Wie verdrahtet man eine 3-Draht-Wägezelle / einen Dehnungsmessstreifen und einen Verstärker?

Ich habe einen 3-Draht- Lastsensor , der so aussieht:

Ich versuche, es mit meinem Arduino zu verbinden, um Gewichtsveränderungen zu erkennen. Soweit ich weiß, sind die Spannungsänderungen so gering, dass der Arduino die Änderungen nicht erkennen kann, ohne die Spannung zu verstärken. Also habe ich bei Radio Shack einen 8-poligen LM741CN-Operationsverstärker gekauft , der ungefähr so aussieht:

Ich habe dieses Video gefunden , das zeigt, wie man alles verkabelt. Ich kann jedoch den Schaltplan nicht herausfinden und warum sie zwei Lastsensoren anstelle von nur einem verwenden. Sie erwähnen auch Widerstände, aber ich bin mir nicht sicher, warum sie sie verwenden (und warum die von ihnen gewählten Größen) oder wo sie in der Schaltung platziert werden sollen.

Kann mir bitte jemand helfen, herauszufinden, wie ich dieses Ding verkabeln kann, um Spannungsänderungen zu erkennen? Gibt es auch eine Möglichkeit, dies mit nur einem dieser Sensoren zu tun? Folgendes habe ich bisher getan:

Der Verstärker hat auch einige Pins, die ich nicht verstehe: Offset null, NC. Wofür sind diese Stifte? Soll ich sie benutzen?

Update: Jetzt arbeite ich mit einem Instrumentenverstärker ( AD623 ). Ich habe jetzt auch einen 4-Draht-Lastsensor, mit dem ich spiele. Ich kann es immer noch nicht zum Laufen bringen, aber ich dachte, ich würde versuchen, das zu verstehen, bevor ich zum 3-Draht-Lastsensor übergehe.

Der Dehnungsmessstreifen ist ein variabler Widerstand. Daher besteht Ihre erste Idee darin, einen Widerstandsteiler mit einem zweiten festen Widerstand zu bauen, um die Schwankungen als Spannungsänderung zu erkennen.
Leider sind Dehnungsmessstreifen sehr unempfindliche variable Widerstände, deren Widerstand sich nur sehr wenig ändert, wenn sie belastet werden . Ein Widerstandsteiler ist bei weitem nicht empfindlich genug, um die Änderungen zu erfassen. Wir brauchen also einen anderen Ansatz.
Eine Wheatstone-Brücke ist die Lösung.

Der Dehnungsmessstreifen bildet zusammen mit R2 immer noch einen Widerstandsteiler. Wie unterscheidet sich das? Nehmen wir an, dass alle Widerstände den gleichen Wert haben, der dem Widerstand des Dehnungsmessers in Ruhe entspricht. Dann ist die Spannung am Spannungsmesser Null anstatt der Hälfte der Stromversorgung. Da unser Messwert auf Null bezogen ist, können wir ihn leicht verstärken, um eine höhere Empfindlichkeit für die gesamte Schaltung zu erhalten.
Oli erwähnte den Differenzverstärker , aber das wird nicht ausreichen. Wir wollen den Messwert nicht beeinflussen, indem wir ihn belasten, wie es der Differenzverstärker tun würde. Wir brauchen einen Instrumentenverstärker , der ein Differenzverstärker mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz ist. Dies ist die am häufigsten verwendete Instrumentenverstärkerkonfiguration.

$R_G$$\times$$\times$

Wie schließen wir nun den Dehnungsmessstreifen an, weil er drei Drähte hat, nicht die beiden wie im obigen Schema? Auch hier nützt das Datenblatt nichts, aber Sie verbinden es wahrscheinlich so:

$R_{WIRE 1}$

$WIRE 1$$WIRE 3$

Sie verbinden die Spannungsmesseranschlüsse der Wheatstone-Brücke mit den Eingängen des Instrumentenverstärkers.

