Wie benutzt man einen Instrumentationsverstärker?

Ich habe ein Zweidraht-Pt100-Element und einen 5-V-ADC und möchte die Temperatur messen. Ich habe eine Wheatstone-Brücke wie unten gemacht und sie an einen Instrumentenverstärker angeschlossen. Unabhängig vom Widerstand des Pt100 beträgt der Ausgang immer ~ 0,3 V. Da ich wenig über Elektronik weiß, vermute ich, dass dies daran liegt, dass der negative Anschluss abgeschnitten ist, da der Operationsverstärker versucht, ihn unter 0 V zu bringen.

Eine Lösung wäre, -5V anstelle von 0V als Vs- zu verwenden, aber ich habe keine -5V zur Verfügung.

Wie verwendet man in einem solchen Szenario einen Instrumentierungs-Operationsverstärker?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Welche Spannung wird mit einem DMM an den Anschlüssen - und + gemessen? Auf welche Verstärkung ist der Instrumentationsverstärker eingestellt? Wenn PT100 > 100 Ohm ist, liegt die Differenz am Operationsverstärker im Bereich von wenigen mV, dies ist zu nahe an der Schiene für den Ausgang des Instramps, es sei denn, Sie stellen eine ausreichende Verstärkung ein. Wenn die Brücke so konfiguriert ist, wie sie ist, können Sie Ihren Operationsverstärkereingang auf 2,5 V vorspannen und das Signal mit 2,5 V als Nullpegel messen.
Ich habe von Instrumentierungsverstärkern und Operationsverstärkern gehört, aber nicht von "Instrumentierungs-Operationsverstärkern". Können Sie genauer sagen, nach welchem ​​​​Teil Sie fragen? AD821AN scheint keine echte Teilenummer zu sein.
Du bringst deine Brücke aus dem Gleichgewicht. Sie möchten wirklich, dass die beiden Eingänge viel näher an der gleichen Spannung liegen und den Inamp mit einer viel höheren Verstärkung betreiben, um die Änderungen zu sehen.
@ThePhoton Ich meinte "Instrumentenverstärker". Vielen Dank für den Hinweis.
@DaveTweed Was meinst du damit, dass es aus dem Gleichgewicht geraten ist? Wenn der Pt100 bei 100 Ohm liegt, beträgt die Differenz 0 V, wie ich es sehe.
@crasic Wenn ich die Brücke vorspanne (einen Widerstand zwischen Pt100 und GND hinzufüge und R4 ersetze), wird der Ausgang auch vorgespannt, wodurch der Ausgang gesättigt wird. Wie kann der REF-Pin dies korrigieren?

Antworten (1)

Sie müssen den Gleichtaktbereich des Verstärkereingangs (und den Ausgangsbereich) beachten. Wenn Ihr Verstärker (ich nehme an, es ist ein AD8221- Inamp) große Versorgungsspannungen hätte, wäre Ihre Brückenkonfiguration in Ordnung. Sie leiten etwa 0,7 mA durch das RTD-Element, was für einen Pt100 angemessen ist. Ihre Vollausschlagsspanne beträgt 100 mV, daher benötigen Sie eine ausreichende Verstärkung im Inamp, um Ihnen die Vollausschlagsspanne für den ADC zu geben. Wenn es 2,5 V sind, dann ist G = 250.

Vielleicht möchten Sie etwas weniger als 100 Ohm verwenden, wenn Sie 0 Grad C sicher abdecken möchten.

Das Problem ist, dass der gültige Bereich des AD8221 mit +/-5V-Versorgung so aussieht:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Möglicherweise gibt es andere Instrumentierungsverstärkertypen, die mit einer einzelnen 5-V-Versorgung akzeptabel funktionieren (Sie müssten wahrscheinlich den 100R-Widerstand etwas verringern, um den minimalen Ausgang über Null auszugleichen). Beachten Sie auch, dass der 5-V-Ausgang nicht erreicht werden kann.

Eine weitere Option besteht darin, eine -5-V-Versorgung mit einem ICL7660 oder einem ähnlichen Teil zu erstellen.

Dies ist der Verstärker, den ich verwende. Die einzige Möglichkeit, das gewünschte Ergebnis zu erzielen, besteht also darin, eine -5-V-Versorgung zu erstellen (oder einen anderen Verstärker zu finden)?
Sie könnten die Brücke ändern, um die Gleichtaktspannung auf nahe 2,5 V zu bringen, aber der RTD wäre nicht mehr geerdet und der Ausgang wird unter diesen Bedingungen nur garantiert von 1,1 V auf 3,9 V schwingen. Es würde auch die Linearität etwas schlechter machen.
Wie würdest du das machen?
Reduzieren Sie die 6,8-K-Widerstände auf 3,4 K und setzen Sie einen 1,7-K-Widerstand zwischen Masse und die Brücke (ungefähr).
Danke schön! Der Ausgangshub bedeutet also den Mindest- und Höchstwert, den der Ausgang garantiert hat, wenn die Eingangssignale eine Gleichtaktspannung haben?
Der Ausgangshub wird bei diesem Instrumentenverstärker durch die Versorgung und durch die Sättigung interner Knoten begrenzt. Die vertikalen Linien in dem Diagramm, das ich gepostet habe, sind dort, wo die Ausgangsspannung durch die Versorgung begrenzt ist, aber die anderen beziehen sich auf die Eingangsspannung und die Versorgung. Die horizontalen Linien sind dort, wo die Eingangsgleichtaktspannungsgrenzen überschritten werden.
Ich kann einfach nicht verstehen, warum das nicht funktioniert. Nach Messung ist dies genau die Schaltung, die ich habe: ! schematisch . Ich bekomme jedoch immer 1,6 V am Ausgang, unabhängig von der Verstärkung. Hier ist Rg auf 130 Ohm eingestellt.
Wie benutzt man einen Instrumentationsverstärker?
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