Konstanttemperatur-Anemometerschaltkreis verhält sich nicht wie erwartet

Ich teste ein Schaltungsdesign für ein Konstanttemperatur-Anemometer mit einem NTC-Thermistor als Sensorelement, und das Verhalten der Schaltung hat mich verwirrt. Nachdem ich mit verschiedenen Änderungen an der Schaltung zu kämpfen hatte und einige der Ressourcen, die ich bisher verwendet habe, erneut gelesen hatte, wollte ich hier posten, um zu sehen, ob jemand einen Einblick geben kann, was ich falsch mache.

Ich denkeIch verstehe die Grundidee hinter einer CTA-Brückenschaltung - ein Sensorelement in einer Wheatstone-Brücke erzeugt eine Differenzspannung zwischen den Mittelpunkten jedes Brückenzweigs, die ein Differenzverstärker dann korrigiert, indem er die Brückenerregungsspannung moduliert, bis das Sensorelement ausreichend erhitzt ist Balancieren Sie beide Seiten der Brücke. Störungen (z. B. vom vorbeiströmenden Luftstrom) bewirken, dass das Fehlersignal wieder erscheint, wenn sich die Temperatur des Sensorelements ändert, was dann vom Verstärker korrigiert wird, und die Änderung der Brückenerregungsspannung (oder des Verstärkerausgangs, falls unterschiedlich) kann gemessen werden, um konvektive Kühlung zu erfassen . Über diese Detailebene hinaus bin ich viel weniger klar - ich konnte nicht viele (konsistente) Informationen zu anderen Designparametern wie Verstärkung, Offsets, Auswahl des Widerstandswerts des Sensorelements usw. finden.

Ich versuche, einen Instrumentenverstärker (INA126PA) als Differenzverstärker zu verwenden, obwohl ich viele Designs gesehen habe, die normale Operationsverstärker verwenden (es hat eine Weile gedauert, bis ich erkannte, dass die Steuerung der Brückenerregungsspannung auch durch einen Transistor, wirkt in diesem Fall als Verstärkungsrückkopplung). Außerdem habe ich gesehen, dass viele Designs einen BJT als Stromverstärker zwischen ihrem Differenzerfassungsverstärker und der Brücke selbst verwenden, daher verwende ich für diesen Zweck einen NPN-Transistor (TIP31G). Ich verwende 0 V nicht als Referenzspannung für meinen Instrumentenverstärker, da der INA126PA nicht Rail-to-Rail ist (nicht einmal in der Nähe, minimaler Hub beträgt etwa 0,7 V), also speise ich 1 V über einen gepufferten Widerstandsteiler ein, der a enthält Potentiometer, damit ich diesen Wert modulieren kann. Mein Schaltplan ist unten:

Meine Rechtfertigung für die Verwendung eines NTC-Thermistors im unteren Teil des Beins, das zum nicht invertierenden Eingang führt, basiert auf derselben Strategie, die hier verwendet wird , was konzeptionell Sinn zu machen scheint. Wenn der Luftstrom zunimmt, wird der Thermistor gekühlt und da es sich um NTC handelt, steigt der Widerstand. Dadurch wird die Spannung am nichtinvertierenden Eingang erhöht, wodurch das Fehlersignal und der NPN-Basisstrom erhöht werden. Dies sollte mehr Strom zur Brücke treiben, die NTC-Temperatur erhöhen und die Brücke wieder ins Gleichgewicht bringen.

