Précision mesure résistance

[Minimet]

Bonjour,
Je suis en train de réaliser un circuit électronique pour pouvoir mesurer avec précision une résistance noté Rx grâce à un petit circuit électronique et un traitement par arduino uno. Vous trouverez en pièce jointe le schéma ltspice du montage dans l'état actuel.
Globalement : - A gauche je stabilise la tension à 5V pour être sur de ne jamais cramer le arduino.
- R1 sert à baisser le courant dans le circuit (max quelques mA)
- Rx est la résistance à mesurer (Rx = SortieX/I*gain) J'aimerais avoir une plage de résistance possible aussi large que possible (environ 1ohm à 1kohm)
- Rmes sert à connaitre l'intensité du circuit grâce au arduino (I=SortiA/Rmes*gain)
- Tout le reste c'est juste des amplis pour avoir des sortie A et X proche de 5V pour que le CAN 10 bits du arduino soit le plus précis possible.(éventuellement si le CAN n'est pas suffisant j'ajouterai un CAN 16bits, à voir)

Alors voila mon problème c'est que cela marche plutôt bien pour des résistances au alentours de 10ohms mais dès que l'on s'en écarte, la précision baisse énormément.(Voir pièce jointe n°2).

Du coup je sais pas si vous avez des idées. Peut être que mon montage n'a aucun sens, je sais pas. Je suis étudiant ingénieur mais en sciences des matériaux du coup vous pouvez y aller franco niveau math mais en élec je suis pas super calé.

PS : Pas la peine de me dire que l'on peut mesurer un résistance avec un arduino uno via un petit branchement, je le sais mais l'histoire c'est que ici Rx est en fait un système sur lequel je dois appliquer une tension. De plus j'espère avoir une meilleur précision avec ce genre de montage (vrai ou faux ?)
PS2 : Pour le moment je n'ai fait que des simulations et aucun achat.

Merci d'avance,
-----

[f6bes]

Bjr à toi,
Hum dire marche plus tot bien , n'indique en RIEN la préçision..obtenue !
Déjà dire de précision SAN indiquer de pourcentage de précision , c'est...aléatoire comme préçision.
Pour l'instant les piéces sont en attentes de validation.

Bon appétit

[Minimet]

Les précisions sont données en % dans la pièce jointe. Après je t'accorde qu'on ne peut peut être pas parler de précision mais plutôt de dérive, en effet en dessous de 12.25ohms l'effet est positif (on trouve un résistance plus élevée que la vrai résistance) alors que au dessus de 12.25ohms l'effet est négatif (on trouve une résistance moins élevée que la vraie résistance). Si tu as besoin d'informations précises pour pouvoir m'aider, n'hésites pas à me les demander avec précision.

[Antoane]

Bonjour,

Sans juger sur le fond du montage :

Le LT1017 est un comparateur, il te faut un AOP
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/10178ff.pdf
N'hésites pas à faire des simulations .tran pour voir ce qui se passe, en complément de la simu .op.


Quel est le but final de la manipulation ? "jouer", expérimenter, avec les composants ou faire un vrai instrument de mesure ?
Dans le premier cas, ton circuit peut constituer une base de départ. Dans le second, pourquoi ne pas utiliser un instrument commercial ?

Du coup je sais pas si vous avez des idées. Peut être que mon montage n'a aucun sens, je sais pas. Je suis étudiant ingénieur mais en sciences des matériaux du coup vous pouvez y aller franco niveau math mais en élec je suis pas super calé.

Suppose une précision sur les résistances de 1% (c'est classique). Quelle est la précision de ta mesure ?
Suppose une précision sur les résistances de 0.1% (c'ets déjà de l'instrumentation). Quelle est la précision de ta mesure ?
Suppose un appariement des résistances de 0.01% (c'est proche du maximum). Quelle est la précision de ta mesure ?
Cela te convient-il ? Est-il utile/nécessaire d'avoir un ADC de 16bits ?

Quelle précision vises-tu ?

Pas la peine de me dire que l'on peut mesurer un résistance avec un arduino uno via un petit branchement, je le sais mais l'histoire c'est que ici Rx est en fait un système sur lequel je dois appliquer une tension. De plus j'espère avoir une meilleur précision avec ce genre de montage (vrai ou faux ?)

[A voir en vidéo sur Futura]

[jiherve]

Bonjour,
Ce montage aura une précision plus mauvaise qu'une simple mesure potentiométrique.
La précision sur le gain de chacun des étages d'amplification est la somme des précisions sur les résistances le fixant, donc en supposant des résistances connue à X% le gain sera connu à 4X% (voir calcul d'incertitudes et dérivées log)
comme ensuite il y aura division le résultat sera connu à 4X%+4X% = 8X% et je néglige les tensions d'offset , les limites de fonctionnement des AOP et la quantification.
Exemple numérique : résistances à 1% => mesure à 8%
JR

[bobflux]

Je vais surenchérir en mentionnant la précision de la référence de tension...