Bilder von dieser Website

Ich werde das Schaltungsdesign nicht kommentieren, da dies viel Aufmerksamkeit zu erregen scheint, aber ich habe ein Projekt erstellt, bei dem ich eine Personenwaage gehackt habe, damit sie netzwerkfähig ist und einen Webserver hat, der das aktuelle Gewicht bedient, und ich Ich habe ein paar Gedanken darüber, wie ich das Ganze zusammenstellen kann.

Um eine ungefähre Vorstellung davon zu bekommen, wie die Verstärkung eingestellt werden soll, bauen Sie zuerst den Dehnungsmessstreifen, schalten Sie ihn ein und verwenden Sie ein Multimeter (das viel empfindlicher als die ADCs Ihres Arduino ist), um den Ausgang zu messen Spannung von Ihrem Dehnungsmessstreifen mit der maximal zu erwartenden Last. Wenn Sie dann Ihre Verstärkerschaltung aufbauen, können Sie Verstärkungswiderstände auswählen, die die maximale Ausgangsleistung des Verstärkers auf 5 V bringen (das ADC-Beispiel des Arduino 0-5 V), und Sie werden den größten Bereich aus Ihrem ADC herausholen.

Der Grund dafür ist, dass der Bereich und die Auflösung der ADCs begrenzt und diskret sind. Wenn Sie also mit der 10-Bit-Auflösung der ADCs des AVR 0-1000 Pfund messen möchten, sind Sie bestenfalls auf a genau Pfund, wenn das Ausgangssignal Ihres Verstärkers von 0 bis 5 V geht, wenn das Gewicht von 0 bis 1000 Pfund zunimmt. Wenn Sie es nur halbherzig machen oder mit den Verstärkungswiderständen raten oder mit reinem Versuch und Irrtum beginnen und sich langweilen und nicht den vollen Bereich nutzen, werden Sie die Genauigkeit wegwerfen. Angenommen, Sie basteln einen Verstärker zusammen und er gibt nur 0-2,5 V aus. Dann werfen Sie die Hälfte der Reichweite weg und sind nur auf 2 Pfund genau. für den gleichen 1000 lb. Bereich.

Es hängt jedoch vom Projekt ab und davon, wie wichtig es Ihnen ist. Als ich meine gehackte Waage baute, brauchte ich einen Bereich von 0 bis 200 Pfund, aber ich war nicht sehr besorgt um die Genauigkeit. Grundsätzlich war es mein Ziel festzustellen, ob ein Behälter auf der Waage leer oder voll war, mit einer möglicherweise sehr niedrigen Auflösung darüber hinaus wie 1/8 voll, 3/4 voll, so etwas. Ich habe gerade die einfachste Einzelverstärker-Differenzverstärkerschaltung gebaut, die ich mit dem ersten Niederspannungsverstärker finden konnte, den ich in meiner Teiletasche hatte, wobei die Verstärkung so eingestellt war, dass der ADC bei ~ 200 lbs gesättigt ist. Selbst mit dieser supereinfachen Konstruktion ist sie überraschend genau und linear, sicherlich gut für das Pfund (es ist erheblich besser als das, aber ich brauchte nicht einmal Pfund-Genauigkeit, also habe ich beim Kalibrieren Gewicht in Schritten von 5 Pfund hinzugefügt, um zu bauen meine Tabelle der Kalibrierungsdaten).

Schema auf Anfrage hinzugefügt:

Dies ist mehr oder weniger das Schema für die Schaltung, die ich gebaut habe, aber ich habe es auf einem lötfreien Steckbrett zusammengestellt, so dass hoffentlich nicht zu viel Feldtechnik in dem steckt, was ich tatsächlich arbeite. Der gelöschte Teil war ein zusätzlicher Widerstand und ein Potentiometer, die in der Lage sein sollten, den Dehnungsmessstreifen so abzustimmen, dass der Ausgang ohne Last genau 0 V betrug, aber ich bekam eine sehr leichte positive Spannung, egal was ich tat, und das war es nicht Es ist nicht wichtig, also habe ich mich nicht darum gekümmert, es zu debuggen. Sig + / Sig- sind die Stellen, an denen die Dehnungsmessstreifen mit dem Verstärkerstromkreis verbunden sind. Ich habe meinen Dehnungsmessstreifen-Schaltkreis nicht gebaut, ich habe die Waage verwendet, daher fühle ich mich nicht so gut mit den Details der Arbeit mit Dehnungsmessstreifen vertraut. Ich habe nur herausgefunden, wie man das verwendet, was da war. Meins hatte zwei Paar Messgeräte und jedes Paar hatte einen V + -, V- und Signaldraht.

