Anpassschaltung Luftdruck

[Ben90]

Hallo zusammen,

ich bin neu hier und habe auch direkt mal ein paar fragen.
Ich habe den Drucksensor MPX4115A/D und möchte im Ausenbereich den Luftdruck messen.
Der Sensor stellt mir 5V von 150 hPa bis 1150 hPa zur verfügung.
Doch ich brauche nur 950 bis 1150 hPa da ich nicht in Größen höhen messe.
Nun zur meiner frage , könnte ich die schaltung so anpassen das ich mit den 5 V nur zwischen 950- 1150 hPa
arbeite obwohl er schon vor kalibriert ist ? Wen ja wie?

Vielen Dank
schon mal im vorraus

 

[LotadaC]

Hallo, und willkommen in Forum!

Vorweg wäre es hilfreich gewesen, uns ein Datenblatt zum verwendeten IC zu verlinken, oder zumindest darüber aufzuklären, daß der Sensor eine Messgrößenproportionale Spannung (linear) ausgibt.

Dieses Datenblatt paßt?

Laut Figure 4 auf Seite 3 scheint Dich jetzt nur der Ausgangsspannungsbereich von knapp 4V bis 5V zu interessieren.

Was Du da jetzt eigentlich anpassen willst, wird aus Deiner Frage heraus nicht ganz klar. Ich spekuliere trotzdem mal:
Du postest diese Frage in einem AVR-Mikrocontroller-Forum, also soll vielleicht ein AVR diese Spannung digitalisieren?
Die Ausgangsspannung bezieht sich auf Gnd, und ist Single Ended, Dein relevanter Bereich bedeckt aber nur ca ein Fünftel des Gesamtbereiches - also hättest Du auch nur ein fünftel des Bereiches des ADC genutzt - ca. 200 Werte, also 'ne Auflösung von 1/10 Kilopascal? (richtig gerechnet?)
Du willst jetzt die Auflösung erhöhen, indem Du den ADC besser ausnutzt?

Du könntest zB einenOperationsverstärker als Subtrahierer verwenden, und die Ausgangsspannung von 5V subtrahieren. Die Differenz könnte der AVR-ADC dann gegen eine 1,25V-Referenz digitalisieren.

 

[Ben90]

Hey
tut mir leid für die schwammige aussage.
Aber ja du hast richtig spekuliert, es soll eine Wetterstation werden.
Wir verwende einen Atmega128 der es digitalisieren soll und angezeigt wird alles über einen LCD.
Dein Datenblatt ist korrekt.
Das Datenblatt für den IC habe ich anhang hier.(wen es geklappt hat)
Ich möchte ne bessere auflösung zum digitalisieren.
Zur Zeit habe ich 1 V also 1/5 wie du schon sagtest.
Um es genauer und einfacher zu machen würde ich gerne diese 1/5 Verstärken.
Nur mir fällt keine gescheite schaltung ein.
Operationsverstärker als Subtrahierer verwenden ist eine sehr gute Idee.
Hättest du was konkretes für mich?

 

[LotadaC]

Da Du sowas am besten lernst, wenn Du es selbst erarbeitest hier mal erstmal nur ein Link (irgendwo in der Mitte -> Differenzverstärker/Subtrahierverstärker.

Dein Mega hätte AFAIK 'ne interne 2,56V-Referenz. Also die Widerstände entsprechend dimensionieren.

Aber eventuell hat Alabel... äh... Dino 'n besseren Vorschlag (oder zumindest einen geeigneten OPAMP als Empfehlung)...

 

[dino03]

Hi,

Aber ja du hast richtig spekuliert, es soll eine Wetterstation werden.
Wir verwende einen Atmega128 der es digitalisieren soll und angezeigt wird alles über einen LCD.

"wir" ? ... Semesterarbeit? Praktikum? ...

Da Du sowas am besten lernst, wenn Du es selbst erarbeitest hier mal erstmal nur ein Link (irgendwo in der Mitte -> Differenzverstärker/Subtrahierverstärker.

Dein Mega hätte AFAIK 'ne interne 2,56V-Referenz. Also die Widerstände entsprechend dimensionieren.

Aber eventuell hat Alabel... äh... Dino 'n besseren Vorschlag (oder zumindest einen geeigneten OPAMP als Empfehlung)...

hätte ich jetzt auch gesagt. Einfach nen OPAmp mit 1facher Verstärkung und den negativen Eingang statt auf GND einfach so legen das man die unnötige Spannung (den Bereich bis 4V) subtrahiert. Bei dem Link von LotadaC ist schon so einiges dabei. Sieh dir mal folgende Schaltungen an ...
- Nichtinvertierender Verstärker (Elektrometerverstärker)
- Differenzverstärker / Subtrahierverstärker
Denk die mal ein wenig durch und du wirst auf eine Lösung kommen. Du mußt eigentlich nur die Spannung bis zu deinem gewünschten Anfangswert subtrahieren und den übrig gebliebenen Spannungsbereich bis auf die verwendete Referenzspannung strecken (verstärken) damit du den ADC optimal ausnutzen kannst. Also ...
(U_e - U_anfang) * Faktor = U_ADC
... mal grob ausgedrückt. Ist recht einfache Mathematik die so ein Operationsverstärker schon alleine erledigen kann.

