Cos'è ElectroYou | Login Iscriviti

ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

Circuito di condizionamento sensore di pressione

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

Moderatori: Foto Utenteg.schgor, Foto UtenteIsidoroKZ, Foto UtenteBrunoValente, Foto Utentecarloc

1
voti

[1] Circuito di condizionamento sensore di pressione

Messaggioda Foto Utentesquall141 » 3 giu 2016, 12:27

Buongiorno a tutti ragazzi, sono uno studente di ingegneria e per l'esame di sensori dovrei presentare un piccolo progetto riguardo la realizzazione di un circuito front end per un sensore a mia scelta. Ho deciso di utilizzare un sensore per effettuare misurazioni di pressione atmosferica, in particolare utilizzerò Sensym SX15 che permette di rilevare pressioni nel range 0-15 psi e ha un Full scale span pari a 75-150 mV. Per maggiori dettagli è possibile trovare il datasheet qui.
Tale sensore risulta essere un full bridge quindi essendo l'uscita lineare non ho bisogno di effettuare operazioni per la linearizzazione. Per l'amplificazione del segnale vorrei utilizzare un amplificatore alle differenze; avevo pensato anche ad un amplificatore da strumentazione tuttavia mi è sembrato più complesso il calcolo del valore RMS del rumore in ingresso e in uscita con cui dovrò confrontare il valore LSB dell'ADC che ancora non ho scelto.
Siccome l'idea è quella di utilizzare il sensore in applicazioni portatili e quindi a batteria ho scelto come op amp il TLV2211 ( datasheet ) che risulta essere oltre che low power anche low noise e low input bias current in modo che l'uscita del ponte non venga perturbata.
Se ho ben capito, date le tensioni di alimentazione dell'opamp il range di uscita potrà essere contenuto in un range leggermente più piccolo: ad esempio opamp alimentato single supply 0-5V avrò un range di tensioni in uscita circa 0.1-4.9 V ; situazione analoga nel caso dual supply.
Ciò che non mi è chiaro è come dimensionare le resistenze dell'opamp alle differenze in modo tale da effettuare un traslazione dal range di uscita del sensore (75-150 mV ) ad un range da me fissato ad esempio 0-5 V che dovrà poi essere convertito dall'ADC.
Ho fatto un giro sul web e su questo forum ma non sono riuscito a trovare nulla che rispondesse alle mie domande. Qualcuno saprebbe darmi una dritta su come procedere o se quello che ho pensato è corretto? Grazie :)
Avatar utente
Foto Utentesquall141
15 2
 
Messaggi: 15
Iscritto il: 20 ott 2012, 12:15

2
voti

[2] Re: Circuito di condizionamento sensore di pressione

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 3 giu 2016, 16:09

Ciao, mhmh un semplice approccio potrebbe essere quello di usare l'op amp in configurazione amplificatore differenziale com da te specificato seguito da un op amp in configurazione sommatore(usato come sottrattore).
Il primo stage e' usato come interfaccia per il wheastone bridge e per ottenere il guadagno voluto. Le resistenze potresti impostarle uguali a coppie come mostrato nel link sottostante

https://www.google.no/search?q=amplific ... _6P1FMM%3A

Fai pero' in modo che la resistenza di uscita del wheastone bridge sia molto piu' piccola della resistenza di ingresso del differenziale che segue altrimenti l'amplificatore va a caricare il wheastone bridge. (Matching impedance source-load).

Tuttavia il solo utilizzo di questo ti fa ottenere un segnale nel range : Vmin - Vmax dove Vmin non e' zero. Per questo motivo devi fare seguire un sommatore a due ingressi, che va usato per shiftare il range e farlo partire da 0.

Sommatore invertente:
https://www.google.no/search?q=sommator ... Yx-rPHM%3A

Per esempio : nel tuo caso il guadagno del primo stadio deriva dal rapporto output range/ input range. Quindi: 66.66 , diciamo 67.
Per cui il differenziale puo' avere: R1= 1k, Rf=66k (solo un esempio non sto considerando il problema del matching , che invece tu devi considerare.)
Ottieni un range di uscita: 5.025V a 10.05V

Ti consiglio di invertire poi i collegamenti col wheastone bridgein modo che il range di uscita -5.025V a -10.05V in questo modo per implementare il sommatore potresti metter tutte e 3 le resistenze uguali (ex:R=1k) e il secondo input fissarlo a 5.025V. Il sommatore invertente riportera' poi anche il segno del output range in positivo.

output range : 0-5V

Diciamo che questo e' l'approccio proprio base base per usare le configurazioni che di solito insegnano all'universita' .

a presto.
Avatar utente
Foto Utenteingmarketz
155 1 2 6
Stabilizzato
Stabilizzato
 
Messaggi: 364
Iscritto il: 23 nov 2011, 23:49


1
voti

[4] Re: Circuito di condizionamento sensore di pressione

Messaggioda Foto Utentesquall141 » 3 giu 2016, 22:58

Grazie mille ad entrambi per i suggerimenti.
Mentre attendevo una risposta ho approfondito alcuni argomenti e fatto alcune ricerche sul web.
Stavo valutando l'utilizzo dell'INA826 che oltre ad essere sempre low power e ad avere basse correnti di bias risulta abbastanza stabile con la temperatura.

