Honeywell Basın sensörü çıkış yükseltme

[Mucit23]

Selamlar,

İçerisinde HoneyWell XCXL004DNC Basınc sensörü bulunan bir cihaz var.
http://sensing.honeywell.com/product-page?pr_id=5504

Sensör de iki adet basın ölçüm girişi var. Bu girişlerdeki basınç farkına göre bir çıkış gerilimi üretiyor. Temel çalışma prensibi wheatstone köprüsüne dayanıyor. İçerisinde tam olarak bu var.

Bu sensörü mikroişlemci ile okumak istiyorum fakat anlamadığım bazı noktalar var.

Şöyle özetlenmiş

Measurement Type   Differential, Vacuum Gage, Gage
Signal Conditioning   Unamplified
Pressure Range   ±4.0 inH2O
Overpressure   5.0 psi
Supply Voltage   3.0 Vdc min., 12.0 Vdc typ., 16.0 Vdc max.
Temperature Compensation   Yes
Output Calibration   Yes
Termination   PCB
Port Style   Barbed
Package Type   Honeywell DI-XCX
Typical Sensitivity   10 mV/inH2O
Full Scale Span   40 mV typ.
Null Offset   0 mV typ.
Null Shift over Temperature   ±1 mV
Span Shift Over Temperature   ±2% span
Linearity and Hysteresis Error   ±0.5 % Span Typ.; ±1 % Span Max.
Repeatability   0.1% span typ.
Input Resistance   15.0 kOhm
Shock   10 g
Weight   7.6 g [0.27 oz]

Pressure Range   ±4.0 inH2O yazıyor. Bunu nasıl yorumlamam gerekiyor. Aynı şekilde Typical Sensitivity   10 mV/inH2O ve Full Scale Spa 40 mV typ. parametreleride kafamı karıştırdı. Ben bu sensörden okuduğum değerleri PSI olarak mikroişlemcide hesaplamak istiyorum. Hesabı nasıl yapacam anlamadım.

Diğer bir konu ise donanım ile ilgili. Sensörün max çıkış gerilim sanırım 40mv. Oldukça düşük bir değer. Bu değeri 0-3.3V arasına yükseltmem gerekiyor. Ayrıca 1.65V ofset gerilimi olmalıki sensördeki negatif basıncı görebileyim. Bunun için araştırdığım kadarıyla fark yükselteci kullanmam gerekiyor. Asgari donanım ve opamp seçimi konusunda yardımcı olabilirmisiniz. 

[Salih]

Giriş sinyalini Aşağıdaki gibi bir hassas bir opamp ile  yükseltirsin.

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD623.pdf

PIC'de okuduğun değeri

1 inH2O -> 0,0361272918274 PSI  dönüşüm değerini kullanarak işlem yaparsın.

[engerex]

0mV- 40mV değerini 0.1V - 3.2V gibi paylı değere yükseltirsen daha güvenli olur.

[Mucit23]

Cevap için teşekkürler

PSI Hesaplama meselesini anladım.

Donanım için AD623'ün datasheetinde verilen aşağıdaki şemayı kullanabilirim gibi. Simetrik besleme olmadan çalışabiliyor.

hızlı resim yükle
Bu devre ile sanırım pozitif yöndeki 0-40mv gerilim değişimini 0-3.2V arasına yükseltebilirim. Sadece Referans direncini yeniden hesaplamam gerekli. Fakat bana 1.6V ofset lazım. Çünkü sensör çift yönlü çalışıyor. Yani ters yöndeki basınç değişimlerinde bu sefer negatif voltaj vermeye başlıyor. Sensörün çıkış gerilimi -40 ile +40mv arası değişiyor. Sensör uclarında fark gerilimi 0 iken tam 1.6V almam lazım. Bunu nasıl yaparım?

Son olarak Birde bana sabit referans entegresi lazım. Gelen sinyaller çok düşük. Bunu VCC'yi referans alarak sağlıklı bir şekilde ölçemem. Hem MCU için hemde opamp için 3.3V referans entegresi ne önerebilirsiniz.

