Demande d'aide à propos d'un circuit d'amplification pour un capteur de force

[Shepard20]

Bonjour,
Je me permets de poster un sujet à propos de mon circuit d'amplification.
Ce circuit d'amplification va me permettre de lire sur un convertisseur analogique-numérique, la tension en sortie d'un capteur de force et d'estimer le poids de ma mesurande.

Ci-dessous, les caractéristiques du capteur de force.
Plage de mesure : [0-3kg]
Sensibilité : 0.7uV/1g
Offset positif : 0.75mV
Alimentation : 3V

Aujourd'hui, après de multiples essais, je suis arrivé à mettre en place mon circuit d'amplification à base d'aop avec un gain de 1045.
Mon circuit est composé de plusieurs amplificateurs de précision:

- 2 amplificateurs suiveur en sortie de mon pont de Wheastone (OPA335),
- 1 amplificateur aop en différentiel (LTC1152) - (gain de 10)
- 1 amplificateur aop en montage non-inverseur (LTC1152) - (gain de 10)
- 1 amplificateur aop en montage non-inverseur (LTC1152) - (10.45)
- 1 amplificateurs suiveur en final (OPA335),


Concernant mon alimentation, j'ai opté pour 2 régulateurs et des capa de découplage à 100nF :
LM317 - Régulation ajustée à 3V
LM2940 - Régulation à 5V fixe

Après divers essais sur breadboard, je me rends compte qu'en sortie de mon amplificateur différentiel (gain de 10), je mesure 10mV au lieu de 7,5mV (offset de 0.75mV x 10). Soit, un écart de 2.5mV.
Un écart de 2.5mV ne semble pas beaucoup en sortie du premier amplificateur mais celui-ci est flagrant en final du dernier amplificateur avec une tension de 1.075V. Soit, un écart de 325mV

Je pense avoir commis quelques erreurs, pourriez-vous m'aider à la corriger s'il vous plaît ?

N'hesitez pas à visualiser le schéma de mon circuit en pièce jointe.
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[Janpolanton]

Bonsoir,
Sans préjuger du fonctionnement du schéma, je mettrais en doute les contacts de la breadboard surtout avec des tensions aussi faibles.

[Antoane]

Bonjour,

Quelle resistances as-tu utilisé pour l'ampli différentiel ? Leur appairement doit être "suffisant", voire "excellent".
https://www.analog.com/media/en/refe...tes/dn502f.pdf

Le dernier suiveur est inutile : la sortie de l'ampli de gain 10.45 est dèjà en faible impédance.

Attention aux ~55 (voire 120) uA sortant de la broche ADJ et qui vont circuler dans R15, ajoutant un offset à l'alimentation.
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm...=1677926545816

Tes AOP ne sont pas des Formule 1, mais étant donnée l'aplication, un peu de filtrage pourrait aider.

Pourquoi ne pas utiliser un ampli différentiel intégré ?
https://www.analog.com/en/parametricsearch/13010#/

Je n'ai pas cherché, mais il doit exister pléthore de notes d'applications traitant de la mise en oeuvre de gauges de contraintes / pont de wheatstone. T'en es-tu inspiré ?

[jiherve]

Bonjour,
comme Antoane les amplis d'instrumentations bricolés sur un coin de table ne fonctionnent que bien imparfaitement et encore seulement si l'on utilise un réseau de résistances appairées pour l'AOP principal.
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Vincent PETIT]

Bonjour,

Un écart de 2.5mV ne semble pas beaucoup en sortie du premier amplificateur

Vu les AOP utilisés moi ça me paraît beaucoup trop.

Quelle resistances as-tu utilisé pour l'ampli différentiel ? Leur appairement doit être "suffisant", voire "excellent".

Je pense que le problème est là car les erreurs RTI (VOS, IOS, IBIAS, en, in, PSRR etc) même multiplier par le gain de 10 ne me semblent pas expliquer ce décalage de tension après l'ampli diff.

je mettrais en doute les contacts de la breadboard surtout avec des tensions aussi faibles.

Tout à fait, cela vient exacerber le problème du dessus.

[jiherve]

bonjour
il faudrait la spec exacte du capteur!
JR

[Vincent PETIT]

bonjour
il faudrait la spec exacte du capteur!
JR

+1 et quand je vois la sensibilité ; 700nV/gramme, si on veut mesurer aux grammes près, il y a des facteurs influents qui vont commencer à se faire sentir comme le bruit d'où l'intérêt (voir l'obligation je dirai) de limiter la bande passante du montage. Le LTC1152 par exemple, c'est un bruit 1/f de 2µVpp RTI, donc avant amplification et c'est à mettre en regard des 700nV/gramme. Il y a peut être des astuces à mettre en place ; calibration pour compenser les erreurs en cascade, filtrage, un peut de moyennage côté ADC, etc...