Datasheet INA826

Siccome il sensore è alimentato a 12V e INA826 supporta alimentazioni fino a 20V sia single che dual supply potrei alimentare l'amplificatore a 12 in modo da condividere l'alimentazione?
Se si pensavo a questo approccio:
Tensione di alimentazione = [-12 +12] V
Tensione di riferimento = 0 V
Con la notazione utilizzata nell'immagine in allegato e facendo riferimento ai valori di resistenze dell'INA:
Vout = (V2 -V1)*(2*R5/Rg+1); volendo un escursione della tensione di uscita nel range [-5 5] V posso ricavare il valore della resistenza Rg = 1.11Kohm a cui corrisponde un guadagno G = 45.
A questo punto per avere un'escursione positiva dovrei traslare come mi avete suggerito con un sommatore. La domanda è: posso solo traslare l'intervallo o anche rimpicciolirlo? Mi spiego meglio: posso passare ad range 0-10 V o posso anche ridurlo a 0-5V? non è fondamentale ma vorrei capire bene.

Avere valori positivi è conveniente perché in questo modo ad un valore nullo in ingresso corrisponde un valore nullo in uscita che verrà convertito in una sequenza di zeri dall'ADC, giusto?

Se non ho detto stupidaggini dovrei scegliere l'opportuno ADC per la conversione in digitale. Trattandosi di misure di pressione lente vorrei inserire anche un low pass filter all'uscita dell'eventuale sommatore con frequenza di taglio a 1-2 Hz.

Scusatemi per il troppo disturbo, grazie ancora.

Edit: come valore di V2 - V1 ossia l'uscita del ponte ho usato il valore tipico segnato sul datasheet del sensore ossia 110 mV
Allegati
ina3.png
Avatar utente
Foto Utentesquall141
15 2
 
Messaggi: 15
Iscritto il: 20 ott 2012, 12:15

1
voti

[5] Re: Circuito di condizionamento sensore di pressione

Messaggioda Foto Utenteingmarketz » 3 giu 2016, 23:43

Mhmh allora se tu risolvi il circuito del sommatore con tutte resistenze diverse e ti calcoli l'output capiresti molte cose. Tuttavia di solito chi si rivolge qui, di solito e' a corto di tempo, provo a darti una altra mano allora.
Quelli che chiedi tu : shift del range e riduzione dell ' output range si puo' fare con il sommatore.
Facendo riferimento sempre al circuito :

https://www.google.no/search?q=sommator ... Yx-rPHM%3A

possiamo creare un sommatore a due ingressi. Ora invece di imporre tutte le resistenze uguali poniamo:
R1=R2=R, mentre la resistenza di feedback avra un valore diverso: Rf.
Quindi il valore dell'output adesso vale:

V_{out}=-\frac{R_f}{R}(V1+V2)

Ora assumendo l'uscita del differenziale a V1 [-5,5]V , poniamo V2=-5V. Ora se R1 fosse uguale a R2 e ad Rf avresti un range [0,10]V , guardando la formula si puo' intuire facilmente che possiamo portare il range a [0,5]V semplicemente ponendo

R_f=0.5R=0.5R_1=0.5R_2

adesso hai il tuo range voluto.

per quanto riguarda la seconda domanda direi che:
Tipicamente il segnale che deve essere convertito varia in un range uguale o quasi all'input range del ADC, questo perche' cosi' utilizzi al 100% l'ADC, se non lo facessi, alcune combinazioni dell'ADC sarebbero inutilizzate, e quindi inutili e quindi potresti comprarne uno piu economico che ha meno bit.
Come comprare una Ferrari e poi ci vai a 50. (Ho estremizzato pero' spero di aver dato l'idea)
Avatar utente
Foto Utenteingmarketz
155 1 2 6
Stabilizzato
Stabilizzato
 
Messaggi: 364
Iscritto il: 23 nov 2011, 23:49


Torna a Elettronica generale

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Google Adsense [Bot], Google Feedfetcher e 56 ospiti