Medición de resistencia de un cable con un ADC

Estoy tratando de diseñar un circuito que pueda medir pequeñas resistencias hasta 0.1 Ohm y un máximo. de 10 ohmios. No mediré resistencias reales, sino una bobina de cables bastante grande, de hasta 500 m (como puede imaginar, estos cables son bastante gruesos).

Aquí está el circuito que se me ocurrió:

El circuito funciona manteniendo una corriente constante a través del dispositivo bajo prueba, R2. Con una corriente de 100 mA, R2 desarrollaría un voltaje entre 10 mV y 50 mV.

Creo que en un mundo ideal esto funcionaría, pero en la práctica puede ser difícil medir 0.1 ohmios con esto, principalmente debido al ADC. Supongamos que el ADC es de 10 bits con VREF de 5V. Esto se traduce en 5 mV por paso. Si R2 = 0.1 y Iout = 100 mA, entonces el voltaje presente en el ADC sería de 50 mV, pero no estoy seguro de cuán enterrado bajo el ruido sería.

Mi pregunta es si debería aumentar la ganancia a, digamos, 50. Si la ganancia es 50, entonces el voltaje presente en el ADC sería de 500 mV, pero el máximo. la resistencia medible sería de 1 ohmio. Para medir 10 ohmios, necesitaría reducir la corriente a 10 mA en lugar de 100 mA. Una forma de hacerlo sería usar un FET para desconectar R1 y conectar una resistencia de 20 ohmios en Iout.

No necesito el circuito para medir la resistencia con precisión, una tolerancia de +/- 10% está bien.

Por favor, no use un LM324 si desea hacer mediciones de precisión.

Su opamp tiene una ganancia de 5, pero no está usando eso: su salida es la entrada de inversión, donde tiene la misma señal que la de no inversión, por lo que es ganancia x 1.

La mejor opción sería un amplificador de instrumentación, donde conecta los extremos del cable a las dos entradas. Use una resistencia en serie a tierra para crear un desplazamiento, porque InAmps no puede ir a los rieles (al menos los tipos de 3 opamp no pueden). Puede usar esa resistencia como una resistencia de detección para la fuente actual:

$V_{IN}$ establece la corriente de la fuente actual: 100 mA / V. Suponga que la resistencia del cable es de 5 Ω, entonces el InAmp verá una diferencia de 500 mV en su entrada. Una ganancia de 10 (no se muestra la resistencia de ganancia; CircuitLab no tiene un símbolo para InAmps) le dará 5 V de salida, o 1 V / Ω. Al cambiar puede cambiar la ganancia total. Tenga en cuenta que Q1 puede necesitar un disipador térmico, especialmente si Vcc es bastante alto. $V_{IN}$

Si espera resistencias altas, puede hacer un divisor de resistencia con 1 resistencia de precisión a Vref y una a tierra:

El voltaje a través del cable será

$V_{CABLE} = \dfrac{R_{CABLE}}{R_{CABLE} + 2 R} V_{REF}$

pero si << el voltaje puede ser demasiado bajo para una medición precisa. Un valor bajo para ayuda, pero atraerá mucha corriente.$R_{CABLE}$$2 R$$R$

El MCP6N11 tiene salida Rail-to-Rail y existe en diferentes tipos para diferentes ganancias, entre las cuales se encuentra una ganancia mínima de 100.

edita comentarios de
markrages de que no necesitamos un InAmp, y tiene razón. Aquí está la solución con un amplificador diferencial usando un opamp:

La ganancia está determinada por R1 a R4, y si R1 = R3 y R2 = R4 serán

$G = \dfrac{R2}{R1}$

Sin embargo, un InAmp le dará más precisión y no le costará un brazo y una pierna, entonces, ¿por qué no?

En primer lugar, esta configuración no le permitirá obtener un rango de 0 ÷ 5V en la entrada ADC. Simplemente porque el LM324 no puede girar hacia arriba a su riel positivo. También introducirá posibles voltajes de compensación que seguramente arruinarán una medición de 10 a 50 mV.

Sugiero obtener un amplificador de instrumentación o un amplificador de ganancia seleccionable como el MCP6G01 . Con una ganancia seleccionable de 1 a 100, podrá mantener cierta precisión en 2 órdenes de magnitud (por ejemplo, de 0.1 a 10 ohmios).

Ok, pediste mi versión del circuito.

• Utiliza una fuente de corriente opamp + BJT con un rango de tres décadas. El rango de la fuente de corriente se selecciona conectando a tierra una de las tres resistencias. Probablemente pueda lograr sus objetivos de precisión utilizando salidas AVR para cambiar las tres resistencias. Cambie entre salida baja (para habilitar) o entrada (para deshabilitar). La entrada analógica es mejor, pero el voltaje será un alto inequívoco, por lo que la entrada digital está bien. Para una mejor precisión, conecte el 4K a la resistencia a dos pines. La resistencia de salida de una salida digital AVR es de aproximadamente 25 ohmios:

  .

• La línea + 5V se utiliza para la referencia tanto de la fuente actual como del ADC. Las variaciones en el voltaje de suministro se cancelarán. La alternativa sería tener una referencia en la fuente actual y una referencia en el ADC ... no es necesario aquí. Los ADC de microcontroladores generalmente se complacen en utilizar los rieles de suministro como referencia.

• Debe hacer cuatro conexiones al dispositivo bajo prueba. Dos de las conexiones entregan la corriente, y dos de las conexiones presentan el voltaje a través del dispositivo bajo prueba al circuito de medición. ¡Es necesaria una conexión de cuatro cables para medir resistencias bajas (<1 ohm)! De lo contrario, está midiendo la resistencia de su sonda por accidente.

• El voltaje de compensación del opamp es el parámetro más importante. Usa un amplificador chopper y no te preocupes por eso. He especificado OPA2333, que es un buen amplificador lento que siempre me ha funcionado bien.

• Si la resistencia de su sonda es superior a aproximadamente un ohmio, debe optar por el amplificador de instrumentación completo. Pero con sondas razonables, esto debería cumplir con las especificaciones tal cual.