru, też uważam, że można wiele załatwić oprogramowaniem, ale ma być 0,00 do 5,00 Generalnie, gdyby offset załatwić programowo, to nie ma problemu, ale się nie da usłyszałem.

Może najpierw zacznij od sprawdzenia i zastosowania uwag Jarka. Jeśli sama podstawowa aplikacja jest nieprawidłowa, to nie bardzo możesz coś dalej robić.
Poza tym, nadal nie wiem o co chodzi z tym brakiem pola manewru. Ktoś Ci narzucił ten układ i zakres napięć? Ale przecież ten układ nie działa prawidłowo więc musisz być w stanie go zmienić. Bez tego nie ruszysz. A czy go zmienisz tylko trochę, czy bardzo, to jest rzecz względna.
Uwaga o niemożności obsługi układu z offsetem też zasługuje na rozwinięcie. Gdzie słyszałeś, że się nie da? Czy ja dobrze rozumiem, że zamiast układu z napięciem od 0 do 5V masz układ z napięciem od powiedzmy 200mV do 5V i ktoś Ci powiedział , że nic z tym nie można zrobić? Mi się wydaje, że to jest prosta arytmetyka na poziomie szkoły podstawowej ale może nie rozumiem problemu.
I jeszcze jedno: mówisz, że w specjalnych sytuacjach pojawia się napięcie ujemne ale jednocześnie nie może się pojawiać. To chyba jest jasne, że układ trzeba dość poważnie zmodyfikować. Ale nie możesz go modyfikować, bo układ jest narzucony. No to chyba się tak nie da. Dlatego musisz jednak podać więcej szczegółów.
Takim "kowalskim" rozwiązaniem, które mi przychodzi do głowy jest komparator na wyjściu i odłączanie wyjścia przekaźnikiem gdy pojawi się ujemne napięcie. Ale to trochę jak używanie armaty na wróble. Może ktoś inny będzie miał lepszy pomysł.

Marek

Już odpowiadam: układ ma spełniać założenie 0.00 - 5.00 (V) w zakresie czujnika 0.00- 5.00 (kg). Mówiąc o zmianie programowej - kompensacji offsetu, to dotyczy 2 podwykonawcy robiącego logikę, oprogramowanie do całości. Nie wiem jak zrobić offset na poziomie do powiedzmy max. 20mV bez symetrycznego napięcia najlepiej? Jakkolwiek byle układ spełniał założenia j/w. Co do napięcia ujemnego w sytuacji awaryjnej już tłumaczę: chodzi o to, że czujnik nacisku - masz to tak jak wiertarka stołowa, uchwyt pionowy, opuszczasz i podnosisz w pionie. Tak też będzie realizowany pomiar nacisku (wiertła na materiał), w normalnej sytuacji masz tylko nacisk z góry, a gdy wiertło się zakleszczy i będziesz podnosił do góry -to czujnik jest rozciągany i mamy ujemne napięcie. Mogę robić co chcę tylko narzucony jest wymiar płytki, zasilanie 24V, czujnik i zakres napięcia wyjściowego. Czujnik to Forsentek fl13-5kg
http://file1.dzsc.com/product/14/08/26/1036281_225227004.pdf
Dzięki i pozdrawiam.

Dodano po 44 [sekundy]:

Jarek ma jak najbardziej rację!

Dodano po 1 [minuty]:

Płytka 3,5 x 5 (cm)

