Kompensation der Offsetspannung bei Brückenmessung vor Instrumentenverstärker

Ich verwende einen Instrumentenverstärker (INA118), um das Signal von einem Vollbrücken-DMS zu messen (nur Spannung, alle 4 Widerstandselemente sind Dehnungsmessstreifen, langsam wechselndes (DC) Signal). Ich verwende eine einzelne +3,3-V-Versorgung (V+ = 3,3 V, V- = 0 V). Die Gleichtaktspannung wurde basierend auf den Datenblattspezifikationen auf 2,35 V eingestellt, und die Verstärkung ist auf 1000 eingestellt. Ich habe die Last gegenüber dem Ausgang gemessen und sie ist wie erwartet linear.

Ich habe Probleme, herauszufinden, wie ich die Spannung am besten kompensieren kann, wenn keine Last vorhanden ist. Die Offsetspannung beträgt 0,9 mV, was verstärkt 0,9 V beträgt. Dies nimmt einen großen Teil des nutzbaren ADC-Bereichs ein.

Eine der Methoden, die ich bisher gefunden habe, dreht sich darum, einen Shunt-Widerstand parallel zu einem der Beine des Dehnungsmessstreifens zu schalten oder den Ausgang der Brücke mit einem Potentiometer zu trimmen. Das wahrgenommene Problem dabei ist, dass das Instrument zwischen -20 °C und +40 °C betrieben werden muss und die Widerstandskompensation für diesen gesamten Temperaturbereich nicht ausreichend ist.

Eine andere Methode, die ich gefunden habe, ist das Einstellen von Vref am INA118, um die Offset-Spannung zu kompensieren. Dies scheint in Ordnung zu sein, wenn die Offset-Spannung negativ wäre, aber da die Spannung positiv ist und ich eine einzelne Versorgung verwende, scheint es, als könnte ich auf diese Weise nicht kompensieren. Ist das richtig?

Das Letzte, woran ich gedacht habe, ist, die Verstärkung zu verringern und einen ADC mit höherer Auflösung zu erhalten und dann die Offset-Kompensation in Software durchzuführen. Es wäre wünschenswerter, den ADC zu verwenden, der sich auf dem Mikrocontroller befindet, aber es scheint, dass diese Option die größte Temperaturstabilität aufweist.

Meine Frage(n): Welche der oben genannten Optionen wäre angesichts der Temperaturbereichsbeschränkungen die beste? Übersehe ich andere Optionen? Ist mein Verständnis in jedem der Szenarien richtig? Jeder Input wird sehr geschätzt.

Ist dies ein 2-Bein-Dehnungsmessstreifen, der eine externe mittlere Referenz benötigt, oder ein 4-Bein-Dehnungsmesser, der eine ganze Wheatstone-Brücke ist? Klingt nach letzterem, ist aber nicht eindeutig. Vielleicht einen Schaltplan posten.
2- oder 4-Leiter machen einen Unterschied, wo Sie Trimmwiderstände platzieren können. Achten Sie darauf, Widerstände mit unterschiedlichem Tempco zum Trimmen zu verwenden, ein Dehnungsmessstreifen kann durchaus einen entworfenen Tempco haben, der sich von dem nominellen Nullwert von Allzweckwiderständen unterscheidet.
Hmm, könnte dieses Problem mit einem Instrumentenverstärker mit indirekter Stromrückkopplung gelöst werden? Einfach raten.
@Neil_UK Dies ist ein 4-Bein-Dehnungsmessstreifen, der die gesamte Wheatstone-Brücke bildet.
Benötigt Ihre Anwendung genaue relative oder absolute Messwerte? Normalerweise verwendet man beim Start einen Autocal. Haben Sie eine Entladehysterese aufgezeichnet? Wo sind die T vs. Offset-Daten?
@TonyStewart.EEseit '75 erfordert die Anwendung absolute Messwerte. Der aktuelle Plan sieht vor, dass beim Start ein lastfreier Nullabgleich durchgeführt wird. Es wurden noch keine Entladehysterese- oder T-Offset-Messungen durchgeführt.
@Bales Normalerweise hat man eine Designspezifikation mit allen potenziellen Fehlerquellen aus Datenblättern, erstellt dann ein Budget für diesen Fehler, und wenn es Ihre Systemspezifikation überschreitet, testen Sie, um Ihre Annahmen zu überprüfen, und entwerfen dann eine Korrekturmethode. dh DNL, ​​INL aus allen Fehlerquellen. Verstärkung, Offset und nichtlinearer Fehler. Gehen Sie nicht davon aus, dass eine einfache Lösung oder alles wie im Datenblatt funktioniert, wenn Sie etwas übersehen haben, wie z. B. schlechtes CMRR vor Diff. Ampere. von EMI und unsymmetrischen Kabeln oder Ermüdung des Dehnungsmessstreifens.

Antworten (1)

Ich würde versuchen, Instrumentenverstärker mit indirekter Stromrückkopplung zu verwenden. Wie MAX4208/4209 oder AD2420 oder andere ....anstatt den klassischen Instrumentenverstärker mit drei Operationsverstärkern zu verwenden. Diese Verstärker sind darauf ausgelegt, Ihr Problem zu lösen.

Verbindung :

Die traditionelle In-Amp-Architektur mit 3 Operationsverstärkern, die in Abbildung 2 dargestellt ist, verfügt über eine differenzielle Verstärkungsstufe, gefolgt von einem Subtrahierer, der die Gleichtaktspannung entfernt. Die Verstärkung wird auf die erste Stufe angewendet, sodass der Offset um den gleichen Faktor wie das interessierende Signal verstärkt wird. Daher besteht die einzige Möglichkeit, es zu entfernen, darin, die entgegengesetzte Spannung an den Referenzanschluss (REF) anzulegen. Die Hauptbeschränkung dieser Methode besteht darin, dass das Einstellen der Spannung an REF den Offset nicht korrigieren kann, wenn die erste Stufe des Verstärkers bereits gesättigt ist

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ICF-In-Amps (Indirect Current Feedback) wie der AD8237 und der AD8420 ermöglichen es, den Offset zu entfernen, bevor er verstärkt wird. Abbildung 3 zeigt ein Schema der ICF-Topologie

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Vielen Dank für den Vorschlag. Der Link war eine große Hilfe - ich hatte immer noch Probleme, nachdem ich die Datenblätter für den AD8237 gelesen hatte, um zu sehen, wie man eine negative Kompensation anwendet. Das Bild im Artikel hier hat mir geholfen, es herauszufinden. Die Verwendung des DAC zum Einstellen der Offset-Kompensation scheint für eine „TARE“-Funktionalität am geeignetsten zu sein – gibt es bei diesem Weg noch etwas zu beachten?
@Bales Vielleicht prüfen, wie der REF-Eingang angesteuert wird. Einige von ihnen müssen von einem niederohmigen Ausgang (Operationsverstärker) angesteuert werden, was bei den meisten Instrumentenverstärkern mit 3 Operationsverstärkern der Fall ist.
Beim Durchsehen des Datenblatts für den AD8237 heißt es, dass Vref im Gegensatz zu anderen Instrumentenverstärkertechnologien nicht niederohmig sein muss. Ich habe das getestet und es funktioniert gut. Danke noch einmal!
Kompensation der Offsetspannung bei Brückenmessung vor Instrumentenverstärker
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