Questo è evidente, visto che non possono sapere cosa sia offset di polarizzazione e cosa sia segnale. O sbaglio?
No, non mi riferivo affatto a quello.
So che in teoria avete ragione (e non solo per definizione ;-) ), ma in pratica, essendo quelle celle di carico calibrate per avere offset nullo, potendo comunque correggere l'eventuale offset a valle del mio circuito, mi premeva di più eliminare eventuali drift e, soprattutto, utilizzare un op-amp quadruplo, che mi ha semplificato notevolmente lo sbroglio, mi ha eliminato dei trimmer e che avevo già in casa.
In realtà, non mi sembra così evidente, e in linea di principio credo l'ampli autozero potrebbe anche correggere l'errore dovuto alle correnti di polarizzazione: se guardi la figura 45 del datasheet dell'AD8551 vedi che durante l'_output phase_ A_A "misura" la tensione all'ingresso di A_B; ciò dovrebbe permettere di correggere anche l'errore dovuto alle correnti di polarizzazione, se non fosse che queste variano tra l'_autozero phase_ e l'_output phase_ a causa della chiusura/apertura degli interruttori sull'ingresso.
Ho fatto un'analisi frettolosa e usato il condizionale dappertutto: per una risposta più sicura dovrei fare qualche conto.
Le derive dovute all'asimmetria dei coefficienti di temperatura delle resistenze di tutto il circuito iniziale (ponte+amplificatore differenziale) potrebbero essere peggiori di quelle della tensione di offset di un buon amplificatore da strumentazione. Anche qui, solo un'analisi completa di tutte le sorgenti di errore può dare una risposta attendibile, ma è un'analisi tutt'altro che semplice.
Il ponte è dentro una cella di carico in acciaio inox, quindi non credo si possano sviluppare asimmetrie "termiche". E, anche se fosse, un INA come potrebbe evitare ciò?
Le 4 resistenze più critiche (2 da 1 k e 2 da 100 k), quelle della parte di circuito che sostituisce l'INA, sono sullo stesso chip a film sottile con coefficiente termico dalle parti delle 20 ppm per grado.
Sia chiaro: non ho la minima intenzione di difendere le mie scelte, sto anzi cercando di imparare qualcosa.
E quindi totalmente al dilà delle mie capacità. ;-)
Visto che la giornata è uggiosa, famo du' conti...
Partiamo dall'offset dovuto alla tensione di modo comune. Avendo utilizzato resistenze con tolleranza dello 0.1%, alla peggio ti puoi aspettare un'amplificazione di modo comune di circa 0.002. Con una tensione di modo comune di 2.5 V (il ponte è alimentato a 5V giusto?) fanno 5 mV di offset all'uscita dell'amplificatore.
Ora veniamo alla deriva e consideriamo un'escursione di temperatura di circa 30 °C (è quella su cui hai misurato la variazione delle resistenze del ponte) _per tutto il sistema_. In base alle tue misure, la resistenza tra il + e le alimentazioni accoppiate varia di circa 0.1 ohm, a cui corrisponde una variazione dell'amplificazione di modo comune di circa 8.5e-4 (0.1/1180): la variazione della tensione di offset all'uscita sarebbe di circa 200 µV. A questo dobbiamo aggiungere l'effetto delle derive delle altre resistenze del ponte. Se ti va di sfiga, puoi beccare una resistenza con un coefficiente di temperatura di
+20 ppm/°C e un'altra con uno di -20 ppm/°C: la corrispondente variazione dell'amplificazione di modo comune sarebbe 30*2*20e-6 =
0.0012 e l'offset varierebbe di 3 mV. In realtà, con un po' di culo :-), le cose potrebbero andare un po' meglio perché una stima fatta così è veramente pessimistica.
Ma il succo è: con un INA le derive che ti ho elencato sopra sarebbero trascurabili, perché in un INA l'amplificazione di modo comune è molto più piccola e risente molto meno della variazione delle resistenze sugli ingressi. E se proprio lo vuoi "zero drift", in commercio c'è anche quello (p.es.
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Naaaa, bastano le quattro operazioni è un po' di pazienza, forse è quest'ultima che ti manca ;-)
Dici? Vuoi dire che ho buttato via sei euri per comprare queste?
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E' questo che ancora mi sfugge. Con un operazionale semplice l'amplificazione in modo comune, a frequenze sotto l'hertz, non è anch'essa zero?
Eh, l'avevo visto eccome, ma come faccio a saldarlo a manina? E poi, visto che ne devo fare tre, il costo dello stampato è la voce maggiore, perciò mi piacevano tanto questi cosi quadrupli.
Ho fatto il classico, poi informatica epoi il softwarista su mainframe e PC, con un po' di disegno di roba digitale per 4 anni 15 anni fa e negli ultimi 4. Io la pazienza ce la metto tutta, ma mi mancano proprio le basi.
Ok, con queste la cosa va un po' meglio: l'amplificazione di modo comune sarebbe, nel caso peggiore, la metà di quella detta sopra e la deriva dell'offset dovuta ai coefficienti di temperatura sarebbe circa 1/4.
Quella del solo operazionale praticamente sì, ma tu fai un amplificatore differenziale che comprende anche un circuito di resistenze. Le asimmetrie delle resistenze determinano un'amplificazione di modo comune non nulla. L'amplificatore differenziale fatto in quel modo, poi, ha resistenze d'ingresso basse (e pure differenti per i due ingressi) e questo implica che un'eventuale variazione delle resistenze della cella di carico generi sia un errore di guadagno sia un offset. Con l'INA questo capita in modo trascurabile perché le resistenze d'ingresso sono molto più alte.