To wyjaśnia co to jest za projekt i o co chodzi z ujemnym napięciem w sytuacji awaryjnej. Ale nadal nie rozumiem o co chodzi z tą zmianą programową - kompensacji offsetu. Dlaczego jest to niewykonalne?
Sytuacja jest następująca: przedstawiłeś układ z symetrycznym zasilaniem, zadajesz pytania dotyczące offsetu i ujemnego napięcia a na końcu pytasz się jak zrobić offset mniejszy niż 20mV dla zasilania pojedynczym napięciem. Jak to rozwiązać, to już Ci powiedziałem: komparator i odłączanie napięcia wyjściowego w przypadku pojawienia się ujemnych wartości. Przy użyciu elementów SMD i komparatora w obudowie SOT23 spokojnie się zmieścisz na podanym wymiarze płytki. Ale nadal będzie to układ wyjątkowo nieelegancki, drogi w produkcji i w miarę duży.
Całe nieszczęście bierze się stąd, że ktoś zaproponował a Ty się zgodziłeś, że napięcie będzie dokładnie od 0 do 5V. Spójrz jak to robią porządne firmy: Texas Instruments pokazuje schemat z napięciem wyjściowym 0.1 do 4.9V (pojedyncze zasilanie +5V) - banalnie prosty. Inna firma pokazuje układ z napięciami wyjściowymi od 2.5 do 5V. Czy to nic Ci nie mówi? Jeśli wyjściowe napięcie jest mierzone mikroprocesorem, to zmiana w programie dla zakresu 2.5 do 5V to jest jedynie wyliczenie według wzoru: y = 2*x-5. Czy jest trudne albo drogie? To jest tylko jedna linijka w programie. I według mnie wszystkie firmy tak robią: wykonują prosty układ pomiarowy i całą resztę robi procesor.
Więc masz kilka opcji:
- zasilanie symetryczne, komparator i przekaźnik (to będzie drogie),
- zasilanie pojedyncze, wysyłasz napięcie z zakresu 0.1 do 4.9V (ujemne napięcie też odcinasz komparatorem i przekaźnikiem) i odbiorca martwie się jak to przetworzyć,
- zasilanie pojedyncze, mierzysz napięcie w zasadzie w dowolnym zakresie i samodzielnie je przemnażasz i przesuwasz przy użyciu wzmacniacza operacyjnego (też w obudowie SOT23),
- zasilanie pojedyncze, mierzysz napięcie w zasadzie w dowolnym zakresie, przed wyjściem dajesz mały mikroprocesor (np. ATiny10) i używasz go do zabezpieczenia przed ujemnym napięciem (wysyłasz wtedy 0V) i do uzyskania odpowiedniego zakresu wyjściowego.
Każdy z tych układów jest dosyć prosty ale różnią się kosztem i złożonością - sam wybierz, który wykonasz.

Marek

marek14 napisał:

Już odpowiadam: układ ma spełniać założenie 0.00 - 5.00 (V) w zakresie czujnika 0.00- 5.00 (kg). Mówiąc o zmianie programowej - kompensacji offsetu, to dotyczy 2 podwykonawcy robiącego logikę, oprogramowanie do całości. Nie wiem jak zrobić offset na poziomie do powiedzmy max. 20mV bez symetrycznego napięcia najlepiej? Jakkolwiek byle układ spełniał założenia j/w. Co do napięcia ujemnego w sytuacji awaryjnej już tłumaczę: chodzi o to, że czujnik nacisku - masz to tak jak wiertarka stołowa, uchwyt pionowy, opuszczasz i podnosisz w pionie.

Widzę dwa rozwiazania 1. zasilanie pojedyncze i wzmacniacz rail-to-rail, wzmacniacz pomiarowy w takim przypadku nie da dokładnie 0,00V bo do wyjścia wpływa prąd z rezystorów sprzężenia zwrotnego, a więc minimum będzie te kilkadziesiąt-stokiladziesiąt mV jakie obserwowałeś przy INA122, żeby nie tracić zakresu pomiarowego w okolicy zera musiał byś na wejście REF podać np 200mV z wtórnika i powiedzieć programiście że 200mV oznacza 0,00kg jeśli przebrnął przez szkołę podstawową, to powinien sobie dać z tym radę.

sposób 2 zostawić zasilanie symetryczne, na wejście REF podać 0V a na wyjściu wzmacniacza pomiarowego dać ogranicznik napięcia z diodą włączoną w obwód sprzężenia zwrotnego wzmacniacza operacyjnego, w tym przypadku można "po cichu" ustawić ogranicznik na -10mV żeby mieć pewność że układ będzie liniowy w pobliżu zera.

Niezależnie od tego kto opracował założenia trzeba pamiętać że układ mierzący od 0,00-5,00 przy skrajnych wartościach będzie nieliniowy bo jeśli nawet twoją część zaprojektujemy poprawnie od -10mV do 5,01V to bufor wewnętrzny ADC zasilanego niesymetrycznie z 5V podlega tym samym ograniczeniom, teoretycznie jest rail-to-rail, a kiedy dokładnie przeczytamy dokumentację zazwyczaj okazuje sie że kilka LSB od dołu i od góry "zje".

Marek:

takie właśnie było pierwotne założenie: INA122 standardowa aplikacja, na wyjściu ok. 100mV do zjedzenia przez program, ale to niestety to nie zamyka sprawy. Z komparatorem, ale bez przekaźnika, a z atiny10 jak to widzisz?

