3-Draht-Wägezellen und Weizensteinbrücken aus einer Personenwaage

Ich bin an einem 4H-Projekt beteiligt, das einige Gewichtsmessungen mit Bienenstöcken durchführen möchte, und versuche, einige 3-Draht-Lastsensoren zu finden, um genau das zu tun.

Ich habe vier 3-Draht-Sensoren (Lastsensoren / Dehnungsmessstreifen) von einer Personenwaage (jeder Sensor befand sich an einer Ecke). Jeder Sensor hat ein rotes, schwarzes und weißes Kabel. Der Widerstand zwischen dem roten Draht und dem schwarzen oder weißen Draht beträgt 1 kOhm. Der Widerstand zwischen den weißen und schwarzen Drähten beträgt 2 kOhm (der Widerstand zwischen den Leitungen meiner Wägezellen und jeder ergab R-> B = 1K, R-> W = 1K, B-> W = 2k).

Aus diesem Grund wurde mir gesagt, dass jeder 3-Draht-Lastsensor die Hälfte einer Wheatstone-Brücke darstellt (jeder Sensor enthält zwei 1k-Widerstandsbeine).

Ich kann mich mit der einzelnen Weizensteinanwendung beschäftigen, bin aber verwirrt, wie eine Waage aus zwei Weizensteinbrücken funktionieren würde. Meine Frage ist, wenn dies so ist, warum für eine Waage zwei Wheatstone-Brücken erforderlich sind (denken Sie daran, dass alle vier 3-Draht-Sensoren von einer Personenwaage stammen).

Die Dehnungsmessstreifenelemente haben einen positiv spannungsempfindlichen Teil und einen negativ spannungsempfindlichen Teil. Wenn Sie sie sorgfältig verkabeln, indem Sie sie umdrehen, damit die spannungsempfindlichen Teile die Brücke konstruktiv aus dem Gleichgewicht bringen, können Sie alle vier Sensoren ohne zusätzliche Widerstände verwenden. jonks Link zum Blog-Beitrag unter http://www.nerdkits.com/forum/thread/900/ enthält einen guten Hinweis auf Mongos Diagramm (unten kopiert), und die Kommentare von jonk - user37977 zu jonks Antwort helfen ebenfalls.

Grundsätzlich werden zwei diagonal gegenüberliegende Seiten einer Weizensteinbrücke durch die Elemente mit positiver Dehnung von zwei in Reihe geschalteten Messgeräten gebildet, während die beiden anderen Seiten der Brücke aus den beiden Elementen mit negativer Dehnung gebildet werden.

Durch die Kompression aller Sensoren für positive Dehnung werden die aktiven Widerstände verringert, und die Brücke wird in eine Richtung aus dem Gleichgewicht gebracht. Unter Spannung erhöhen sich die Widerstände bei positiver Dehnung und ziehen die Brücke in die andere Richtung aus dem Gleichgewicht.

Verdrahten Sie alle vier Sensoren in einem großen Ring mit maximalem Widerstand, passenden Farben und ignorieren Sie zunächst die mittleren Abzweigdrähte. Wählen Sie zwei gegenüberliegende Mittelabgriffe als E + und E- und die verbleibenden zwei Mittelabgriffe als S +, S-. Legen Sie die Erregerspannung an E + / E- aus dem obigen Diagramm und lesen Sie eine kraftempfindliche Spannungsdifferenz über S + / S- ab.

Unter /electronics//a/75717/30711 finden Sie einen guten Schaltplan und Arduino Leonardo + 3-Draht-Wägezellen + INA125P - Analoges Signal Bounce / Noise für ein Schaltbild der farbigen Drähte, die zu einer Wheatstone-Brücke kombiniert werden.

Bearbeiten: Eigentlich bin ich mir nicht sicher, ob die drei Drahtwägezellen von OP nur einen aktiven Dehnungsmessstreifen haben, wie in Mongos Diagramm. Wenn sie wie die 50-kg-Wägezelle von SparkFuns https://www.sparkfun.com/products/10245 oder Ebays http://www.ebay.com/itm/4pcs-Body-Load-Scale-Weighing-Sensor-Resistance sind -Strain-Halbbrücken-Sensoren-50kg- / 251873576571 Sie haben möglicherweise eine Druck- und Zuglehre auf der Oberseite. Die Ebay-Site hat ein Diagramm wie:

