Problema de compensación y ganancia del amplificador de instrumentación LM324

Quiero traducir un Pt100 RTD a un rango de 0-10V, para ser leído por un PLC.

Diseñé un circuito (amplificador de instrumentación) usando el amplificador operacional LM324. Se alimenta con un solo suministro de 12 V. La resistencia R11 se denomina RTD Pt100. Se supone que debo obtener 0 voltios con una resistencia RTD de 100 Ω, pero obtengo 2,2 V o mV fluctuantes si ajusto el potenciómetro R4.

Además, se supone que debo obtener 10 V con una resistencia RTD de 250 Ω, pero solo obtengo 6,5 V.

Según los cálculos de ganancia, tomé todas las posibilidades flexibles. Sin embargo, R4 (el bote de ganancia) no cambia mucho la ganancia.

¿Dónde me estoy equivocando?

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Actualización de los comentarios: puede pensar en R11 como un Pt100 calentado de 0 a 400 grados C, que brinda una resistencia de 100 a 250 ohmios.

¿"Olla R12"? Veo POT R11. "mV flotante": ¿quiere decir que la señal de mV en la salida sube y baja irregularmente? Sugerencia: "flotante" es una palabra reservada para una señal que no tiene (o parece no tener) una referencia de conexión a tierra.
sí, subiendo y bajando (a lo que me refiero con flotar).
No obtendrá la salida del LM324 capaz de acercarse a 0 voltios sin cargarlo con algo así como una resistencia de 1 kohm en el riel de 0 voltios.
@Andyaka Probé la carga de 1K. ninguna diferencia en absoluto. Lo que tengo curiosidad es la ganancia establecida por la combinación R1 y R4. ¿Debería intentar hacer buffers de ganancia unitaria OA1 y OA2 y luego amplificar en la siguiente etapa? o agregar una etapa más todos juntos? Por favor recomiende.
¿Puedes encontrar una manera más complicada de hacer esto?
@RobertEndl No creo que nada simple esté funcionando en este momento. He estado desconcertado por esto durante más de 2 semanas. ¿Puedes sugerir algo?
¿Ha verificado dos veces (como en realidad, midiendo el valor en el circuito) que R11 esté correctamente instalado y cambiando el valor?
Ohbhatt, encontré un montón de circuitos en Bing Images, pero tienden a usar partes más caras y exóticas. Tal vez debería retirar mi comentario.
@WhatRoughBeast Sí, lo verifiqué con un Real Pt100 y puse un potenciómetro allí para verificar.
@RobertEndl Está bien, esta es una de las formas más comunes de amplificadores de instrumentación en la web, el 3-Op-Amp. Hay amplificadores INA109 y AD620 sintonizados y ensamblados dedicados a estas aplicaciones, disponibles en el mercado pero que son realmente caros. Estoy trabajando en un presupuesto. Además, de donde soy (India), la disponibilidad de estos componentes los hace aún más caros.
@Ohbhatt - Lo siento, quise decir verificar R4, el potenciómetro de ajuste que no produce los resultados que espera.

Respuestas (3)

Está tratando de operar sus amplificadores operacionales más allá de los rieles.

El tramo de referencia de su puente está en,

V R = 12 100 4800 = 250  mV

El tramo RTD de su puente abarcará desde 250 mV hasta

V T , metro a X = 12 250 4950 ≃ 606  mV

Digamos por el bien de los argumentos, la pierna RTD está generando 300 mV. Ahora tiene un voltaje de entrada diferencial de 50 mV.

Ahora, si los amplificadores operacionales estuvieran operando en su región lineal de operación, ambos terminales de entrada de OA1 estarían a 250 mV. De manera similar, ambas terminales de entrada de OA2 estarían a 300 mV.

Ignore el potenciómetro R4 y trate a R1 como la resistencia de ajuste de ganancia. Los dos amplificadores operacionales intentan impulsar sus salidas para desarrollar el potencial diferencial de 50 mV en R1. La parte superior de R1 a 250 mV, la parte inferior de R1 a 300 mV.