Jarek:

rozwiązanie 2, możesz przybliżyć o co chodzi z tym ogranicznikiem i regulacją, przepraszam, że takie pytania zadaję

Muszę napisać, ze jestem bardzo miło zaskoczony, że ktoś wogóle pomaga i jak najbardziej doceniam to i jeszcze raz dziękuję za poświęcony czas!

Dodano po 4 [minuty]:

Panowie

INA122 wydawał mi się dość wystarczający, chociaż na lm358 nie było gorzej, może macie coś sprawdzonego, ewentualnie przychodzi Wam do głowy zamiast INA122?


Chociaż pewnie wymiana scalaka na inny/lepszy nie przyniesie super efektu


Pozdr.

marek14 napisał:

Z komparatorem, ale bez przekaźnika, a z atiny10 jak to widzisz?

Takiej wersji nie sugerowałem. Wystarczy sam ATiny. Na wejściu opornik z diodą Schottky tak aby sygnał na wejściu procesora nie był niższy niż -0.3V w najgorszym przypadku (procesor powinien to wytrzymać - do sprawdzenia - to dla przypadku z symetrycznym zasilaniem), procesor mierzy napięcie z zakresu 0.1V do 4.9V (lub z dowolnego innego), przemnaża go tak aby na wyjściu było 0 do powiedzmy 4.9V (przy użyciu PWM, opornika i kondensatora), ujemne napięcie odwzorowuje ewentualnie jako 0 na wyjściu. I chyba to wystarczy. Więc potrzebujesz INA122, ATiny10, diodę Schottky, pojedyncze zasilanie i być może wzmacniacz operacyjny na wyjściu (jako bufor i być może filtr). Wszystko (co się da) w obudowach SOT23 + 0604 i spokojnie się zmieści na takiej płytce (nawet ze dwa razy).
Dioda na wejściu chyba nie jest potrzebna, bo co zrobi INA122 zasilany z jednego napięcia jak czujnik będzie rozciągany? Raczej nie da ujemnego napięcia. To układ się jeszcze bardziej uprości.
A jeszcze lepsze rozwiązanie to pojedyncze napięcie zasilania i wysyłanie napięć od 0.1 do 4.9V. Jakoś nie chcesz powiedzieć dlaczego to nie jest dozwolone. Czy napięcie jest później przetwarzane przez mikroprocesor, czy inaczej?

Marek

Vr dajesz kilka mV mniejsze od zera

"Jakoś nie chcesz powiedzieć dlaczego to nie jest dozwolone"

Marek tą część robi inna osoba, która jasno zaznaczyła:"Our input doesn't tolerate negative voltages, not even -0.5V, output range was specified 0..5V. But occasionally negative pressure can occur to the sensor (adjustment process, differemt loads, robot finger stuck etc,) which leads to negative output voltage. This possibility have to be eliminated. For example by using some opamp solution instead of just adding a diod to the output, so that the output goes linearly down to 0 but not more. It would be good to have a testpoint before the limiter to see also negative voltage during the adjustment proccess.’"

Wracając do Atiny 10, to AVR znam tylko podstawy głównie Atmega 8 Rozumiem, że z wyjścia INA122 przez diodę na Atiny 10 (PWM).....?
Przepraszam, że tak męcze



Jarek, dzięki, w poniedziałek przetestuje.


Dzięki panowie, miłego weekendu życzę
Pozdr.

Jarek, jaki IC mogę użyć na ten operacyjny -masz coś sprawdzonego?

Marek,

To co podałeś powyżej wcale nie odpowiada na moje pytanie . Ja się pytałem czemu zakres napięć wyjściowych od 0.1 do 4.9V nie jest dopuszczalny. A Ty odpowiadasz, że oni nie życzą sobie napięć poniżej -0.5V. Nie widzę tu związku. Zauważ, że z dioda Schottky to napięcie byłoby co najwyżej(najniżej) -0.3V. A o ATiny10 wspomniałem, bo jego wejścia wytrzymują napięcie -0.5V (do sprawdzenia w karcie katalogowej) a jakie napięcia są na wyjściu to sam decydujesz. Pytanie o zakres 0.1-4.9V jest o tyle istotne, że drastycznie upraszcza układ jeśli chodzi o zasilanie. Ale rozwiązanie Jarka jest chyba lepsze (na pewno znacznie prostsze).