Un tel design n'est pas forcément simple, même au niveau routage (ligne de garde, placement des composants, etc)

[Shepard20]

Merci pour votre aide !!
En effet, les points que vous avez mentionnés correspondent à mes inquiétudes que je n'ai pas osé exprimer.
Maintenant, que les éléments ont été cités, je vais m'atteler au travail.
Concernant les résistances utilisées, ce sont des résistances 1% et potentiomètre provenant d'un kit que j'ai trouvé sur Amazon.
D'ailleurs, je vais commander d'autre résistance pour faire le test.

@Antoane
Pourquoi ne pas utiliser un ampli différentiel intégré ?

Mon objectif est de comparer la précision de l'aop d'instrumentation par rapport à l'aop en montage différentiel.

@Janpolanton
Sans préjuger du fonctionnement du schéma, je mettrais en doute les contacts de la breadboard surtout avec des tensions aussi faibles.

C'est malheureusement lors des essais que l'on s'aperçoit des limites de la breadboard de prototypage. Toutefois, on m'avait conseillé de passer sur une breadboard avec un support (plan de masse) métalique.

@Janpolanton
Attention aux ~55 (voire 120) uA sortant de la broche ADJ et qui vont circuler dans R15, ajoutant un offset à l'alimentation.

Je note et j'ai essayer de corriger cela et de vérifier la tension.

@Vincent PETIT
Je pense que le problème est là, car les erreurs RTI (VOS, IOS, IBIAS, en, in, PSRR etc) même multipliées par le gain de 10 ne me semblent pas expliquer ce décalage de tension après l'ampli diff.

En effet, après calcul, je n'avais pas obtenu la différence de 2.5mV. Bien que cela s'ajoute à l'erreur en question.

il faudrait la spec exacte du capteur !

En effet, cela m'aurait bien aidé à vérifier mon montage. Donc j'ai du effectuer un relevé à la main sur toute la plage de mesure afin de vérifier que celui-ci est bien linéaire.

@Vincent PETIT
+1 et quand je vois la sensibilité ; 700nV/gramme, si on veut mesurer aux grammes près, il y a des facteurs influents qui vont commencer à se faire sentir comme le bruit d'où l'intérêt (voir l'obligation, je dirai) de limiter la bande passante du montage. Le LTC1152 par exemple, c'est un bruit 1/f de 2µVpp RTI, donc avant amplification et c'est à mettre en regard des 700nV/gramme. Il y a peut être des astuces à mettre en place ; calibration pour compenser les erreurs en cascade, filtrage, un peut de moyennage côté ADC, etc...
Un tel design n'est pas forcément simple, même au niveau routage (ligne de garde, placement des composants, etc)

Pour cela je vais essayer d'ajouter des filtres actif passe bas dans mon montage.


Merci pour tous vos conseils totalement pertinant.
Je vais donc m'atteler au travail aujourd'hui et j'éspère revenir avec de bonne nouvelle.

PS: En attendant, je vous joint une photo de mon montage. Peut-être que cela ramenera d'autre critique. Je suis impatient de vous lire.

[jiherve]

re,

Mon objectif est de comparer la précision de l'aop d'instrumentation par rapport à l'aop en montage différentiel.

c'est plié d'avance!
Car il faut beaucoup mieux que 1% (10^-3 ou moins) et comme c'est difficile à trouver à un prix abordable il faut soit s'orienter vers un ampli d'instrumentation monolithique soit vers un réseau de résistances mais en général ceux ci offrent une valeurs unique pour chaque resistance donc au final un gain unitaire.
JR

[Antoane]

Bonjour,

> Mon objectif est de comparer la précision de l'aop d'instrumentation par rapport à l'aop en montage différentiel.
Le problème est que, ici, tu combines tellement dèléments qu'il est difficile de déterminer qui est responsable de quoi : faible tension d'entrée (effet des effets thermo-electriques parasites), mauvais appariement des résistances, tous les effets parasites des AOP, etc.
Si tu veux analyser les effets d'un paramètre spécifique, le mieux est de se placer dans des conditions dans lesquelles les effets parasites sont négligeables.

> Attention aux ~55 (voire 120) uA sortant de la broche ADJ et qui vont circuler dans R15, ajoutant un offset à l'alimentation.
Je no connais pas les contraintes sur l'alimentation d'un tel pont de jauges, mais obtenir 3 V à partir de 5 sous un courant ~ 0 se fait très bien avec une référence de tension série.

La série LT5400 ets faite pour ce genre de circuits : https://www.analog.com/en/products/lt5400.html, avec ratios 1:1, 1:4, 1:5, 1:9, 1:10