圧力センサからの計測値の取り込みについて

質問

圧力センサからの計測値の取り込みについて質問させて頂きます。
圧力センサからの測定値をアナログ形式でＡＶＲマイコンに取り込みたいと考えているのですが、ハード設計の方は初心者です。
圧力センサ、オペアンプは以下のもの使用を考えています。

・圧力センサ：http://copal-electronics.info/jp/00182/p2000_ja.pdf
・オペアンプ：http://akizukidenshi.com/download/ds/analog/AD8506.pdf

参考になるサイトをご存じの方、過去に設計経験がある方がいらっしゃいましたら、ご教示下さい。
よろしくお願いい致します。

回答No.1

se223 · ベストアンサー

回答が無かったので・・・、ここで言葉で説明して理解していただけるか難しいところです。圧力センサによる測定回路、（ホイートストン）ブリッジ検出回路、差動増幅などのキーワードで検索いただいて製作回路を検討してもらったほうが賢明かと思います。

どこまで理解いただけるかわかりませんが回路設計上の要点として一応基本的なところを説明します。Ｐ２０００の圧力センサは、ＩＮＰＵＴに駆動電流として1.5ｍＡの直流定電流を加えます。オペアンプの定電流回路を参考にしてください。ブリッジ抵抗が3.3ｋΩ（一辺？トータルか不明のためここではＩＮＰＵＴ抵抗と仮定）とありますので、定電流を流した場合入力電圧は4.95Vになります。ＯＵＴＰＵＴの（＋），（－）両端にはＧＮＤに対して中点である約2.5Vがそれぞれ出力されます。圧力変化とともにこの2.5Vを中心として電圧信号がバランスが崩れるように変化します。ＯＵＴＰＵＴは、ＡＤ８５０６で差動で受けます。（オペアンプの差動増幅回路を検索してください。またこのＩＣは片電源で動作させますが、2.5V入力ですのでそのまま入力に抵抗を介して接続できます。）
センサの出力スパンがデータシートから100mV前後ですので差動ゲイン（入力抵抗と帰還抵抗の比）はまずは10倍くらいに設定します。
ＩＣの1番ピンには、正側だけに変化する圧力に比例した０Ｖ付近から１Ｖ程度の電圧が得られます。
（なお、出力の変化のグラフが付いていると設計しやすいのですが、データシートの数字だけですと私が間違って解釈しているかもしれません）

元に戻って定電流回路ですが、抵抗で電流検出して制御をかける必要があります。精度をどこまで必要とするかですが、ソフトで補正をかけられるなら５Ｖ定電圧を加えても変化はします。全体を５Ｖ単電源で製作するのならこの方法がいいでしょう。
さらに、センサにばらつきがありますので、回路に電圧を加算してオフセット調整が必要で本来回路で組みますが、これもソフトで実施するのが良いと思います。

初心者との事で、設計要素が相当含まれますので精度を上げると色々検討しなければいけない問題があります。センサの持っている誤差をどう処理するかなどです。まずは、上記内容をキーワードに回路を考えて見てください。
その上で最後まで製作できるかどうか判断願います。

補足

大変詳しくご回答頂き、ありがとうございました。
早速オペアンプの『定電流回路』、『差動増幅回路』を検索し、見よう見まねで自ら設計してみました。
もしお時間がありましたら、回路の間違い、抵抗の乗数の決め方等をご指導頂けると有難いです。
『圧力センサからの計測値の取り込みについて２』にて新しい質問を立て、回路図を添付しております。
よろしくお願い致します。

回答No.2

se223

回答が無かったので・・・、ここで言葉で説明して理解していただけるか難しいところです。圧力センサによる測定回路、（ホイートストン）ブリッジ検出回路、差動増幅などのキーワードで検索いただいて製作回路を検討してもらったほうが賢明かと思います。

どこまで理解いただけるかわかりませんが回路設計上の要点として一応基本的なところを説明します。Ｐ２０００の圧力センサは、ＩＮＰＵＴに駆動電流として1.5ｍＡの直流定電流を加えます。オペアンプの定電流回路を参考にしてください。ブリッジ抵抗が3.3ｋΩ（一辺？トータルか不明のためここではＩＮＰＵＴ抵抗と仮定）とありますので、定電流を流した場合入力電圧は4.95Vになります。ＯＵＴＰＵＴの（＋），（－）両端にはＧＮＤに対して中点である約2.5Vがそれぞれ出力されます。圧力変化とともにこの2.5Vを中心として電圧信号がバランスが崩れるように変化します。ＯＵＴＰＵＴは、ＡＤ８５０６で差動で受けます。（オペアンプの差動増幅回路を検索してください。またこのＩＣは片電源で動作させますが、2.5V入力ですのでそのまま入力に抵抗を介して接続できます。）
センサの出力スパンがデータシートから100mV前後ですので差動ゲイン（入力抵抗と帰還抵抗の比）はまずは10倍くらいに設定します。
ＩＣの1番ピンには、正側だけに変化する圧力に比例した０Ｖ付近から１Ｖ程度の電圧が得られます。
（なお、出力の変化のグラフが付いていると設計しやすいのですが、データシートの数字だけですと私が間違って解釈しているかもしれません）

元に戻って定電流回路ですが、抵抗で電流検出して制御をかける必要があります。精度をどこまで必要とするかですが、ソフトで補正をかけられるなら５Ｖ定電圧を加えても変化はします。全体を５Ｖ単電源で製作するのならこの方法がいいでしょう。
さらに、センサにばらつきがありますので、回路に電圧を加算してオフセット調整が必要で本来回路で組みますが、これもソフトで実施するのが良いと思います。

初心者との事で、設計要素が相当含まれますので精度を上げると色々検討しなければいけない問題があります。センサの持っている誤差をどう処理するかなどです。まずは、上記内容をキーワードに回路を考えて見てください。
その上で最後まで製作できるかどうか判断願います。