D'autre part pour travailler dans une plage de 1 à 1000 il faudra soit plusieurs calibres, soit un ADC sigma delta avec plein de bits.

Varier le courant d'excitation peut être intéressant pour améliorer la précision.

[Minimet]

Tout d'abord merci de m'aider
Alors au vue de vos différentes remarques voila ce que j'en pense :
- Pour le type d'ampli je suis d'accord mais bon on peut quand même amplifier avec un comparateur (la preuve), je viens de prendre le logiciel ltspice en main donc j'ai un peu de mal avec la liste des composants.
- Le but de mon système c'est de faire un appareil de mesure portatif qui inclue un système mécanique pour la mesure de Rx, en effet Rx n'est pas une simple résistance mais un matériau dont on vient sonder la résistance par contact. Actuellement réaliser la mesure par une technique 4 fils demande un temps de préparation long que j'aimerais éviter (ou du moins diminuer) grâce à mon système.
- J'aimerais une précision de 0.1% après je ne me rend vraiment pas compte si c'est réaliste ou pas. En tout cas moins de 1% c'est sur.
- Jiherve tu as totalement raison et du coup je me dis que le plus simple est peut être tout simplement d'enlever les étages d'amplifications (qui devait servir à rapprocher le signal de 5V pour augmenter la précision de l'ADC 10 bit de l'arduino) et de plutôt prendre un ADC 16bits pour pouvoir observer le signal faible directement (environ 50mV)
- "Varier le courant d'excitation peut être intéressant pour améliorer la précision." Là j'avoue que je ne comprends où tu veux en venir.
- Pour les différents calibre c'est le arduino qui aurait adapter les résistances d'amplification en fonction de la résistance à lire mais bon du coup si je laisse tomber les amplis ça tombe à l'eau.

Je suis à l'écoute de vos remarques.

[bobflux]

Eh bien tu envoies un courant pour mesurer ta résistance.

Tu peux varier le courant (par exemple 1mA pour mesurer 1kOhm ou bien 10 mA pour mesurer une résistance plus petite).

[Minimet]

Cela revient à changer la valeur de R1 dans mon circuit ?

[bobflux]

Oui, ou bien utiliser une source de courant variable...

Soit tu utilises une résistance et puis tu mesures le courant qui la parcourt,
Soit tu fais une source de courant de valeur connue.

À voir lequel sera le plus précis.

Note que les pourcentages d'erreur ne sont pas très importants, puisque tu peux calibrer le système en mesurant une résistance connue. Il faut faire attention aux dérives, par contre, c'est pourquoi une mesure par différence est intéressante: on mesure d'abord sans envoyer de courant, puis en envoyant du courant, et on soustrait. Les offsets sont annulés.

[jiherve]

Re
Il existe des pointes de touches spéciales pour mesure 4 fils.
Comme le suggère bobfuck le mieux est de contrôler le courant, il n'est pas trop difficile de faire une source de courant variable et précise,ensuite un vrai ampli d'instrumentation pour capturer la DDP et un codage precis derrière si tu veux 0,1% il faut 14 bits minimum, donc l'ADC natif est out!
Mais là on est revenu à un ohmmètre classique.
JR

[bobflux]

Inspiration :

http://www.edn.com/design/systems-de...res-micro-ohms

[Minimet]

Bonjour tout le monde,

Bon je reviens pour vous montrer l'avancement du projet et recueillir vos avis éventuels.
Donc du coup je laisse tomber l'étage d'amplification. 1er test que j'ai fait c'est comparer la précision de l'ADC 10 bits de l'arduino à un ADC 16 bits que j'ai trouvé sur le site de adafruit à 15€ ( https://www.adafruit.com/product/1085 , n'hésitez pas à me dire si c'est bien le composant qu'il me faut ).
Donc ma méthode pour comparer c'est d'utiliser la formule : Delta(R) = ((U(Rxmesuré)/Rxparfait)-1)*100 pour avoir le % d'erreur sur la mesure, avec U(Rxmesuré) = V(U1)/I = (V(U1)*R1(parfait))/((V(+)-V(U1)).
Ensuite pour simuler la transformation analogique numérique de l'ADC 10/16bits je réécris V(U1) sous la forme :
int(V(U1)*X)/X avec X le facteur de précision : entrée 5V 10bits : prec = 0.005V => X=200 ; entrée 5V 16bits : prec = 0.0001V => X=1000 (valeur approximative vu à la hausse histoire d'être tranquille).
Du coup j'ai comparé les 2 ADCs mon but étant d'obtenir une précision supérieure à 0.1% étant donné que la précision de R1 sera probablement du même ordre et qu'il est donc inutile d'aller au delà (que pensez vous de ce raisonnement ?).
Voir annexe imprecision10-16bits (le % se lit sur l'axe le plus à gauche du graphe). En rose c'est la courbe pour 16bits et en bleu pour 10bit donc là il n'y a pas photo impossible d'obtenir la précision que je souhaite avec un ADC 10bit du arduino (en tout cas avec ce montage simple sans amplification).