Die Widerstandswerte in meiner Schaltung bedeuten Ihnen nicht unbedingt etwas, da sie ausgewählt wurden, um die von mir benötigte Verstärkung zu erzielen. Wählen Sie Ihre nach Ihren Bedürfnissen.

Hinweis - Ich habe den unteren Teil als weitere Option verlassen, da ich den Paketunterschied nicht sofort bemerkt habe. Bearbeiten Sie immer noch nicht ganz sicher, wie viele Opamps verfügbar sind.

Vielleicht möchten Sie sich über die (grundlegende) Opamp-Theorie informieren (auf die ich nicht näher eingegangen bin, da sie an vielen Stellen besser erklärt wird als ich und Bücher füllen kann / kann), bevor Sie dies versuchen, da dies sehr einfach ist Dinge, die schief gehen können (selbst wenn Sie angeblich wissen, was Sie tun) Sie sind nicht wie einige ICs, die "nur funktionieren", und die häufige Quelle großer Frustration für den neuen Benutzer.

Der Teil, auf den Sie verlinken, ist ein Dual- Opamp (zwei Opamps in einem Paket) ohne Offest-Null- oder NC-Pins (Erläuterungen hierzu siehe unten). Hier ist die Pinbelegung aus dem Datenblatt:

Sie können die unten stehende Einzelverstärkeroption weiterhin ausführen. Da Sie jedoch zwei Operationsverstärker haben, ist die Version mit zwei Operationsverstärkern auf Seite 4 des TI-App-Hinweises die bessere Wahl (funktioniert etwas besser, da sie das Eingangssignal nicht so stark beeinflusst). Der Widerstand Werte können mit der Gleichung berechnet werden, streben eine Verstärkung (der Vo-Teil der Gleichung) von> 100 an. Beachten Sie, dass Steven detaillierter auf die Nachteile dieser Option eingeht und sagt, dass dies nicht "genug" sein wird. Ich stimme nicht ganz zu - es ist alles andere als ideal, aber es kann funktionieren, wenn Sie die Verstärkung anpassen, um das Laden zu kompensieren, wie in der oben verlinkten TI-App-Anmerkung erläutert. Das Ergebnis ist jedoch leicht nichtlinear, da sich die Impedanz mit der Eingangsspannung am invertierenden Eingang ändert. Wenn Sie also mehr als einen Operationsverstärker haben, ist der Instrumentenverstärker der richtige Weg.

Einzelne Opamp-Option

Sie müssen einen Differenzverstärker wie folgt herstellen:

Für Ihre Anwendung wären etwa die Werte auf Seite 3 dieses Anwendungshinweises angemessen. Es ist vorzuziehen, dafür einen sogenannten Instrumentenverstärker zu verwenden, der 3 Operationsverstärker verwendet, aber Sie können dafür sorgen, dass es mit einem gut funktioniert. Die Widerstände stellen die Verstärkung des Operationsverstärkers ein.

Die NC bedeutet "No Connect", also mach dir keine Sorgen um diesen Pin. Der Versatz Null wird verwendet, um den sehr kleinen Versatz (normalerweise mV oder so) zwischen den beiden Eingängen zu trimmen (hätte idealerweise keinen Versatz).

Hinweis - Eine sehr ähnliche Frage wurde hier vor einigen Tagen gestellt. Der Fragesteller verwendete einen Instrumentenverstärker mit 3 Operationsverstärkern, der jedoch weiterhin informativ sein sollte.

Versuchen Sie, die Spannung an einem der beiden Dehnungsmessstreifen umzukehren. Dies hat den Effekt, dass das Ausmaß der Spannungsänderung verdoppelt wird. Wenn sie gleich verdrahtet werden, wird an beiden Verstärkereingängen die gleiche Spannung erzeugt, die der Differenz Null entspricht.