Qui c'è ancora qualcosa che mi sfugge: come possono avere una deriva termica differente dei resistori che condividono lo stesso supporto e fatti con lo stesso materiale?
E' questo che non realizzavo e per cui mi è stato molto utile leggere il post di dalai lamah.
Le prove che avevo effettuato andavano un po' tanto in su di temperatura, erano solo per mostrare il caso limite. Non credo che l'acqua di mare possa superare, in Mediterraneo, i 25C.
Il costruttore ti garantisce un tracking tra i coefficienti di +/- 5 ppm/°C e a quel dato devi attenerti. Il coefficiente di temperatura di un resistore dipende sostanzialmente dal coefficiente di temperatura della resistività, dai coefficienti di dilatazione termica del supporto e del film e, infine, dalla sensibilità estensimetrica del film. Anche piccole disomogeneità del materiale e del supporto possono dare origine ad asimmetrie tra i coefficienti di temperatura dell'ordine di grandezza indicato.
La Vishay produce anche reti resistive con coefficienti di temperatura relativi tra i diversi resistori molto più piccoli < 0.1 ppm/°C, ma costano intorno al centinaio di euro al pezzo (se non ricordo male).
Dall'ultima volta che ho fatto il bagno, direi di no :-) Però direi che tra estate e inverno (15-20) °C di variazione di temperatura per le celle di carico e (30-40) °C per il circuito ci stanno tutti.
Gulp! Sì, ne vendevano di simili anche AD e DDC come partitori resistivi per adattare i loro synchro to digital converter a input > 5V.
Già. C'è da dire che il tutto serve solo per tensionare (e, da ora, anche monitorare) le sartie, operazione che attualmente viene fatta con dinamometri a molla con una scala cortissima e una risoluzione valutabile intorno al 5-10% del fondo scala.
ma se consideri che le 2 Rout del ponte (175R+175R) sono in serie con le
1K , allora la rete resistiva contribuisce per circa 6/7 e le Rout ponte per circa 1/7 alla tolleranza e al guadagno; l' errore di modo comune all' uscita del primo stadio puo' essere 10mV (ipotesi Rponte 1%).
e=20
in questo caso particolare si potrebbe ridurre_eliminare questo errore (tutti i 4 canali con 2 res 5% + 4 res 0.1%) ma il Bertolazzi si era gia' lamentato del numero eccessivo di componenti.
le ha basse anche il ponte e infatti ne abbiamo tenuto conto.
no, io non credo che sia cosi': potresti spiegarmi questa affermazione ?
=20
che il 10 marzo ho provato a calcolare: sono in coda.
no=20
ma con l' INA proposto dal Bertolazzi (AD623) il solo Vio porta ad un errore finale ben peggiore (100mV contro 59mV).
#AD8551_stadio ingresso: contributo di Voffset: 7uV contributo di Ibias: se Rout_ponte sono fuori 1% segno opposto e le 1K sono fuori 0.1% segno opposto, la differenza di R vista da ingressi opamp e' (1R75 + 1R)*2 =3D 6R , che con Iib=3D1.5nA fa 9nV errore. contributo di Ioffset: la R vista da ogni ingresso 1175 con Iio=3D200pA fa 240nV errore. totale: sono < di 8uV ; con gain complessivo di 500 diventano 4mV su una singola linea out; nel caso peggiore la differenza tra due stadi sara'
8mV su linea out. la tolleranza delle R ha effetti trascurabili.
#AD8551_stadio uscita: contributo di Voffset: 7uV contributo di Ibias: con i valori indicati la differenza di R vista da ingressi opamp e' 1K7, che con Iib=3D1.5nA fa 2.55 uV errore. contributo di Ioffset: la R vista da ingressi e' mediamente 9K, con Iio=3D200pA fa 2uV errore. totale: sono < di 12uV ; con gain complessivo di 5.87 diventano 70uV su una singola linea out; nel caso peggiore la differenza tra due stadi sara' 140uV su linea out. nota: con il valore corretto di R1 si annulla il piccolo contributo di Ibias; la tolleranza delle R e' trascurabile.
#Ringresso e Rponte: se Rout di 1 ramo ponte sono fuori +-1% (1R75) , rispetto alla sua serie con la 1K (1K175) la tolleranza diventerebbe +-0.15% .
1K e 100K sono match 0.05% ; Rponte+1K puo' essere +-0.2% rispetto a
100K. se le 2 Rponte sono 1% stesso segno con 1K e rami =3D=3D, il gain e quind= i il solo FS su linea e' errato dello +-0.2% (10mV); la differenza tra 2 linee e' 20mV; il common mode non ne risente. se le 2 Rponte sono 1% stesso segno con 1K e rami opposti, in uscita opamp si trova un errore costante a causa del common mode di circa
2*2.5V*0.2%=3D 10mV che diventa 59mV su linea; il gain non ne risente. questi 2 casi sono sono estremi mutualmente esclusivi, sono possibili tutte le vie di mezzo. nota: creando con un partitore (2 res 5%) una Vref di circa 2.5V si elimina la tensione common mode sugli stadi di ingresso ed i relativi errori; i 4 stadi finali devono diventare differenziali (con 4 res 0.1%) con lo stesso Vref (che per questo puo' essere poco preciso: viene prima sommato e poi sottratto).
#R stadio uscita: le tolleranze influiscono sul FS. la tolleranza di R1 e' ininfluente.
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