OP Schaltung für den Flow Sensor FS1012-1020-NG

[Dominik B. (dood_o)]

Hallo zusammen,

ich habe einen Flow Sensor FS1012-1020-NG, den ich gerne mit dem Arduino 
Micro auslesen will.

Leider gibt der Sensor nur ein recht schwaches Spannungssignal aus, das 
zunächst mit einer OP-Schaltung verstärkt werden muss. Mit 
Operationsverstärker-Schaltungen hatte ich bis jetzt vor allem in der 
Theorie zu tun.

Ich habe versucht, das "Differential Circuit Example"  aus dem 
Sensor-Datenblatt (s.u.) aufzubauen. Der Gain ist auf 50x eingestellt. 
Trotzdem zeigt der Sensor so gut wie keinen Ausschlag, wenn ich mit 
einer Pumpe Luft durch den Sensor blase.

Das heißt, nach 50facher Verstärkung kommen gerade mal 15 mV an.

Außerdem ist die Ausgangsspannung der OP-Schaltung ohne Flow auf 0V. Ich 
hätte aber eigentlich in etwa eine Spannung von 2,5 V erwartet. Das wäre 
ja die Mitte zwischen positiver und negativer Versorgungsspannung, d.h. 
In meinem Fall zwischen 5V und GND.

Sieht vielleicht jemand von euch einen Fehler in der Schaltung? Oder ist 
der LM358 eventuell für die Anwendung ungeeignet?


Liebe Grüße

D


Datenblätter:

LM358: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm358-n.pdf
FS1012-1020-NG: https://www.idt.com/eu/en/document/dst/fs1012-datasheet

[Sven S. (schrecklicher_sven)]

Dominik B. schrieb:
> Ich
> hätte aber eigentlich in etwa eine Spannung von 2,5 V erwartet.

Wie soll das der Operationsverstärker wissen?
Du beziehst alle Spannungen auf GND.

[Gerhard (Gast)]

Lt. Datenblatt des Sensors ist der Innenwiderstand 100 - 300k!
Der Innenwiderstand deiner Schaltung ist 3k! Auch ist der verwendete OPV 
dafür nicht gut geeignet.

Gerhard

[Dominik B. (dood_o)]

Sven S. schrieb:
> Dominik B. schrieb:
>> Ich
>> hätte aber eigentlich in etwa eine Spannung von 2,5 V erwartet.
>
> Wie soll das der Operationsverstärker wissen?
> Du beziehst alle Spannungen auf GND.

Hallo,

der Operationsverstärker wird ja eigentlich mit positiver und negativer 
Versorgungsspannung (V+/V-) betrieben. Er hat auch keinen separaten Pin 
für GND. Das heißt doch, dass er in diesem Fall GND als negative 
Versorgungsspannung betrachten müsste.


Was sollte der Operationsverstärker bei gleicher Spannung an beiden 
Eingängen (-IN = +IN) in meinem Fall ausgeben?

Ich dachte es müsste die Mitte zwischen den Potenzialen an den Pins V+ 
und V- sein. Also in meinem Fall (5V – 0V) / 2 = 2,5 V

Oder ist das nicht so?

Liebe Grüße

D

[Dominik B. (dood_o)]

Gerhard schrieb:
> Lt. Datenblatt des Sensors ist der Innenwiderstand 100 - 300k!
> Der Innenwiderstand deiner Schaltung ist 3k! Auch ist der verwendete OPV
> dafür nicht gut geeignet.
>
> Gerhard

Hallo,

das mit dem enormen Innenwiderstand des Thermopile ist mir wirklich 
entgangen. Ist auch das erste mal, dass ich mit so einem Sensor arbeite.

Ich werde also R1 bis R4 mal größer wählen.

Warum schreibst du aber, der Innenwiderstand meiner Schaltung läge bei 
nur 3 k?