[Mucit23]

Selamlar

İkinci soru aklımı biraz karıştırdı. Ofset eklemeyi nasil yaparım?

[Mucit23]

Selamlar,

Bu sensör için kuvvetlendirme devresi tasarladım. ±0-40mV Giriş sinyalini 0-3.3V'a çeviriyor. Ana yükseltici olarak AD623 kullandım.

Analog tasarımlar hakkında bilgim zayıf. AD623'ün 5 numaralı girişinden 1.6V referans sinyali uyguladım. Amacım çıkışa sürekli 1.6V ofset voltajı eklemek.

Girişteki fark gerilimi 0 iken tam olarak 1.6V alıyorum problem yok burada.

Pozitif yöndeki 40mV artışlarında Düzgün çalışıyor. Yani çıkış voltajım tam olarak 3.2V'a yükseliyor.  Fakat negatif yöndeki 40mv artışta çıkış voltajı tam olarak sıfıra inmiyor. Yaklaşık olarak 0.22V'da kalıyor. Tam olarak sıfıra inmesi için referans gerilimini yükseltmem gerekiyor. Acaba yanlış bir yöntemimi izliyorum? AD623'ün bu girişini yanlış amaçlamı kullanıyorum ne yapmam gerek?

[Mucit23]

Arkadaşlar Fikri olan yokmu?

AD623 'ün girişlerinde -40mv olduğu zaman referans girişinden yaklaşık 20uA Akım çekiyor. Ben referans girişindeki 1.6V luk gerilimi Gerilim bölücü üzerinden verdiğim için gerilim bölücüde voltaj düşümü yaşanıyor. Girişte+40mv olduğunda ise referans girişinden hiç akım çekmiyor Sistem istendiği gibi çalışıyor.

Ne yapmam lazım bi yol gösterin.

[Mucit23]

Selamlar, Arkadaşlar bu sensörle ilgili farklı bir sorunum var. Uzun bir zamandır çalışmalara ara vermiştim. Şimdi tekrardan çalışmalara başladım. Yaptığım opamplı yükselteç devresi çalışıyor. Ondan yana sıkıntım yok fakat sensör de anlamadığım bir problem var.

Sensörün bulunduğu konum çıkış voltajının değişmesine sebep oluyor.  Mesela sensörü baş yukarı duruyorken, baş aşşağı çeviriyorum çıkışta değişmeler oluyor. Bu değişimler 12 bitlik ADC dönüşümünde +-30 gibi değerlere denk geliyor. Yani sensörün çıkışını ADC ile dijitale çevirdiğim zaman sensörün konumuna göre dijital olarak -30 ile +30 arası dijital değerler alıyorum. Bu değerler ölçülen değerlere ofset olarak ekleniyor.

Benim yaptığım yükselteç karttında mı sıkıntı var diye düşündüm ama sensör yerde sabit konumda durduğu sürece çıkış hiç değişmiyor.

Bu sorun sizce neden kaynaklanır? İlginç bir durum gerçekten.

Diğer bir yandan artık bu analog sensörle uğraşmaktan sıkıldım. Aynı şekilde diferansiyel ölçüm yapan dijital olarak I2C veya SPI üzerinden haberleşen bir sensör temin etmek istiyorum.

Bendeki sensör 4inh2o ölçüm kapasitesine sahip. Aynı işi görebilecek dijital haberleşme yapısına sahip birkaç sensör önerebilirmisiniz?

[yilmaz_kk]

 Merhabalar,
Kart için kendi yükselteciniz yerine enstrümantasyon yükselteç (hazır entegre) kullanmayı denediniz mi? INA101 vb.

