Ladungsverstärker für Piezofolie zuer Kraftmessung

Technik Elektronik & Elektrotechnik
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Hallo,

ich bin relativ neu in der Elektronik und brauche dringend Hilfe.
Ich versuche einen Ladungsverstärker aufzubauen. Einen für mich geeigneten Operationsverstärker habe ich bereits gefunden. Das AD8628 besitzt ziemlich gute Werte, da für die Messungen geringes Rauschen und geringe Drifteffekte nötig sind.
Ebenfalss habe ich verschiedene Kondensatoren bestellt, die einen sehr hohen Isolationswiderstand besitzen.
Meine Fragen:
Ich würde gerne alle Kondensatoren an einer Leiterplatine dran bringen und jeweils mit Schaltern versehen (Reset?), welche Schalter kommen da in Frage oder kann man ganz normale Kabel als Überbrückung vorsehen?
Welche Kabel könnte ich verwenden?
Da die Piezofolie einen sehr kleine Empfindlichkeit hat, sollten die Ergebnisse nicht zu sehr beeinflußt werden von Störeffekten (Erwärmung usw.)

Ich würde mich freuen wenn ihr mir helfen könntet

MfG
Heko

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Hallo

ich bin relativ neu in der Elektronik und brauche dringend
Hilfe.

Mutig. Ohne Erfahrung einen Ladungsverstärker zu bauen ist wie Formel1 ohne Führerschein.

Ich versuche einen Ladungsverstärker aufzubauen. Einen für
mich geeigneten Operationsverstärker habe ich bereits
gefunden. Das AD8628 besitzt ziemlich gute Werte, da für die
Messungen geringes Rauschen und geringe Drifteffekte nötig
sind…

AD8628 ist Ok, aber sehr beschränkt in der Stromversorgung, das muss man beachten.

Da es um extreme Isolationswiderstände geht, sind Kabel sogar besser als Leiterbahnen. Auf einer Leiterplatte müsste man die kritischen Leiterbahen durch Guard-Leitungen schützen.

Ich gehe davon aus, dass eine Seite des Piezo-Sensors an Masse liegt, die andere ist dann der kritische Knotenpunkt. Die Kondensatoren haben also ein empfindliches und ein unempfindliches Ende - also schaltet man sie zweckmässigerweise auf der Seite um, die am Ausgang des OpAmps liegt und damit niederohmig ist. Dann sind die Schalter weit weniger kritisch.

Gruss Reinhard

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Hallo Reinhard,

ich danke dir für die Antwort. Deine Annahme über den Piezo-Sensor ist richtig.
Vielleicht kannst du meine Vermutung bestätigen , das wenn ich ein Spannungsfolger (OP?) nach dem AD8628 anbringen würde, auch die Drifteffekte verkleinert werden. Aber muß ich dann auch Widerstände einbauen damit der Spannungsfolger funktioniert ?(wenn ja, wieso?)
Der Spannungsfolger sollte dann ebenfalls auf Masse gelegt sein?

Gruß Heko

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

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Vielleicht kannst du meine Vermutung bestätigen , das wenn ich
ein Spannungsfolger (OP?) nach dem AD8628 anbringen würde,
auch die Drifteffekte verkleinert werden. Aber muß ich dann
auch Widerstände einbauen damit der Spannungsfolger
funktioniert ?(wenn ja, wieso?)
Der Spannungsfolger sollte dann ebenfalls auf Masse gelegt
sein?

Gruß Heko

Hallo,

ich wüsste auf Anhieb nicht, was ein Spannungsfolger verbessern soll - er wirkt ja nur als Wandler von hoher Impedanz auf niedrige, was überflüssig ist, weil der Ausgang des Ladungsverstärkers ja bereits niederohmig ist. Ansonsten fügt er nur noch seine eigenen Fehler (Offset usw.) dem übrigen System hinzu.

Gruss Reinhard

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Hallo,

ich bin relativ neu in der Elektronik und brauche dringend
Hilfe.
Ich versuche einen Ladungsverstärker aufzubauen. Einen für
mich geeigneten Operationsverstärker habe ich bereits
gefunden. Das AD8628 besitzt ziemlich gute Werte, da für die
Messungen geringes Rauschen und geringe Drifteffekte nötig
sind.

Wenn es aber um einen echten Ladungsverstärker geht, dann sollte
doch der Eingangsbiasstrom sehr sehr sehr klein sein.
Die 100pA des AD8628 sind das noch nicht so berauschend.

Schau mal nach dem OPA128 (BurrBrown). Das ist ein hochwertiger
OPV für Elektrometerschaltungen, dessen Eingangsbias mind. um
den Faktor 1000 geringer ist.
Es kommt natürlich auf die Anwendung an, ob eher der extrem
kleine Offset oder doch der Bias eine primäre Rolle spielt.

Ebenfalss habe ich verschiedene Kondensatoren bestellt, die
einen sehr hohen Isolationswiderstand besitzen.

Meine Fragen:
Ich würde gerne alle Kondensatoren an einer Leiterplatine dran
bringen und jeweils mit Schaltern versehen (Reset?), welche
Schalter kommen da in Frage oder kann man ganz normale Kabel
als Überbrückung vorsehen?

Kabel sind besser, als Leiterzüge, das wurde ja schon gesagt.

Als Schalter eignen sich wohl am besten hochwertige Reedkontakte
-> Reedrelais. Damit kommst Du beim Isolationswiderstand
locker in den Bereich einiger hundert GOhm bis TOhm.
Das Kontaktmat. muß für Zerostrom geeignet sein.
Früher gab’s für Speziallanwendungen Quecksilberbenetzte
Kontakte. Heute ist Ruthenium oder Rodium das Kontaktmat. der Wahl.

Wichtig bei der Sache ist, daß in der Schaltung und vor allem
bei den Reedkontakten keine Temperaturdiff. entstehen, das
führt sonst zu Thermospannungen.

Welche Kabel könnte ich verwenden?

Dicke Isolierung und Schirm -> Koaxkabel

Da die Piezofolie einen sehr kleine Empfindlichkeit hat,

Ist die Spannung sehr klein oder die nur die Ladung?

Ich denke letzteres. Dementsprechend kommt es mehr auf
geringste Leckströme an, als auf geringten Offset.
Ob da z.B. das Rauschen des OPV überhaupt eine Rolle spielt,
ist auch von Randbedingungen abhängig).

sollten die Ergebnisse nicht zu sehr beeinflußt werden von
Störeffekten (Erwärmung usw.)

Ja, konstruktive Auslegung spielt da eine Rolle.
Gruß Uwi

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Hallo,

da ich gerade an einem ähnlichen Problem arbeite, komme ich nochmal drauf zurück: ich habe mir dafür den OpAmp LMC6081 ausgewählt. Der hat zwar 150 µV Offset, aber nur 10 fA Bias. Was wichtiger ist, hängt von der Beschaltung ab, das muss man in jedem Fall extra nachrechnen, dazu ein Beispiel:

bei einem Quellwiderstand von 100 MOhm erzeugen 100 pA Bias einen zusätzlichen Offset von 10 mV! D.h. die Genauigkeit wird praktisch ausschliesslich durch den Biasstrom bestimmt, ob der OpAmp 1 oder 100 µV Offset hat, ist unerheblich.

Daher hat Uwi das auch schon moniert. Übrigens ist „Charge amplifier for piezoelectric transducers“ ausdrücklich als Verwendung angegeben.

Gruss Reinhard