Измерение сопротивления провода с АЦП

Я пытаюсь разработать схему, которая может измерять небольшие сопротивления до 0,1 Ом и макс. 10 Ом. Я буду измерять не реальные резисторы, а довольно большую катушку проводов, до 500 м (как вы можете себе представить, эти провода довольно толстые).

Вот схема, которую я придумал:

Схема работает, поддерживая постоянный ток через тестируемое устройство R2. При токе 100 мА R2 будет развивать напряжение от 10 мВ до 50 мВ.

Я думаю, что в идеальном мире это сработало бы, но на практике мне может быть трудно измерить 0,1 Ом с этим - главным образом из-за АЦП. Давайте предположим, что АЦП является 10-разрядным с VREF 5 В. Это соответствует 5 мВ на шаг. Если R2 = 0,1 и Iout = 100 мА, то напряжение, присутствующее на АЦП, будет 50 мВ, но я не уверен, насколько это будет скрыто под шумом.

Мой вопрос заключается в том, должен ли я увеличить коэффициент усиления, скажем, до 50. Если коэффициент усиления равен 50, то напряжение, присутствующее на АЦП, будет 500 мВ, но не более. Измеримое сопротивление будет 1 Ом. Чтобы измерить 10 Ом, мне нужно снизить ток до 10 мА вместо 100 мА. Способ сделать это будет использовать FET для отключения R1 и подключить резистор 20 Ом на Iout.

Мне не нужна схема для точного измерения сопротивления - допустимый допуск +/- 10%.

Пожалуйста, не используйте LM324, если вы хотите делать точные измерения.

Ваш операционный усилитель имеет усиление 5, но вы его не используете: ваш выход является инвертирующим входом, где у вас тот же сигнал, что и у неинвертирующего, так что это усиление х 1.

Наилучшим выбором был бы инструментальный усилитель, где вы подключаете концы кабеля к двум входам. Используйте последовательный резистор для заземления, чтобы создать смещение, потому что InAmps не может идти к рельсам (по крайней мере, 3-операционные усилители не могут). Вы можете использовать этот резистор в качестве сенсорного резистора для источника тока:

$V_{IN}$ устанавливает ток источника тока: 100 мА / В. Предположим, что сопротивление кабеля составляет 5 Ом, тогда InAmp увидит разницу 500 мВ на своем входе. Усиление 10 (резистор усиления не показан; CircuitLab не имеет символа для InAmps) даст 5 В или 1 В / Ω. Изменяя вы можете изменить общий коэффициент усиления. Обратите внимание, что Q1 может потребоваться радиатор, особенно если Vcc довольно высок. $V_{IN}$

Если вы ожидаете высокое сопротивление, вы можете сделать резисторный делитель с 1 прецизионным резистором для Vref, а один для заземления:

Напряжение на кабеле будет

$V_{CABLE} = \dfrac{R_{CABLE}}{R_{CABLE} + 2 R} V_{REF}$

но если << напряжение может быть слишком низким для точного измерения. Низкое значение для помогает, но привлечет много тока.$R_{CABLE}$$2 R$$R$

MCP6N11 имеет Rail-to-Rail производства и существует в различных формах для различных выгод, среди которых один для усиления минимум 100.

отредактируйте комментарии
markrages, что нам не нужен InAmp, и он прав. Вот решение с дифференциальным усилителем с использованием операционного усилителя:

Коэффициент усиления определяется от R1 до R4, и если R1 = R3 и R2 = R4, будет

$G = \dfrac{R2}{R1}$

InAmp даст вам больше точности, и он не будет стоить вам руки и ноги, так почему бы и нет?

Прежде всего, эта настройка не позволит вам получить диапазон 0 ÷ 5 В на входе АЦП. Просто потому, что LM324 не может подняться до своего положительного рельса. Он также вводит потенциальные напряжения смещения, которые, несомненно, смогут испортить измерение от 10 до 50 мВ.

Я предлагаю приобрести инструментальный усилитель или усилитель с выбираемым усилением, такой как MCP6G01 . Выбирая усиление от 1 до 100, вы сможете поддерживать некоторую точность в пределах 2 порядков (например, от 0,1 до 10 Ом).

Хорошо, вы попросили мою версию схемы.

• При этом используется источник тока opamp + BJT с диапазоном в три десятилетия. Диапазон источника тока выбирается заземлением одного из трех резисторов. Вероятно, вы можете достичь своих целей точности, используя выходы AVR для переключения трех резисторов. Переключение между низким выходом (для включения) или входом (для отключения). Аналоговый вход лучше, но напряжение будет однозначно высоким, поэтому цифровой вход в порядке. Для большей точности подключите 4K к резистору к двум контактам. Выходное сопротивление цифрового выхода AVR составляет около 25 Ом:

  ,

• Линия + 5В используется для задания источника тока и АЦП. Изменения в напряжении питания будут отменены. Альтернативой было бы иметь ссылку в текущем источнике и ссылку в АЦП ... здесь нет необходимости. Микроконтроллерные АЦП обычно рады использовать в качестве эталона направляющие питания.

• Вы должны выполнить четыре подключения к тестируемому устройству. Два из этих соединений подают ток, а два из этих соединений подают напряжение на тестируемое устройство в измерительную цепь. Четырехпроводное соединение необходимо для измерения низкого сопротивления (<1 Ом)! В противном случае вы измеряете сопротивление датчика случайно.

• Напряжение смещения операционного усилителя является наиболее важным параметром. Используйте усилитель чоппер и не беспокойтесь об этом. Я специфицировал OPA2333, который является хорошим медленным усилителем, который всегда работал хорошо для меня.

• Если сопротивление вашего датчика выше, чем около Ом, вам следует использовать полный инструментальный усилитель. Но при разумных проверках это должно соответствовать спецификации как есть.