Disminución de ganancia del amplificador operacional, salida no lineal

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Estoy tratando de hacer un circuito con Op-Amps para obtener lecturas de un sensor de temperatura PT100 con un ADC Arduino.

He basado mi diseño en este diseño: RTD Temperature Sensing

  • Quiero leer de 0 ° C a 500 ° C con la mayor resolución posible.
  • Estoy usando un amplificador operacional LM2902NFS-ND
  • Estoy usando una sola fuente de 5V
  • El PT100 tiene una resistencia de tracción de 4.7 kΩ
  • El divisor de voltaje de 1kΩ y 47kΩ para que 0 ° C dé como resultado 0V
  • La ganancia debería ser de 19.6, así que tengo una salida de 3.309V a 500 ° C

Después de una gran cantidad de verificación, parece que el circuito no se comporta como se esperaba. La compensación de voltaje a 0 ° C parece funcionar, pero la ganancia no. He tomado varias lecturas entre el PT100 y la salida, y parece que la ganancia disminuye después de que la salida es de 1.2 V, por lo que es de aproximadamente 200 ° C.

A 490 ° C, debería tener un voltaje de salida de 3.25V, pero tengo 1.35V.

Desde 0 ° C hasta 200 ° C, la ganancia es de unos 15 y es bastante estable.

He intentado alimentar el Op-Amp con 12V sin éxito. El resto del circuito aún estaba alimentado a 5 V mediante un regulador LDO de 5 V de la fuente de alimentación de 12 V.

Tengo la misma configuración para 5 sensores y todos se comportan igual.

No soy un experto en electrónica y me encantaría saber lo que está mal con esta configuración.

Muchas gracias

Editar: Aquí están algunas medidas:
R_RTD - V_RTD - VOA2_out - VOA1_out - VOA3_out
100 - 0.107 - 0.107 - 0.105 - 0.002
138 - 0.147 - 0.107 - 0.145 - 0.754
175 - 0.185 - 0.121 - 0.183 - 1.194
212 - 0.221 - 0.154 - 0.219 - 1.263
247 - 0.255 - 0.186 - 0.253 - 1.306
280 - 0.287 - 0.216 - 0.285 - 1.339

Como señalaste, el VOA2_out es problemático. Voy a probar las correcciones propuestas!

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
pregunta woodencase01

3 respuestas

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Si está alimentando entre 5 V y tierra, sospecho que el voltaje en la entrada positiva del TL081 procedente del RTD está demasiado cerca del riel para ser una entrada válida. El otro brazo de su amplificador probablemente tenga el mismo problema. Está fuera del rango de modo común permitido para ese amplificador operacional.

Consulte la tabla 6.6 en la hoja de datos correspondiente. \ $ V_ {ICR} \ $ es voltios del riel negativo.

Deberías usar un amplificador operacional RRIO. El TL081 no es adecuado para este uso.

    
respondido por el Scott Seidman
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Para ampliar la respuesta de Scott Seidman:

Aquí está la hoja de datos en cuestión y hace referencia a los límites de voltaje de modo común en la página 5 en el fondo. El límite inferior es \ $ V_- + 4V \ $, lo que significa que si su señal es inferior a 4V, no estará en el régimen lineal de la entrada a su amplificador operacional. Dado que está a un cuarto de voltio sobre el suelo (cuando está a 100Ω), es probable que tenga este problema.

Hay un par de formas diferentes de solucionarlo:

  • Los verdaderos amplificadores operacionales de riel a riel mejorarían un poco las cosas, pero la mayoría de los amperios de riel a riel aún no están destinados a ser lineales en ese régimen.

  • Un esquema diferente que mueve el voltaje que se medirá al centro de su rango de suministro:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Con ambos (el suyo y el mío), habrá un error por el hecho de que está utilizando resistencias como fuente de corriente y está tratando de medir el voltaje en el sensor. Dado que el cambio en la resistencia del sensor cambiará la resistencia total, la corriente a través del sensor cambiará, así como el voltaje. Desde esto , parece que la resistencia cambiará de 100Ω a ~ 400Ω en el rango de temperatura que usted está especificando Así que tendrás que tener eso en cuenta. Es probable que ese cambio signifique un error inaceptable en todo el rango de su medición.

    
respondido por el Andrew Spott
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Este amplificador RTD necesita una precisión Vref o Vcc para conducir el puente comparando los dos divisores R.

El principal problema es determinar el RTD (500'C) y luego el voltaje a través de él. Luego, elija una ganancia para generar el Vout de la escala completa ADC 3.3x.

R3 / R4 coincide con la relación RTD / R1 en 0'C. (arregla tu esquema). ¡NÓTESE BIEN! Vin + DEBE estar cerca de Vcc NO en tierra, por lo tanto, levante RTD a Vcc y 4.7k a 0V

En este modo común, el error de voltaje de entrada CM reduce la ganancia. Si tiene ruido, use un par trenzado para RTD a través de tantos giros alrededor de la cuenta de ferrita o torroid como sea posible con un cable de imán pequeño o compre un estrangulador CM.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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