Configurar una serie de sensores de presión

En esta respuesta , mostré que el valor óptimo de la resistencia en serie es

$R_S = \sqrt{R_{MIN} \cdot R_{MAX}}$

donde$R_{MIN}$y$R_{MAX}$son las resistencias mínima y máxima de su sensor. La página de Sparkfun habla de entre infinito y 300 kΩ. Si asumimos 10 MΩ como valor máximo, su resistencia en serie debería ser de 1,8 MΩ (redondeada al valor E12 más cercano).

Estos son valores bastante altos, demasiado altos para un ADC que, como dice Mathieu, prefiere una impedancia de menos de 10 kΩ. Por lo tanto, deberá almacenar en búfer el divisor con un amplificador operacional de búfer de ganancia unitaria:

Tenga en cuenta que un amplificador operacional común puede tener una corriente de polarización de entrada de hasta 1 µA, y esto podría distorsionar su lectura. Un opamp CMOS como el MCP600x tiene una corriente de polarización de entrada mucho más baja, 1 pA típico para el MCP600x, lo que no deteriorará su lectura.

Básicamente, estos sensores tienen una resistencia que disminuye a medida que se aplica presión en su área de contacto. Por lo que puedo decir, la disminución de la resistencia es una función aproximadamente hiperbólica (1/x) de la fuerza aplicada, y el cambio es básicamente de 5 megaohmios a aproximadamente 300 kOhms ("presionando fuerte" en la página SF).

Si usa una resistencia de 200 ohmios como la pata inferior de un divisor de voltaje y este sensor como la pata superior, preveo que verá un rango de aproximadamente 0 V sin aplicar presión y 5 * 200 / (300e3 + 200) ~= 0.003. Si aumentó los 200 ohmios hasta decir 300kOhms, esperaría que su extremo superior suba a aproximadamente 2.5V. Cuanto más grande sea la resistencia superior, más se acercará su escala completa a 5 V, pero más lento será su tiempo de respuesta porque es como si estuviera cargando/descargando un condensador a través de grandes resistencias. Tampoco va a hacer nada para linealizar la salida del sensor por usted.

La configuración del amplificador inversor que sugieren se basa en el principio de que la corriente que fluye "hacia" el terminal negativo del amplificador operacional a través del sensor será igual y opuesta a la corriente que fluye "hacia" el terminal negativo del amplificador operacional. Es decir:

(V_n - V_T) / R_sense = (V_out - V_n) / R_Fy V_n es conducido a GND por el amplificador operacional (para que los terminales positivo y negativo tengan el mismo potencial), entonces:

V_out = -V_T * R_F / R_sense = -V_T * R_F * (1 / R_sense)

Sabemos que 1 / R_sense = la conductancia del sensor es aproximadamente lineal con respecto a la presión aplicada de la guía del usuario (es decir, Presión ~ 1 / R_sense, o Presión = a * (1/R_sense) + b para algunos a y b) asi que:

V_out = -V_T * R_F * [(Pressure - b) / a]

Esto tiene la ventaja de brindarle un voltaje de salida que es lineal con respecto a lo que está detectando. Además, puede determinar a y b mediante la calibración en dos (o más) valores fijos. Finalmente, puede ajustar el rango y la pendiente del voltaje de salida ajustando R_F y/o V_T. Entonces, el desafío es que necesita que V_T sea negativo con respecto al voltaje de suministro de su amplificador operacional.

Una forma de lograr esto sería una batería de 9 voltios con el terminal positivo de la batería conectado a GND de su amplificador operacional y el terminal negativo siendo V_T (efectivamente a -9V). Luego querrá elegir R_F para obtener un rango apropiado de V_out según las fórmulas anteriores. Al sintonizar, V_out no debe exceder el suministro del amplificador operacional (probablemente 5 V) o el amplificador también se recortará. Hay formas más sofisticadas de generar un voltaje negativo, por ejemplo, usando otro amplificador operacional como un búfer de inversión (como se ilustra con U2 en este circuito que crea un GND virtual en el punto medio del voltaje de suministro), pero creo que es más simple enfoque debería funcionar de su parte, otros pueden intervenir si no están de acuerdo.

Para resumir, creo que deberías seguir su circuito recomendado usando el amplificador operacional. Puede obtener un paquete DIP con cuatro amplificadores de riel a riel como este , así que con dos de esos chips, una batería de 9V y algunas resistencias, creo que tiene todo lo que necesita.

Consulte este enlace proporcionado por CNMAT sobre cómo maximizar el rango con una configuración de divisor de voltaje.

También importante, para una buena conversión de analógico a digital, la impedancia de entrada del ADC no debe ser superior a 10 kOhms. Por esta razón, un amplificador operacional (suministro único, riel a riel) utilizado como búfer de ganancia unitaria mejorará la precisión de sus lecturas.

Para maximizar el rango, recuerde que también puede habilitar la Referencia analógica externa (Vref+) en el Arduino, consulte: http://arduino.cc/it/Reference/AnalogReference

Vea aquí otro posible front-end analógico para usar con FSR: http://apollo.upc.es/humanoide/trac/wiki/PressureSensors

Una nota sobre el uso de una configuración de transimpedancia es el ruido de captación, consulte "Consideraciones sobre el diseño" .

esta parece una forma más sencilla de diseñar circuitos de interfaz de sensor:

http://www.eetimes.com/electronics-products/electronic-product-reviews/sensors-tranducers/4212510/Configurable-sensor-AFE-solution-aims-to-simplify-sensor-systems-designs--speeds-time -al mercado