Ahora OA1 intentará hundir los 50 uA que fluyen a través de R1. OA1 debe reducir su salida lo suficiente como para permitir que fluyan 50 uA a través de R2. En esto, eso sería -1.1 V a través de R1, colocando el terminal de salida OA1 en -850 mV. OA1 se engancha en el riel de tierra (asumiendo que tenía la fuerza de transmisión tirando hasta el suelo).

Dado que la salida de la novia es unipolar, OA1 siempre intentará hundir la corriente por debajo con su salida a 250 mV o menos (donde al LM324 no le queda fuerza de accionamiento).

En términos generales, obtener una salida lineal de 0 a 10 V con un LM324 con un suministro de 12 V será un desafío. Le sugiero que comience con suministros divididos de 15 V para comprender cómo funciona este circuito (aunque Spice es un lugar aún más fácil para comenzar).

También es posible que desee agregar una resistencia debajo de su puente para colocar el suministro medio de voltaje de modo común.

Estaba pensando de manera similar a usted, en términos de fuerza de conducción, por lo tanto, modifiqué el circuito. Yo trabajé. Sobre todo, obtuve una ganancia lineal de 153mV - 10V incluso con un solo suministro de 12V. Concluyo que la configuración general de 3 amplificadores operacionales en el amplificador con ganancia variable (usando una sola resistencia Rg) es ideal para el suministro dividido.

Tienes demasiadas variables dando vueltas. Sintonice su amplificador con algunos voltajes o resistencias conocidas para verificar su función. Use resistencias al 1% (o mejores).

Tampoco tienes forma de equilibrar tu puente. Si necesita salida cero a 100 Ω , reemplace el RTD con un 100 preciso Ω resistencia, y use un potenciómetro de ajuste en el puente para ajustarlo (teniendo en cuenta que no se garantiza que el LM324 baje de 20 mV con un solo suministro; tendrá más suerte trabajando en la escala media).

Por último, los RTD no son dispositivos sutiles. No hay razón para usar un amplificador de entrada para amplificar un cambio del 250% en una resistencia.

@Scott_Seidman Deseo una ganancia de alrededor de 28, que si amplifica un ruido de 20 mV, obtendré una compensación de error de 0.56VI que aún puedo tolerar con un error de 5.6%. La afinación del puente la hice y funcionó. Pero, ¿qué pasa con el límite superior de 6,5 V frente a una ganancia máxima de 90? También cambié las resistencias R7 y la ganancia aumentó. ¿Podemos concluir que la ganancia debida a R1 y R4 es problemática aquí? además de los errores porcentuales menores en las resistencias.
También lo conecté a la fuente de alimentación de mi banco y apliqué un rango de voltajes para verificar la función del amplificador de entrada y se comportó de la misma manera.
@Ohbhatt, entonces, ¿por qué estamos discutiendo el puente?
Solo quería aclarar eso y también indicaste una forma de equilibrar el puente.
@Scott_Seidman Finalmente lo hice funcionar. Supuse que, con algo de ayuda, la resistencia de ganancia del búfer de entrada era el problema y la reemplacé con una configuración de ganancia unitaria para que funcionara. Gracias por la ayuda.

El problema aquí es que la ganancia del búfer de entrada no es ideal para un solo suministro y que la referencia de la que tomé este circuito no menciona esto. El problema lo señala @sstobbe (Potencia de conducción limitada de LM358). Esta respuesta es para lectores que se encuentran con el mismo problema y buscan un circuito que simplemente funcione.

Asi que aqui esta:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La ventaja aquí es que puede controlar la ganancia usando solo una resistencia (R6). Funciona bien con 150 mV a 0 °C y 9,98 V a 400 °C. El voltaje diferencial de entrada (V2 - V1) es de 0 a 300 mV.

Problema de compensación y ganancia del amplificador de instrumentación LM324
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