Je poursuis donc ma recherche avec l'ADC 16bits.
Après un certain nombre d'essais j'en ai conclu que je pouvais obtenir une gamme de mesure de résistance allant de 50kohms à 2ohms avec une précision supérieur à 0,1% en utilisant une résistance R1=1k de 50k à 500ohms puis R1=100ohms de 500ohms à 2ohms.
Voir annexe precision_Rx_R1parfait.
A droite c'est la partie 100ohms et à gauche 1kohms. La courbe "remplie" c'est l'incertitude de mesure dont la valeur se lit sur la gauche du graphe. Si elle est remplie c'est du au caractère "pas par pas" de l'ADC mais moi ce qui m'intéresse c'est donc son enveloppe basse. Sur ces graphes on voit que je ne descend jamais en dessous de 100m%=0.1% sur mon incertitude sur Rx en considérant R1 parfait (utopie totale ou réalité ?).
Enfin j'ai voulu voir la dissipation qu'allait subir à la fois mon matériau Rx et la résistance R1 (qui devra être une résistance de précision 0.1% au moins) dont la valeur se lit sur la gauche des courbes. Pour 1kohm aucun soucis on ne dépasse jamais les 0.015W. Pour 100ohm en revanche mon substrat peut prendre jusqu'à 0.07W ce qui est correct je pense en revanche la résistance pour des mesure faible de Rx peut monter à 0.3W. J'ai vu sur internet que la plupart des résistances vont jusqu'à 0.5W mais qu'est ce que cela veut dire exactement ? A 0.5W elle fond ou bien elle commence à chauffer ? Peut on trouver une résistance à la fois précise (>0.1%) et qui résiste bien à 0.3W ?

Voila voila si vous avez des questions hésitez pas. Si il y a des erreurs hésitez pas. Pour ce qui est de la commande en courant plutôt qu'en tension je ne sais toujours pas très bien comment on s'y prend vous pourriez me linker un lien qui parle des techniques à utiliser et pas du principe sur papier.
Je vous remercie.

PS : Pour ceux qui ne seraient pas sûr les graphes sont tracés en fonction de la résistance Rx que l'on veut mesurer

[invite03481543]

Bonjour,

pour faire une mesure précise il te faut injecter un courant précis et parfaitement stable, dimensionné pour ne pas provoquer un échauffement même léger de la résistance à mesurer.
Il te faut aussi faire une mesure 4 fils, une bonne partie des explications sont données dans le lien de bobfuck.

[Minimet]

Salut Hulk28,
Le truc c'est que moi je ne veux pas mesurer des résistances "de l'ordre du µohms". Une mesure 4 fils c'est ce que je fais ici (l'un des bras est à la masse) étant donné que l’impédance d'entrée du arduino est d'environ 100Mohms. "Il te faut injecter un courant précis et parfaitement stable" ça ça m'intéresse mais je ne sais pas comment on fait et si le site y répond alors c'est trop complexe pour moi et j'ai besoin d'explications supplémentaires.

[bobflux]

Dans le lien que je t'ai donné, une simple résistance de 10k est utilisée pour créer le courant de mesure, alimentée depuis une référence de tension. La résistance des fils s'y ajoute, ainsi que la résistance à mesurer. Mais comme elles sont faibles par rapport à 10k, ça passe.

Dans ton cas, c'est différent. Si tu utilises une résistance depuis une tension fixe pour créer ton courant de mesure, alors tu dois mesurer avec précision la tension sur cette résistance, pour connaître le courant.

Il est plus simple de créer une source de courant qui enverra un courant connu et précis, avec un AOP, un PMOS et une résistance, par exemple.

La spécification de puissance des résistances signifie : avec un montage standard sur le circuit imprimé et sans personne qui souffle dessus, la résistance atteint sa T° maximale (genre 150°C) à la puissance spécifiée. Dans ce cas, elle aura une dérive spécifiée elle aussi, en ppm/°C.

Il faudrait aussi savoir quelle sera la réaction de la résistance à mesurer à l'échauffement. Vraisemblablement, la réponse sera qu'il va falloir la mesurer avec un courant très faible. Tu peux donc oublier tout de suite d'envoyer assez de courant dans ta résistance de 2 ohms pour avoir une tension mesurable sans amplification... Pour mesurer 2 ohms avec précision, à mon avis tu n'échapperas pas à une mesure en alternatif.

