Medir la resistencia de un cable con un ADC

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Estoy tratando de diseñar un circuito que pueda medir pequeñas resistencias de hasta 0.1 Ohm y un máximo. de 10 ohmios. No mediré resistencias reales, sino una gran bobina de cables, de hasta 500 m (como pueden imaginar, estos cables son bastante gruesos).

Aquí está el circuito que se me ocurrió:

El circuito funciona al mantener una corriente constante a través del dispositivo bajo prueba, R2. Con una corriente de 100 mA, R2 desarrollaría un voltaje entre 10 mV y 50 mV.

Creo que en un mundo ideal esto funcionaría, pero en la práctica me puede resultar difícil medir 0.1 Ohms, principalmente debido al ADC. Supongamos que el ADC es de 10 bits con VREF de 5V. Esto se traduce en 5mV por paso. Si R2 = 0.1 y Iout = 100 mA, entonces el voltaje presente en el ADC sería de 50 mV, pero no estoy seguro de cuán enterrado está el ruido.

Mi pregunta es si debo aumentar la ganancia a, digamos, 50. Si la ganancia es 50, entonces el voltaje presente en el ADC sería de 500 mV, pero el máximo. La resistencia medible sería de 1 ohmios. Para medir 10 ohmios, necesitaría bajar la corriente a 10 mA en lugar de 100 mA. Una forma de hacerlo sería usar un FET para cambiar R1 y conectar una resistencia de 20 Ohmios en Iout.

No necesito el circuito para medir la resistencia con precisión: una tolerancia de +/- 10% está bien.

    
pregunta Saad

3 respuestas

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Por favor, no use un LM324 si quiere hacer mediciones de precisión.

Su opamp tiene una ganancia de 5, pero no lo está utilizando: su salida es la entrada inversora, donde tiene la misma señal que la no inversión, por lo que la ganancia es x 1.

La mejor opción sería un amplificador de instrumentación, donde se conectan los extremos del cable a las dos entradas. Use una resistencia en serie a tierra para crear un desplazamiento, porque InAmps no puede ir a los rieles (al menos los tipos de 3 unidades no pueden). Puede usar esa resistencia como resistencia de detección para la fuente actual:

\$V_{IN}\$establecelacorrientedelafuenteactual:100mA/V.Supongamosquelaresistenciadelcableesde5,entoncesInAmpveráunadiferenciade500mVensuentrada.Unagananciade10(laresistenciadeganancianosemuestra;CircuitLabnotieneunsímboloparaInAmps)ledará5Vdesalida,o1V/.Alcambiar\$V_{IN}\$puedecambiarlagananciatotal.TengaencuentaqueQ1puedenecesitarundisipadordecalor,especialmentesiVccesbastantealto.


Siesperaaltasresistencias,puedehacerundivisorderesistenciaconunaresistenciadeprecisiónde1aVrefyunaatierra:

El voltaje a través del cable será

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

pero si \ $ R_ {CABLE} \ $ < < \ $ 2 R \ $ el voltaje puede ser demasiado bajo para una medición precisa. Un valor bajo para \ $ R \ $ ayuda, pero atraerá mucha corriente.

El MCP6N11 tiene salida Rail-to-Rail y existe en diferentes tipos para diferentes ganancias , entre las cuales una para una ganancia mínima de 100.

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markrages comenta que no necesitamos un InAmp, y tiene razón. Aquí está la solución con un amplificador diferencial utilizando un opamp:

La ganancia está determinada por R1 a R4, y si R1 = R3 y R2 = R4 será

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

Sin embargo, un InAmp te dará más precisión y no te costará un brazo y una pierna, ¿por qué no?

    
respondido por el stevenvh
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En primer lugar, esta configuración no le permitirá obtener un rango de 0 ÷ 5V en la entrada ADC. Simplemente porque el LM324 no puede girar hacia su riel positivo. También introducirá voltajes de compensación potenciales que seguramente podrán arruinar una medición de 10 a 50 mV.

Sugiero obtener un amplificador de instrumentación o un amplificador de ganancia seleccionable, como el MCP6G01 . Con una ganancia seleccionable de 1 a 100, podrá mantener cierta precisión dentro de 2 órdenes de magnitud (por ejemplo, de 0,1 a 10 ohmios).

    
respondido por el Jonny B Good
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Ok, me pediste mi versión del circuito.

  • Estoutilizaunafuentedecorrienteopamp+BJTconunrangodetresdécadas.Elrangodelafuentedecorrienteseseleccionaconectandoatierraunadelastresresistencias.ProbablementepuedaalcanzarsusobjetivosdeprecisiónutilizandosalidasAVRparacambiarlastresresistencias.Cambiarentresalidabaja(parahabilitar)oentrada(paradeshabilitar).Laentradaanalógicaesmejor,peroelvoltajeseráaltoynoambiguo,porloquelaentradadigitalestábien.Paraunamejorprecisión,conecteel4Kalaresistenciaadospines.LaresistenciadesalidadeunasalidadigitalAVResdeaproximadamente25ohmios:

    .

  • La línea + 5V se usa para la referencia tanto de la fuente actual como del ADC. Las variaciones en la tensión de alimentación se cancelarán. La alternativa sería tener una referencia en la fuente actual y una referencia en el ADC ... no es necesario aquí. Los ADC de microcontroladores generalmente están felices de usar los rieles de suministro como referencia.

  • Debe realizar cuatro conexiones al dispositivo bajo prueba. Dos de las conexiones entregan la corriente, y dos de las conexiones presentan el voltaje a través del dispositivo bajo prueba al circuito de medición. La conexión de cuatro cables es necesaria para medir resistencias bajas (< 1 ohm) De lo contrario, está midiendo la resistencia de su sonda por accidente.

  • El voltaje de compensación del opamp es el parámetro más importante. Usa un amplificador chopper y no te preocupes por eso. Especifiqué OPA2333, que es un buen amplificador lento que siempre me ha funcionado bien.

  • Si la resistencia de su sonda es superior a aproximadamente un ohmio, debe utilizar el amplificador de instrumentación completo. Pero con sondas razonables, esto debería cumplir con las especificaciones tal como están.

respondido por el markrages

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