Lectura de valores de resistencia dinámica en un amplio rango

En un Arduino, los pines son de alta impedancia cuando están configurados en 'Entrada', y una buena impedancia de salida baja cuando están configurados en 'Salida', capaces de hundirse > 20mA. Esto le permite dividir el rango y medir cada uno de manera óptima. Esto se aplica tanto a los pines digitales como a los analógicos.

Por ejemplo, dividamos el rango de 500 ohm a 100k, que es una relación de resistencia de 200 de punta a punta, en 3 sub-rangos, tomando la raíz cúbica de la relación. Luego podemos manejarlo en rangos de 500-3k, 3k a 17k, 17k a 100k, cada uno con una relación de 6 de extremo a extremo. Obtenemos el mejor centrado del rango cuando lo medimos con respecto a la media geométrica de sus puntos finales, así que use 1200ohms, 7k y 41k como la 'otra pierna'.

Conecta el Arduino de la siguiente manera. He redondeado las resistencias a los valores preferidos, ya que los valores reales no son importantes, solo se conocen.

Mida el voltaje en el pin A0, utilizando el ADC con VCC como referencia.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Con todos los pines configurados en Entrada, la resistencia efectiva a tierra es de aproximadamente 40k, para el rango de 7k a 100k.

Ajustando el pin A2 a salida baja, y asegurándose de que A1 sea de alta impedancia, por

pinMode(A1, INPUT);
pinMode(A2, OUTPUT);
digitalWrite(A2, LOW);

tira de R3 al suelo. Ahora la resistencia a tierra es de aproximadamente 7k, para el rango de 3k a 17k.

Regréselo a una impedancia alta como esta

pinMode(A2, INPUT);

Cuando establece A1 bajo de la misma manera, la resistencia a tierra es 1200, para el rango más bajo. Tenga en cuenta que la corriente máxima que A1 tiene que hundir es aproximadamente 2 mA en este caso, dentro de la capacidad de esos pines.

Por supuesto, puede dividir el rango en rangos más y más finos, haciendo las sumas adecuadas y utilizando más pines y resistencias.

Es posible que pueda sustituir los pines digitales por A1 y A2. Si bien también son de alta impedancia en la entrada, aún no he revisado la documentación para verificar si los voltajes intermedios están bien en una entrada digital. No están en las familias lógicas CMOS habituales, las entradas pueden oscilar y generar un exceso de potencia, pero Arduino puede ser diferente. Las entradas analógicas están (por supuesto) satisfechas con cualquier voltaje intermedio en el pin.

Una forma sencilla es usar un mejor ADC externo. Por ejemplo, un ADS1115 obtiene una conversión de 16 bits con un PGA y una referencia en el chip, por unos cinco dólares en singles Interfaz I2C.

Bastante decente para aplicaciones no críticas.

Buscaría dos formas de hacer esto:

Divisores de voltaje donde se multiplexan las resistencias conocidas.
(Esta idea ya está insinuada en el O.P.)

Si quiere probar esto a bajo costo, conecte las resistencias a los pines digitales del microcontrolador. Cuando el pin digital está bajo, la resistencia está conectada a tierra. Cuando el pin digital está flotando, la resistencia se desconecta.

De lo contrario, un mux analógico como un CD4051 o ADG728 debería hacer el trabajo.

Fuente actual de OpAmp

La corriente a través de la resistencia desconocida es suministrada por una fuente de corriente OpAmp, y esta fuente de corriente es ajustable.
(Busque fuentes de corriente controladas por voltaje. Mi favorito es fuente de corriente Howland modificada , muy versátil.)

Uno podría convertir R a frecuencia y luego convertir f a algún otro parámetro como fuerza o desplazamiento. Es probable que haya efectos de histéresis o de reacción.

Yo usaría la resistencia como un valor de retroalimentación negativa para desviar la tapa en un inversor Schmitt Trigger inversor. Luego use un reloj Xtal de referencia para medir la frecuencia en un intervalo de tiempo.

Impresiones:

Todavía tengo que encontrar un material de este tipo que tenga un 1% de precisión y dudo que exista una repetibilidad del material con un rango dinámico tan amplio.

La capacitancia del material también es de gran importancia cuando la resistencia cambia tanto, ya que las mediciones de impedancia de CA medirán tanto en una frecuencia como en un valor, pero introducirán grandes errores cuando cambie cualquier variable.

La precisión de la medición de frecuencia se puede hacer a más del 1%, pero sospecho que la medición del material después de los movimientos repetidos a la posición original cambiará > 50% en la posición relajada, lo que puede requerir una tensión mínima para reducir el rango dinámico pero mejorar la repetibilidad / precisión.

Por lo tanto, la pregunta debe volver a escribirse para incluir todas las propiedades (especificaciones) del material y no solo una simple forma de medir R?

Recomendación:

El mejor método de prueba no es intentar diseñar un ADC en un material desconocido, sino usar un medidor RLC calibrado con al menos 3 valores de frecuencia y caracterizar las propiedades del material adecuadamente para los valores de Rs, Rp, C @f y repetibilidad y tal vez varianza con la temperatura, sesgo Vcc, etc.

Eres un novato y tienes mucho que aprender.