... was einen positiven Dehnungsmesser auf dem Rot-Weiß und eine negative Dehnung auf dem Rot-Schwarz anzeigt. (Beachten Sie, dass die Farbreihenfolge in diesem Diagramm nicht mit der Farbreihenfolge in diesem Bild übereinstimmt. Ich habe ein ähnliches Messgerät mit blau-rot-schwarzen Farben, und der positive Dehnungsmessstreifen ist das rechte Paar, links negativ.) Das Messgerät Die Oberfläche der Mittelstange zwischen den von Angesicht zu Angesicht gekoppelten E im Sensor sollte wie eine Parallelstange wirken und Teile aufweisen, die unter Druck und unter Spannung stehen und nicht nur unter Spannung. Im Querschnitt ist der Messstab in der Mitte eine Art Querstück in einer Z-förmigen Feder. In diesem Fall stehen sich die Stämme gegenüber und, wenn sie gut hergestellt sind, Die Verringerung des Widerstands im negativen Dehnungsabschnitt gleicht die Widerstandszunahme im positiven Dehnungsabschnitt aus, und der gesamte Weiß-Schwarz-Widerstand sollte konstant sein. Die Brücke muss noch so eingerichtet werden, dass sich die Spannungsteiler bei zusätzlicher Last in entgegengesetzte Richtungen bewegen, und 4 Geräte, die in einer Weiß-Weiß- und einer Schwarz-Schwarz-Schleife verdrahtet sind, sollten wie oben funktionieren.

Hier ist ein Schema mit den Anzeigen 1 bis 4 als G1, G2, G3, G4 gemäß den obigen Spezifikationen, wobei eine Anregung auf die Rottöne G1 und G3 angewendet und die Signale von den Rottönen G2 und G4 abgelesen werden. Das G4-Messgerät ist etwas belastet, wobei eine positive Dehnung den G4 + -Widerstand erhöht und eine negative Dehnung den G4- -Widerstand verringert. Idealerweise würde das Laden von G4 mit 25 kg das 0,5 mV / V-fache seiner 2,5 V-Erregerspannung erzeugen, 1,250 mV über Sig + / Sig- erzeugen und R8 auf 1001 Ohm dehnen und R7 wie gezeigt auf 999 Ohm komprimieren. Man könnte die Empfindlichkeit um den Faktor 4 erhöhen, indem man V1 auf die 20V (= 2 * 10V) -Spezifikation erhöht (Die Schaltplan- / Simulatorsache ist ziemlich cool.)

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Mit nur zwei Geräten sollte man Weiß-Schwarz und Schwarz-Weiß einhaken, eine Erregerspannung zwischen diesen beiden Übergängen anlegen und die Unterschiede zwischen den Rottönen ablesen, wenn eine erhöhte Last eine Seite hoch und die andere Seite niedrig zieht.

Wenn alle Halbbrückensensoren ihren Widerstand beim Anlegen einer Last genau gleich ändern würden, können Sie sehen, dass sie parallel montiert werden könnten - der effektive End-to-End-Widerstand würde von 2 kOhm auf 1 kOhm fallen, aber das ist von Keine Konsequenz für eine Brückenmessschaltung. Selbst wenn es Unterschiede im Widerstand zwischen zwei parallelen Geräten gibt, würde ich darauf wetten, dass der eingeführte Fehler unbedeutend ist.

Vielleicht haben sie zwei Wheatstone-Brücken und zwei Differenzverstärker verwendet und die Signale intern summiert, um einen Durchschnitt zu erhalten, aber ich bezweifle dies, weil die Kosten für sie ein Problem darstellen würden.

Warum konnten sie nicht zwei Halbbrücken und zwei Dummy-Wägezellen verwenden? Es ist wahrscheinlich billiger und genauer, vier Halbbrücken zu verwenden.

Ich denke, Omega könnte eine mögliche Erklärung und ein Schema diskutieren.

Vier Dehnungsmessstreifen werden verwendet, um maximale Empfindlichkeit und Temperaturkompensation zu erzielen. Zwei der Messgeräte stehen normalerweise unter Spannung und zwei unter Druck und sind mit Kompensationsanpassungen verdrahtet, wie in Abbildung 7-2 dargestellt (siehe unten). Wenn Gewicht angewendet wird, ändert die Dehnung den elektrischen Widerstand der Messgeräte proportional zur Last.

Quelle von Omega für die obige Beschreibung

Ich habe auch einen Blog von 2010 gefunden, der auch helfen könnte.
Blog über das Hacken von Drei-Draht-Messgeräten

Wie Sie diese Arbeit machen, ist, jede Dehnungsmessstreifen in eine vollständige Weizensteinbrücke zu verwandeln, indem Sie feste 1k-Widerstände verwenden, um die andere Hälfte zu bilden. Auf diese Weise nehmen die Waagen das Gewicht an jeder der vier Ecken auf und addieren es, um das Gesamtgewicht auf der Platte zu erhalten.