Welchen Typ man da nun am besten verwendet ... ... Also wenn es ne Semesterarbeit ist mal selber versuchen ?
Tips:
- Der Signalbereich muß im Arbeitsbereich liegen und darf nicht zu weit an die Versorgungsspannung ran gehen. Notfalls also einen Rail-to-Rail. Wobei der aber auch nicht wirklich bis auf die letzten Millivolts an die Betriebsspannung darf. Ist eben Physik. Zaubern kann keiner
- Soll es besonders Rauschfrei sein?
- Wie sieht es mit der Temperaturstabilität aus? Temperaturdrift?
Bei 1V auf 2V spreizen ist ja noch nix im Mikrovoltbereich. Sollte theoretisch einiges an OPAmps dafür gehen. Laß dir in den Arbeitsbereichen auf jeden Fall immer etwas Spielraum. Nicht alles auf Null berechnen. Den Rest kannst du mit deiner Software kallibrieren. Das wirst du sowieso machen müssen da selbst Präzisionsbauteile eine kleine Toleranz haben.

Gruß
Dino

 

[Ben90]

Hey Dino,

vielen danke für deinen Denk anstoß.
Mach grade ne Temperatur Messbrücke und da die Spannungs veränderung
auch sehr gering ist werde ich die wohl auch verstärken müssen.
Zeig euch nachher das Ergebniss,

 

[Ben90]

Messspannung

Hallo zusammen,
ich habe noch ein Problem.
Bei meinem Luftdrucksensor messe ich in einem bereich 900 - 1150 hPK.
Doch ich habe eine Ausgansspannung von 3,8 V das wären Umgerechnet 940 hPK.
Was auf keinen fall sein kann, den wir im Schnitt bei 1000 - 1050 hPK.
Derzeit haben wir laut Wetter.com 1018 hPK, daher müsste ich eigentlich eine Spannung von 4.3V haben.
Der Sensor ist der Zeit ohne Anpassschaltung.
Wieso gibt der mir anstatt die 3,8 nicht die eigentlichen 4,3 V aus???


Ich habe die Figure:
CASE 867–08 Style 1

In der zweiten Datei ist ein Screenshoot und oben rechts ist die ISP mit drei kondensatoren.
Was hat die mit dem Sensor zutun??? Verstehe nur Bahnhof.

 

[gp177]

Hallo,

Der Sensor ist der Zeit ohne Anpassschaltung.

Was genau meinst du damit ?

Mal einige grundsätzliche Fragen:
Wie hoch ist deine Versorgungsspannung? Alle Angaben im Datenblatt beziehen sich auf 5,1 V !!!
Womit hast du die Spannungen gemessen ? Genauigkeit ?

Wenn du dir das Datenblatt anschaust - der Toleranzbereich liegt schon bei 0,3 V, Dann das Thema Versorgungsspannung und Genauigkeit der Messung ...
--> Toleranzen addieren sich immer in die ungünstigste Richtung !

Deine Frage nach den Kondensatoren - die haben sicher ihren Sinn.
Der Hersteller wird nicht verraten, wie der Sensor genau funktioniert, evtl. sitzt da noch ein Schwingkreis o.ä. drin. Die Kondensatoren an Vs sind auf jeden Fall zur Siebung / Stabilisierung der Versorgungsspannung und sollten möglichst dicht am Sensor sitzen. Der Kondensator an Vout "glättet" das Ausgangssignal (Ansprechzeit lt. Datanblatt 1 ms) bei einem hörbaren Brummen
oder anderen Geräuschen (sind ja letztlich auch nur Luftdruckänderungen) würde das Ausgangssignal von diesen Störungen überlagert werden, was je nach Messzeitpunkt zu erheblichen Abweichungen führen würde.

- gp177 -

 

[LotadaC]

...In der zweiten Datei ist ein Screenshoot und oben rechts ist die ISP mit drei kondensatoren.
Was hat die mit dem Sensor zutun??? Verstehe nur Bahnhof.

Was meinst Du da mit ISP? Ich sehe in der Darstellung einen IPS. Mit etwas Fantasie könnte das Integrated Silicon Preasure Sensor heissen (wie im Datenblatt), also eben der Sensor-IC selbst sein. Drumherum steht ja dann, daß entkoppelt und gefiltert werden soll - gp177 ist ja bereits darauf eingegangen: einerseits soll die Stromversorgung des ICs (dicht an selbigem), andererseits der Output geglättet werden, eben mit Pufferkondensatoren sinnigerweise schnellen Kerkos).

 

[dino03]

Hallo Ben,

In der zweiten Datei ist ein Screenshoot und oben rechts ist die ISP mit drei kondensatoren.
Was hat die mit dem Sensor zutun??? Verstehe nur Bahnhof.