Aus der Theorie dachte ich bisher: Eingangswiderstand näherungsweise 
unendlich, Ausgangswiderstand näherungsweise 0. Beim idealen 
Operationsverstärker.

Also läge der Innenwiderstand meiner Schaltung bei zumindest 153k, oder? 
(R2 + R4 gegen GND bzw. R1+R3 gegen Ausgang)

Und kannst du mir ein zwei Stichworte nennen, worauf ich bei der Auswahl 
eines geeigneteren OP achten sollte?


Liebe Grüße

D

[Sven S. (schrecklicher_sven)]

Dominik B. schrieb:
> Was sollte der Operationsverstärker bei gleicher Spannung an beiden
> Eingängen (-IN = +IN) in meinem Fall ausgeben?

R4 liegt am Bezugspotential. Also 0 Volt.

Verbinde doch mal R4 mit dem Ausgang von IC1B (Pin7).

[Dominik B. (dood_o)]

Sven S. schrieb:
> Dominik B. schrieb:
>> Was sollte der Operationsverstärker bei gleicher Spannung an beiden
>> Eingängen (-IN = +IN) in meinem Fall ausgeben?
>
> R4 liegt am Bezugspotential. Also 0 Volt.
>
> Verbinde doch mal R4 mit dem Ausgang von IC1B (Pin7).

Hallo,

das war auf jeden Fall eine gute Idee. Die Spannung im Ruhezustand liegt 
jetzt bei 2,5 V. Vielen Dank!

Leider ist die Verstärkung immer noch sehr gering. Ich schätze, das wird 
mit dem Problem zusammenhängen, das Gerhard angesprochen hat.

Ich teste den Sensor aktuell mit einer Pumpe, die maximal 0,5 l/min 
saugt. D.h. die Spannungsdifferenz zwischen TP1+ und TP2+ liegt maximal 
bei etwa 5 mV. (Aus Figure 4 im Datenblatt abgelesen)

Wenn aber der größte Teil der Spannung beider Thermopiles bereits 
jeweils am Innenwiderstand abfällt, dann ist die tatsächlich messbare 
Spannungsdifferenz zwischen TP1+ und TP2+ ja noch geringer.

Im Datenblatt des LM358 (Seite 6) steht die Größe Input Bias Current mit 
typ. 40 max. 200 nA

Ein geeigneterer Operationsverstärker müsste dann wahrscheinlich einen 
niedrigeren Input Bias Current haben?


Liebe Grüße

D

[Sven S. (schrecklicher_sven)]

Dominik B. schrieb:
> Ein geeigneterer Operationsverstärker

Der LM358 würde sich schon eignen, aber Du brauchst noch einen dritten 
Operationsverstärker für einen Differenzverstärker mit wirklich 
hochohmigen Eingängen.
Es gibt auch ICs, die so eine Schaltung beinhalten. Suche mal unter 
"Instrumentation Amplifier".

[Dominik B. (dood_o)]

Hallo zusammen,

ich bin Svens Ratschlag gefolgt und habe die Schaltung mit einem 
Instrumentation Amplifier aufgebaut. Ich habe dafür den MCP6N11 gewählt.

Der Gain ist über RF und RG auf 51x eingestellt. Als Referenzspannug 
habe ich die 3,3 V vom Arduino Micro genutzt. R1 und R2 schützen die 
Eingänge des IC vor zu hohen Strömen, falls durch einen Fehler die 5V 
Versorgungsspannung direkt an einem der Eingänge anliegen.

Die Schaltung funktioniert jetzt wie gewünscht. Ich habe den Schaltplan 
angehängt, falls jemand nochmal vor einem ähnlichen Problem steht.

Vielen Dank an Sven und Gerhard!


Liebe Grüße

D

[BVB A. (bvb_a)]

Hallo,
ich habe mir eine ähnliche schaltung gebaut und will meinen Durchfluss 
auf einem LCD Display ausgeben. Könntest du mir eventuell deinen Code 
zur verfügung stellen?

LG Bastian