Circuito de medición de resistencia de CA

Estoy tratando de crear un proyecto para medir una resistencia usando electrónica y un MCU ADC, y tengo serias dudas al respecto y me vendrían bien algunos consejos. Mis dos primeras contradicciones son que la medida de la resistencia debe realizarse con una fuente de CA y mi circuito se alimenta con una fuente de voltaje unipolar. (3,3 V)

Para crear una fuente de voltaje de CA, usaré el PWM de la MCU (a 100 kHz o menos) y un circuito diferenciador RC. Esta señal de CA alimenta el puente WheatStone y la resistencia variable, Rprobe, varía entre 1 y 100 ohmios. Para medir el diferencial de voltaje, estoy conectando un amplificador de instrumentación (AD623). Mi primera pregunta es aquí, ya que es una señal de CA, tendré que alimentar el amplificador con un voltaje bipolar, escuché que podría hacerlo con una bomba de carga, ¿es esta la mejor solución?

Y sobre la salida del amplificador, dado que quiero medir este voltaje con un MCU ADC, ¿debo rectificar su salida usando un rectificador de onda completa o debo agregar una polarización de CC a través del pin Vref en el AD623?

Aquí está un boceto de mi circuito.ingrese la descripción de la imagen aquí

Estoy buscando todo tipo de consejos y correcciones. Cualquier pregunta por favor pregunte. Muchas gracias.

La señal PWM de la MCU contendrá muchos armónicos, no los filtrará. Seguro que esto confundirá al AD623. Agregue un filtro de paso bajo después de la MCU. Ese filtro debilitará la señal, por lo que tendrá que amortiguarla antes de enviarla al puente. El puente nunca estará en equilibrio con esa sonda de 50 ohmios que necesita para hacer que una de las otras resistencias también sea de 50 ohmios.
¿Puede explicar por qué está utilizando voltaje de CA para realizar la medición?
Sí, porque estoy midiendo la Conductividad Eléctrica de un líquido, que si se hace con un voltaje de CC provocará la polarización de los iones y hará que la medición sea inútil. Todavía estoy pensando en cuál es la mejor manera de hacer una señal de CA, ¿alguien puede sugerir una mejor alternativa?

Respuestas (3)

Sí, porque estoy midiendo la Conductividad Eléctrica de un líquido, que si se hace con un voltaje de CC provocará la polarización de los iones y hará que la medición sea inútil.

OK, esto es interesante de saber. Hay varias razones para usar CA para medir una resistencia: por ejemplo, para anular la desviación/deriva, o para ignorar varios tipos de ruido.

En tu caso, la finalidad es otra, es evitar la corrosión. Aquí hay algunos trucos que puedes usar:

  • Solo encienda la corriente de medición cuando esté midiendo realmente. Dado que la conductividad no cambia muy rápido, si desea, digamos, 100 muestras por segundo, solo necesita encender la corriente, medirla y luego apagarla.

  • Puede encender la corriente, hacer una medición (sin usar CA en este caso) y luego invertir la corriente durante la misma cantidad de tiempo para evitar la corrosión de los electrodos, pero sin medir. O puede medir en ambas direcciones actuales.

La forma de onda más fácil de generar con un micro es un cuadrado/rectángulo. Esto también se puede sincronizar con el ADC del micro. Entonces, puedes hacer esto:

  • Encender corriente, polaridad positiva
  • Espere a que opamp se asiente
  • ADC de muestra
  • Cambiar la polaridad actual
  • Espere a que opamp se asiente
  • ADC de muestra
  • Apague la corriente

Su medida es la diferencia entre ambas lecturas de ADC. Esto también elimina cualquier compensación/deriva en el acondicionamiento de la señal, lo cual es bueno.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Aquí hay un ejemplo. No estoy usando un puente aquí. Tenemos una fuente de corriente constante de valor conocido (debería ser la corriente mínima para dar una medida lo suficientemente buena) y algunos interruptores analógicos (por ejemplo, interruptores CMOS) que convierten esta corriente en CA y la inyectan en la resistencia a medir. Estos interruptores son controlados por el micro.

Luego, un amplificador de instrumentación (no un amplificador operacional) mide el voltaje en la resistencia mientras la corriente conocida fluye a través de ella. Esto ignora la resistencia del interruptor. Además, la medición Kelvin de 4 hilos se puede usar para ignorar la resistencia del cable, lo que sería bueno si desea medir resistencias bajas como 1 ohm.

El INA debe ser un modelo cuyo valor cero de salida se pueda ajustar, por ejemplo, la mitad de la referencia del ADC cuando su voltaje de entrada es cero. Como nos interesa la diferencia entre dos mediciones consecutivas, el valor cero del INA no importa, se restará siempre que sea estable entre mediciones.

El uso de un INA con ganancia permite utilizar una corriente baja. El voltaje de CA y la sustracción de muestras consecutivas también reducirán el ruido 1/f.

Sé que esta pregunta está muerta hace mucho tiempo, pero solo como referencia, hay circuitos integrados especialmente diseñados para medir la resistencia de CA para tales aplicaciones. Echa un vistazo al AD5933 . Tiene un generador de señal DDS incorporado y ADC y emite directamente valores de impedancia a través de un bus digital.

¡Limpio! ¿Lo has usado tú mismo?
@winny Tengo uno de estos circuitos integrados, pero aún no he llegado a usarlo. Lo recogí para usarlo como parte de un proyecto de medidor LCR. La desventaja de esa aplicación es que requiere algunos circuitos adicionales para medir por debajo de 1 kohm, ya que no es realmente para lo que fue diseñado.

Acerca de su pregunta "¿cuál es la mejor manera de hacer una señal de CA"... La "señal de CA" más simple es una onda sinusoidal, que ya está en su toma de corriente, algo peligrosa si se usa directamente... Use un transformador de potencia con 120 VAC primario y 24 VAC con un grifo central, eso le dará 12 y 24 VAC, si no le importa usar 60 Hz. Conéctelo a un Variac (transformador variable) y obtenga cualquier valor entre 0 y 24 VCA, o puede usar cualquier transformador de potencia con un voltaje secundario adecuado. Razonablemente preciso y muy repetible en cualquier lugar de los EE. UU. El transformador proporcionará el aislamiento necesario para que nadie se electrocute (NO UTILICE EL VARIAC solo... no proporciona aislamiento y puede electrocutarse).