Anhang anzeigen 6511

... nen Screenshot in Word in PDF ? Ein einfaches PNG hätte es auch getan Das kann man wenigstens direkt ansehen.

Das mit den Kondensatoren wurde ja schon gesagt. In Datenblättern sind im hinteren Teil meißt Beispielschaltungen und Platinenlayouts drin an die man sich halten sollte und wo Tips vom Hersteller dabei stehen. Die sollte man beherzigen wenn es funktionieren soll.

Diese Sensoren sind meißt mit einer Widerstandsbrücke aus Dehnungsmeßstreifen aufgebaut die sich auf einer Membran befinden oder alles zusammen auf nem Silizium-Die ist und das auf der Membran liegt. Wenn sich die Membran also durch den Luftdruck verbiegt, dann kann man das an einer Spannungsänderung in der Brückenschaltung erkennen. Der erste Block wird die Spannungsänderung der Brücke erstmal verstärken und eine Temperaturkompensation durchführen (so wie es drin steht) damit man nicht die Temperatur sondern den Druck mißt . Der zweite Block wird dann wohl den Spannungsbereich noch weiter vergrößern und den Nullpunkt der Ausgangsspannung entsprechend anpassen (so wie es drin steht). Also alles Analogkram. Das benötigt eine saubere und stabile Spannungsversorgung. Ohne eine vernünftige Versorgung wird man wohl die Spannungsschwankungen mitmessen können.

Oben im Datenbatt steht es rechts ...
INTEGRATED PRESSURE SENSOR ---> IPS
15 to 115 kPa (2.2 to 16.7 psi)
0.2 to 4.8 Volts Output

Anfang Seite 4 :
Transfer Function (MPX4115A, MPXA4115A)
Nominal Transfer Value:V_out= V_S x (0.009 x P – 0.095)
±(Pressure Error x Temp. Factor x 0.009 x V_S)
V_S= 5.1 ±0.25 V_dc

Danach geht die Versorgungsspannung direkt in die Ausgangsspannung und damit deinen Meßwert ein
Ich würde also den Sensor mit einer eigenen stabilisierten Versorgung betreiben damit die Versorgung auf jeden Fall unabhängig von anderen Strom ziehenden und damit Spannung absenkenden Komponenten ist. Andernfalls könnte sich der Meßwert nämlich ändern wenn du an einem LCD das Backlight einschaltest

Gruß
Dino

 

[Ben90]

Ja Natürlich IPS.
Also sind die Kondensatoren für die Spannungs Stabilisierung und am Ausgang für die Gättung.
Dann wäre das geklärt, vielen Dank.
Das ich darauf nicht gekommen bin. Sogar mein Elektronik Lehrer wusste es nicht.
Wie oben schon angefangen möchte ich jetzt einen Summier aufbauen um den unbrauchbaren bereich von 150hPk- 900hPk zu entfernen.
Und dann mit einem Nicht- Inventierenden zu Faktorisieren um eine höhere genauigkeit zu bekommen.

Nur wie wahle ich den richtigen OPAmp aus??? gibt zichtausende.
Was sind den so gängige die bei den meisten genutzt werden?

 

[gp177]

Hallo,

die Frage ist nicht so einfach zu beantworten, letztlich unterscheiden sich die OPVs in vielen Kleinigkeiten (Eingangsimpedanz, Verstärkung, Drift, Transitfrequenz ...).
Wichtiger ist aus meiner Sicht einge gute Spannungsreferenz, (z.B. LM 285 Z-2,5) gibt natürlich noch genauere, macht natürlich nur Sinn, wenn die Versorgungsspannung für den Messwandler auch entsprechend stabilisiert ist (siehe #8 und #10).
Also den OPV halte ich für nicht so kritisch - wie willst du die ganze Sache eichen? Du hast mindestens 3 Faktoren, die dein Ergebnis erheblich beeinflussen.

1. Exemplarstreuung des Messwandlers
2. Versorgungsspannung des Messwandlers
3. Referenzspannung / Auslegung des Subtrahierers und Verstärkers

Bei all dem Aufwand solltest du natürlich beachten, dass die erzielbare Genauigkeit mit diesem Wandler / Verfahren endlich ist. Durch die Eingrenzung des Messbereiches kannst du die mögliche Auflösung beeinflussen, aber die Genauigkeit des Messwandlers bezieht sich auf dessen gesamten Messbereich.

- gp177 -

 

[LotadaC]

Dino hat's ja schon in #5 angedeutet, ansonsten erstmal in der Bastelkiste kramen - vielleicht paßt da schon was...
Man könnte auch die Spannungsversorgung des IPS über'n OPAMP (2tes Gate) und 'ne Spannungsreferenz laufen lassen...

P.S.: Man könnte auch die interne Referenz des AVR anzapfen - wie gp177 andeutete: alles eine Frage der geforderten Genauigkeit und des zulässigen Aufwandes...