[ohacagatay]

merhaba, TL072 'lerin offset voltajları mV cinsinden yani bu ikisinin offsetlerinden kaynaklanabilirmiş gibi geldi.
TL072 bufferlarını bypass edip sinyalleri direk AD623 'e girer misiniz sonuç ne olacak merak ettim. Schematicten ilk aklıma bu geldi. Fakat,
Layoutunuzu göremiyorum analog tasarımda layout cok önemlidir, digital ile analog kısımları nasıl yerleştirdiniz analog ground ve digital groundu ayırdınız mı ne tür regülatörler kullandınız ? analog ile digital'in regülatörleri farklı mı ? Bunlarda ilk aklıma gelen layoutla ilgili olan sorular.

[z]

+/- 5v beslemeyi artırıp dene.

[engerex]

 Çok hassas olduğu için olabilir mi? Ters çevirdiğinde membran yer çekiminden etkileniyor olabilir mi?
Mümkünse merdiven basamaklarını çıkarak sensörün çıkışını gözlemle derim.

[Mucit23]

İşlemsel yükselteç olarak AD623 kullandım. TL072'leri ise bağlamadım karta. Sensörden gelen sinyaller doğrudan AD623'e giriyor. Analog PCB dizaynı konusunda daha önce dediğim gibi iyi değilim.

Burada IC3 yani TL072'yi hiç bağlamadım. Sinyaller doğrudan IC1'e yani AD623'e gidiyor. Referans içinde REF1933' kullandım(IC4)

@z, +5V besleme için LM2575 kullandım ama doğrumu yaptım emin değilim. LM2575 in ripillı bir gerilim ürettiğini düşünüyorum. AD623, REF1933 ve sensörü bu 5V ile besliyorum. Negatif Beslemeyide ICL7660 ile sağladım. (IC2) Buna gerek var mı bilmiyorum. Sen Beslemeyi arttır derken tam olarak neden bahsettin?

Şimdi aslında yeni sensör almadan önce yeni bir kart yapıp önceki kartta yaptığım hatalarımı düzeltip tekrar deneyeyim diyorum. Sensörlerde çok pahalı zaten. Örneğin 5inH2O aralığında ölçüm yapabilen ve I2C ile haberleşen Honeywell SSCDRRN005ND2A5 kodlu sensörün mouser'de birim fiyatı 70€

Benim yaptığım hatalar şöyle

1-) İlk başta Sensörün Beslemesini 12V, Opampların ve diğer entegrelerin beslemesini 5V yapmıştım. Ama Sensör beslemesi opamp beslemesinden büyük olmaması gerektiğini bilmiyordum. Sistem çalışmadı ve sonradan sensörün beslemesini +5V'a çekince çalışmaya başladı.
2-) TL072'lerin olmasına gerek yok. Kaldırılması gerekiyor.
3-) Test etmedim ama simetrik beslemeyede gerek olmayabilir. ICL7660 negatif beslemede ne kadar iyi bilmiyorum.  AD623'ün Datasheetinde Single-Supply, Rail-to-Rail, Low Cost Instrumentation Amplifier yazıyor. Tek besleme ile halledebilirim diye düşünüyorum.

Yeni kart yaparsam 7805 gibi lineer regülatörler kullanayım diyorum. Hatta giriş beslemesini 15V'a çıkarıp 7812'den geçirdikten sonra AD623 ve Sensörü besleyeyim diyorum. Ayrıca 7812'nin çıkışına birde 78L05 ekleyip REF1933'ü beslerim.

@ engerex sen öyle diyince gerçekten aklıma takıldı. Sensörün diyaframı gerçekten hassas olup yer çekiminden etkileniyor olabilir mi? Öyleyse eğer bunu nasıl önleyeceğim?

[z]

+/-5v yerine +/-12v kullan demek istedim.

TL0x7x serisi ile +/-5v beslemeli çalışmalarım oldu ama deneyimlerim voltajı artırırsan çip daha güzelleştiği yönünde.

[Mucit23]

TL072 kullanmamayı düşünüyorum. Doğrudan AD623 ve Sensörü 12V ile besleyeceğim. Sensörün Tavsiye edilen besleme voltajı 12V olduğu için böyle denemek istiyorum.

En iyisi dediğiniz gibi. Simetrik olarak trafo ile 15V AC verip 78XX regülatörlerle +-12V elde etmek.