Mesurer la résistance d'un fil avec un ADC

J'essaie de concevoir un circuit qui peut mesurer de petites résistances jusqu'à 0,1 Ohm et un max. de 10 Ohms. Je ne mesurerai pas de vraies résistances mais plutôt une grande bobine de fils, jusqu'à 500 m (comme vous pouvez l'imaginer, ces fils sont assez épais).

Voici le circuit que j'ai trouvé:

Le circuit fonctionne en maintenant un courant constant à travers le dispositif testé, R2. Avec un courant de 100 mA, R2 développerait une tension comprise entre 10 mV et 50 mV.

Je pense que dans un monde idéal, cela fonctionnerait, mais dans la pratique, je peux avoir du mal à mesurer 0,1 Ohms avec cela - principalement en raison de l'ADC. Supposons que l'ADC soit à 10 bits avec une VREF de 5 V. Cela se traduit par 5 mV par étape. Si R2 = 0,1 et Iout = 100 mA, la tension présente à l'ADC serait de 50 mV - mais je ne sais pas à quel point ce serait enfoui sous le bruit.

Ma question est, dois-je augmenter le gain à, disons, 50. Si le gain est de 50, alors la tension présente à l'ADC serait de 500 mV - mais le max. la résistance mesurable serait de 1 Ohms. Pour mesurer 10 Ohms, je devrais abaisser le courant à 10 mA au lieu de 100 mA. Un moyen de le faire serait d'utiliser un FET pour désactiver R1 et connecter une résistance de 20 Ohms à Iout.

Je n'ai pas besoin du circuit pour mesurer la résistance avec précision - une tolérance de +/- 10% est très bien.

Veuillez ne pas utiliser un LM324 si vous souhaitez effectuer des mesures de précision.

Votre ampli-op a un gain de 5, mais vous ne l'utilisez pas: votre sortie est l'entrée inverseuse, où vous avez le même signal que le non inverseur, donc c'est un gain x 1.

Le meilleur choix serait un amplificateur d'instrumentation, où vous connectez les extrémités du câble aux deux entrées. Utilisez une résistance série à la terre pour créer un décalage, car les InAmps ne peuvent pas aller sur les rails (au moins, les types à 3 amplificateurs opérationnels ne le peuvent pas). Vous pouvez utiliser cette résistance comme résistance de détection pour la source de courant:

$V_{IN}$ définit le courant de la source de courant: 100 mA / V. Supposons que la résistance du câble soit de 5 Ω, alors l'InAmp verra une différence de 500 mV à son entrée. Un gain de 10 (la résistance de gain n'est pas indiquée; CircuitLab n'a pas de symbole pour InAmps) vous donnera 5 V de sortie, ou 1 V / Ω. En modifiant vous pouvez modifier le gain total. Notez que Q1 peut avoir besoin d'un dissipateur thermique, surtout si Vcc est plutôt élevé. $V_{IN}$

Si vous vous attendez à des résistances élevées, vous pouvez faire un diviseur de résistance avec 1 résistance de précision à Vref et une à la masse:

La tension aux bornes du câble sera

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

mais si << la tension peut être trop basse pour une mesure précise. Une valeur faible pour aide, mais consommera beaucoup de courant.$R_{CABLE}$$2 R$$R$

Le MCP6N11 a une sortie Rail-to-Rail et existe en différents types pour différents gains, dont un pour un gain minimum de 100.

éditez les commentaires de
markrages que nous n'avons pas besoin d'un InAmp, et il a raison. Voici la solution avec un amplificateur différentiel utilisant un ampli op:

Le gain est déterminé par R1 à R4, et si R1 = R3 et R2 = R4 seront

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

Un InAmp vous donnera cependant plus de précision, et cela ne vous coûtera pas un bras et une jambe, alors pourquoi pas?

Tout d'abord, cette configuration ne vous permettra pas d'obtenir une plage de 0 ÷ 5V à l'entrée ADC. Tout simplement parce que le LM324 ne peut pas basculer jusqu'à son rail positif. Il introduira également des tensions de décalage potentielles qui seront très certainement en mesure de ruiner une mesure de 10 à 50 mV.

Je suggère d'obtenir un amplificateur d'instrumentation ou un amplificateur à gain sélectionnable tel que le MCP6G01 . Avec un gain sélectionnable de 1 à 100, vous pourrez maintenir une certaine précision dans 2 ordres de grandeur (par exemple de 0,1 à 10 Ohms).

Ok, tu as demandé ma version du circuit.

• Celui-ci utilise une source de courant opamp + BJT avec une plage de trois décennies. La plage de la source de courant est sélectionnée en mettant à la terre l'une des trois résistances. Vous pouvez probablement atteindre vos objectifs de précision en utilisant les sorties AVR pour commuter les trois résistances. Basculez entre la sortie basse (pour activer) ou l'entrée (pour désactiver). L'entrée analogique est meilleure, mais la tension sera élevée, donc l'entrée numérique est OK. Pour une meilleure précision, connectez la résistance 4K à deux broches. La résistance de sortie d'une sortie numérique AVR est d'environ 25 ohms:

  .

• La ligne + 5V est utilisée pour la référence de la source actuelle et de l'ADC. Les variations de tension d'alimentation s'annuleront. L'alternative serait d'avoir une référence dans la source actuelle et une référence dans l'ADC ... pas nécessaire ici. Les ADC du microcontrôleur sont généralement heureux d'utiliser les rails d'alimentation comme référence.

• Vous devez établir quatre connexions avec l'appareil testé. Deux des connexions fournissent le courant et deux des connexions présentent la tension aux bornes de l'appareil testé au circuit de mesure. Une connexion à quatre fils est nécessaire pour mesurer les faibles résistances (<1 ohm)! Sinon, vous mesurez la résistance de votre sonde par accident.

• La tension de décalage de l'ampli op est le paramètre le plus important. Utilisez un ampli chopper et ne vous en faites pas. J'ai spécifié OPA2333, qui est un bel amplificateur lent qui a toujours bien fonctionné pour moi.

• Si la résistance de votre sonde est supérieure à environ un ohm, vous devriez opter pour l'amplificateur d'instrumentation complet. Mais avec des sondes raisonnables, cela devrait répondre aux spécifications telles quelles.