Marek

Hej, Marek, dzięki za odpowiedź, zakres napięć 0.1 do 4.9 nie jest dopuszczalny, bo tak jak pisałem wcześniej 100mV na wyjściu w stanie jałowym to za dużo. Chodzi o pomiary nawet poniżej 100g. dlatego zastosowałem zasilanie symetryczne i tą regulacje na REF.

Dodano po 1 [godziny] 49 [minuty]:

Na wyjściu nie powinno być więcej niż 10-20mV w stanie jałowym.

Teraz jest jasne (jeśli chodzi o dolną wartość napięcia). Ale ciekawi mnie co zrobisz jak obciążenie będzie trochę większe niż 5kg (na przykład 5.25 kg). Wyślesz 5V i czy układ pomiarowy zachowa się poprawnie jeśli na skutek jakiejś awarii będzie to 10 kg? W takich przypadkach zawsze warto rozważyć wartości skrajne. Może powinny być 2 sygnały: 5V i "przepełnienie"?

Marek

Zasilanie układu 5.5V - stabilizator z 24V

A może da się sygnałem z czujnika po odpowiedniej obróbce sterować źródłem prądowym. Wtedy takim układem jak na rysunku byłoby możliwe zejście do 0V. Należałoby tylko zadbać o to by maksymalny prąd na źródle był równy 5mA dla elementów jak na rysunku niżej.

Jako precision clamp użyłem AD627 i działa całkiem ładnie.


Serdecznie dziękuje wszystkim za pomoc.

marek14 napisał:

Jako precision clamp użyłem AD627 i działa całkiem ładnie.

Z jakim wzmocnieniem? W tym zastosowaniu im więcej tym lepiej a producent nie przewiduje więcej niż 1000
Użycie wzmacniacza pomiarowego w tym miejscu to zbędna komplikacja, ze względu na ograniczone wzmocnienie oferuje gorsze parametry za wyższą cenę.
sprawdził by się tu nawet byle jaki wzmacniacz za 50gr.

Jarek a możesz podać jaki op-amp byś użył? TL071/81?

marek14 napisał:

Jarek a możesz podać jaki op-amp byś użył? TL071/81?

Moze być TL0xx albo LM358.
Te wzmacniacze mają offsety 2-5mV jesli zrobiłeś niewielki ujemny offset dla tego układu to nie bedzie problemu jeśli zrobiłeś zerowy to możesz dać jakiś dokładniejszy wzmacniacz np OP-07.
Jeśli zamierzasz regulować napięcie na nóżce REF to tam powinien być wtórnik za potencjometrem więc przyda ci sie podwójny wzmacniacz, przed potencjometrem powinny być źródła napięcia odniesienia ponieważ robiąc REF dzielnikiem z niezbyt precyzyjnego zasilania pogarszasz niepotrzebnie dokładność układu.

Nie wiem jak wygląda obecnie twój schemat dlatego trochę zgaduję.

Jarek, to muszę cię rozczarować, robiłem próby na lm358, op07 i żaden nie działał jak należy, wcale nie działał w tej roli. Co do ref, to masz rację, układ jest już przebudowany i działa wyśmienicie

OP-07 faktycznie sie nie nadaje - spojrzałem na schemat wewnętrzny są tam diody na wejściach, ale na 358 nie widzę powodu żeby nie działał, może źle podłączyłeś?

"nie działał jak należy" to może napisać specjalista od filologi polskiej, elektronik sprawdza jakie są napięcia w jakich warunkach i z tego wyciąga wnioski.

Jarek po prostu nie działa, tl081 również, właśnie sprawdziłem nie działa w tej roli, napięcie na wyjściu od -3,7....+3,7 (V). Dlatego wcześniej pytałem, czy masz jakieś sprawdzone scalaki do tej funkcji. Próbowałem różnych aplikacji, nie tylko tej, którą zaproponowałeś, tak, że już nawet nie pamiętam, na której działał AD

Hej,
panowie mam jeszcze takie pytanie: czy mogę użyć na wyjściu jako buffer OPA340, zasilany niesymetrycznie- tylko +5V?
Czy będzie dużym problemem, jak zasilanie ujemne będzie o 0,3-0,5 V niższe od dodatniego. Ne wiem, o co chodzi, poprzednio miałem scalaki, które bez problemu dawały na wyjściu, tyle co na wejściu - ICL7660a/s, obciążenie do 25mA.

Dzięki i pozdrawiam.