Ce serait encore plus simple d'utiliser un multimètre de labo connecté à ton PC...

[Minimet]

Salut bobfuck, merci de m'aider,

"Dans ton cas, c'est différent. Si tu utilises une résistance depuis une tension fixe pour créer ton courant de mesure, alors tu dois mesurer avec précision la tension sur cette résistance, pour connaître le courant."
Bon parfait ça c'est exactement ce que je fais depuis le début.
"Il faudrait aussi savoir quelle sera la réaction de la résistance à mesurer à l'échauffement." Et bien je l'ai calculé et tu peux la consulter sur le graphe que j'ai mis en lien plus tôt et au maximum la puissance à dissiper par mon échantillon sera de environ 0.1W (en visant large), en sachant que cette échantillon a une surface à l'air libre de 250mm² je pense que c'est largement acceptable.
"Ce serait encore plus simple d'utiliser un multimètre de labo connecté à ton PC... " mon but c'est de faire un système portatif que je pourrai emmener dans l'usine de fabrication pour avoir une idée rapide mais quand même précise de la résistance du matériau réalisé. Pourquoi je ne peux pas le faire avec un ohmmètre ? Car comme je l'ai précisé précédemment il faut un système mécanique pas complexe mais conséquent pour réaliser la mesure. De plus actuellement la mesure est destructive et j'espère pouvoir la rendre non destructive.

Tu as regardé les mesures que j'ai faites ? Qu'est ce que tu en penses ? L'ADC 16 bit que j'ai linké c'est classique ou bien il existe mieux ou moins cher pour mon application ?

[bobflux]

> Bon parfait ça c'est exactement ce que je fais depuis le début.

Je disais :
Il est plus simple de créer une source de courant qui enverra un courant connu et précis, avec un AOP, un PMOS et une résistance, par exemple.
Encore que, puisque ton ADC a des entrées différentielles...

> sachant que cette échantillon a une surface à l'air libre de 250mm² je pense que c'est largement acceptable.

Okayyyy donc pas de pb de chauffage?

Est-ce que le montage mécanique est précis à 0.1% aussi?

[Minimet]

Est-ce que le montage mécanique est précis à 0.1% aussi?

Je n'ai pas encore réalisé le montage mécanique mais je pense pouvoir atteindre une précision d'environ 0.01mm sur toutes mes dimensions grâce à un pied à coulisse de précision et un système de positionnement précis à 2µm. Ce qui me donne une incertitude sur le calcul de la résistivité d'un peu moins de 1%. Avec une mesure de résistance de 0,1% je ne devrais pas dépasser les 1% d'erreur sur la mesure de la résistivité je pense (alors que si la mesure de résistance était précise à 1% la précision sur la résistivité pourrait atteindre 4-5%).

[Minimet]

Et une autre question : Est ce que je peux alimenter mon arduino avec la même (pile + régulateur 5V) que mon circuit électrique, mon ADC ainsi que les relais que je vais utiliser pour switch de résistance (via l'arduino) ?

[bobflux]

Est-ce que le montage mécanique est précis à 0.1% aussi?

Je n'ai pas encore réalisé le montage mécanique mais je pense pouvoir atteindre une précision d'environ 0.01mm sur toutes mes dimensions grâce à un pied à coulisse de précision et un système de positionnement précis à 2µm. Ce qui me donne une incertitude sur le calcul de la résistivité d'un peu moins de 1%. Avec une mesure de résistance de 0,1% je ne devrais pas dépasser les 1% d'erreur sur la mesure de la résistivité je pense (alors que si la mesure de résistance était précise à 1% la précision sur la résistivité pourrait atteindre 4-5%).

Hmm oui mais attention à la tolérance sur les dimensions du matériau (épaisseur, etc)

Tu peux partager l'alim, oui. Tu peux mettre un régul séparé pour l'ADC, ce n'est pas cher.

Tu ne comptes pas alimenter ça avec une pile 9V?

[Minimet]

Alors pour les dimensions la seul dimension dont le matériau sera "responsable" est sa hauteur qui sera mesurée séparément au pied à coulisse précision 0.01mm donc la mesure sera fonction de cette hauteur (sauf si je me chauffe pour la rentrer dans le arduino par l'utilisateur mais je pense pas).
Sinon oui je comptais mettre une pile 9V qui alimente le arduino + un régulateur 5V (à partir de cette même pile) qui alimente le reste. Et du coup tu proposes 2 régulateurs 1 pour le circuit et l'autre pour l'ADC ?
La pile 9V c'est pas bon ?

[bobflux]

T'auras pas des masses d'autonomie avec une pile 9V! Fais le calcul.

Il vaut mieux des piles AA. Mets un LDO pour le 5V...