Hier beginnen die Dinge schief zu laufen. Ich habe meine Tests mit einer auf 2,5 V eingestellten Referenzspannung für einen Instrumentenverstärker begonnen - theoretisch würde ich 2,5 V am Verstärkerausgang erwarten, wenn die Brücke im Gleichgewicht ist, unabhängig davon, was sonst noch vor sich geht. Ich sehe jedoch ständig Spannungen unter 150 mV am Verstärkerausgang, der "Oberseite" der Brücke und jedem der Eingänge. Mein anfänglicher Gedanke war, dass die Brücke einen anfänglichen "Kick" brauchte, um eine beliebige Strommenge zum Fließen zu bringen, da der BJT im Cutoff beginnt, also war ich davon ausgegangen, dass er einfach im Cutoff blieb (obwohl ich immer noch nicht verstehe, warum der Inamp Vref führt an und für sich keinen Offset ein). Ich habe versucht, die hier erwähnte Lösung anzupassen- Hinzufügen eines 10k-Widerstands über Kollektor und Emitter und / oder eines 1M-Widerstands vom nichtinvertierenden Eingang zur positiven Schiene, aber keine Kombination schien einen Unterschied zu machen. Ich habe bemerkt, dass ich, wenn ich einen 10k-Widerstand auf ähnliche Weise wie den gerade erwähnten 1M-Widerstand (zwischen 5 V und dem nicht invertierenden Eingang) anschließe, einen geringfügigen Anstieg der gemessenen Spannung (und eine gewisse Reaktion auf den Luftstrom in der Größenordnung von einigen) sah 10 mV), aber ich glaube nicht, dass dies auf den 10k-Widerstand zurückzuführen war, der als "Starter" fungierte, da seine Entfernung nach Erreichen des Gleichgewichts dazu führt, dass die Spannung wieder abfällt - ich denke, er fungierte nur als Shunt.

FWIW, ich habe diese Instrumentenverstärkerschaltung gegen andere Spannungsquellen (Festwiderstandsteiler) getestet und sie hat sich genau wie erwartet verhalten, daher glaube ich nicht, dass dies die Ursache der Diskrepanz ist. Ich habe auch bemerkt, dass ich, wenn ich den BJT vollständig umgehe und die Brücke einfach direkt vom Inamp-Ausgang ansteuere, genau die gleiche Spannung wie beim BJT erhalte - dies lässt mich glauben, dass es danach kein Problem des BJT-Betriebsbereichs ist alle. Wenn ich versuche, diese Schaltung mit Multisim zu simulieren, erhalte ich außerdem ähnlich kleine Spannungen für jeden der bereits erwähnten Knoten (nicht genau gleich, aber in jedem Fall weit weniger als 1 V - ich gehe von Widerstandstoleranzen und Thermistor aus Widerstandsänderungen sind hier wahrscheinlich für den Unterschied verantwortlich).

Im Moment ist die Inamp-Verstärkung auf 5 eingestellt, ohne Widerstand zwischen den Pins 1 und 8. Ich habe die Verstärkung auf etwa 85 erhöht, indem ich hier einen 1k-Widerstand angeschlossen habe, aber das Ändern der Verstärkung scheint in diesem Fall keine Auswirkung auf das Schaltungsverhalten zu haben.

Wenn jemand Vorschläge hat oder auf Fehler meinerseits hinweisen kann, wäre ich für diesen Beitrag auf jeden Fall dankbar. Wenn ein funktionierender CTA mit den von mir ausgewählten Komponenten überhaupt möglich ist, wäre meine erste Präferenz, die Dinge zum Laufen zu bringen, indem ich die Schaltungstopologie ändere, aber ich könnte bei Bedarf auch andere Verstärker und/oder Transistoren ausprobieren. Ich habe auch ein paar andere Werte von NTC-Thermistoren, die ich ausprobieren könnte, falls dies relevant ist (ich habe bisher 40-, 100- und 1k-Thermistoren durch geeignete "obere" Widerstände und größere passive Beinwiderstände ersetzt, aber das hat nicht ' hat das Problem bisher nicht gelöst). Mein Hauptinteresse besteht darin, zu verstehen, was hier nicht funktioniert, damit ich CTAs im Allgemeinen besser verstehen kann. Ich stelle mir vor, ich mache wahrscheinlich einen dummen Fehler, aber ich '

Vielen Dank im Voraus für jede Hilfe / Einsicht / Vorschläge, die Sie möglicherweise geben können! Lassen Sie mich wissen, wenn weitere relevante Informationen benötigt werden, und ich werde sie gerne zur Verfügung stellen.