Як підключити 3-провідний навантажувальний елемент / деформатор та підсилювач?


11

У мене є трижильний датчик навантаження, який виглядає приблизно так:

Три датчика навантаження на дріт

Я намагаюся передати це своєму Arduino, щоб виявити зміни у вазі. Як я розумію, зміни напруги настільки малі, що Arduino не може виявити зміни без посилення напруги. Тому я придбав 8-контактний Op-Amp LM741CN у Radio Shack, який виглядає приблизно так:

8-контактний підсилювач Op-Amp

Я знайшов це відео, в якому показано, як все передати. Однак я не можу зрозуміти схематично і чому вони використовують два датчики навантаження замість одного. Вони також згадують резистори, але я не впевнений, чому вони використовують їх (і чому саме вибрані розміри) або де в ланцюзі їх поставити.

Може хтось, будь ласка, допоможе мені розібратися, як підключити цю річ, щоб виявити зміни напруги? Також, чи є спосіб це зробити, використовуючи лише один із цих датчиків? Це те, що я робив до цього часу:

Схема датчика навантаження Arduino

У підсилювачі також є кілька штифтів, які я не розумію: Зсув нуля, NC. Для чого ці шпильки? Чи варто їх використовувати?

Оновлення: Зараз я працюю з підсилювачем приладу ( AD623 ). Зараз у мене є 4-провідний датчик навантаження, з яким я граю. Досі не можу змусити його працювати, але я подумав, що спробую це зрозуміти, перш ніж перейти на трипроводовий датчик навантаження.


2
Ваш датчик майже напевно є «напівмостом» з двох тензодатчиків - вони утворюють праву руку двох резисторів у першій схемі Стівена - тобто «R2» та «деформатор», як він їх позначає. Один провід буде вершиною мостового з'єднання, один - нижньою частиною мостового з'єднання і один - загальним з'єднанням між ними. Вимірювання між двома проводами за час, загальний для верху та загальний для низу, буде однаковим опором. наприклад, провідникові назви TBC (верхній низ звичайний). T до C = R, B до C = R, T до B = 2R. Підключіть загальне праворуч до середини мосту, підключіть T&B до верху та знизу.
Рассел Макмахон

Я згоден, схожий на півміст, а проводка на схемі виглядає нормально. Просто резистори (і, можливо, обхідні / компенсаційні ковпачки - у питанні підсилювача приладу ми виявили, що він коливається ..) відсутні. Безперечно підтвердження номера деталі (тобто одиничного / подвійного) було б корисним.
Олі Глазер

1
Міняйте червоним і зеленим кольором для одного з датчиків навантаження - ви хочете, щоб два напівмости переміщували входи в протилежні сторони зі збільшенням навантаження. Не 20 кг на одному мінус 20 кг на іншому датчику дає нульову різницю.
Дейв X

Відповіді:


11

Тензодатчик є змінним резистором, тому ваша перша ідея може побудувати дільник резистора з другим, нерухомим резистором, щоб виявити коливання як зміна напруги.
На жаль, тензодатчики - це дуже нечутливі змінні резистори, опір яких змінюється лише дуже мало, коли на них наноситься вага. Роздільник резистора недостатньо чутливий для виявлення змін. Тож нам потрібен інший підхід.
Рішення є пшеничним мостом .

Міст пшеничний

Тензодатчик разом з R2 все ще утворюють резисторний дільник, так чим це відрізняється? Припустимо, що всі резистори мають однакове значення, рівне опору тензодатчиків у спокої. Тоді напруга на метрі напруги буде нульовим замість половини джерела живлення. Оскільки на наше читання посилається нуль, ми можемо легко підсилити його, щоб отримати більш високу чутливість для повної схеми.
Олі згадав про диференціальний підсилювач , але цього буде недостатньо. Ми не хочемо впливати на читання, поклавши на нього навантаження, як би диференціальний підсилювач. Нам потрібен підсилювач приладів , який є диференціальним підсилювачем з дуже високим вхідним опором. Це найбільш використовувана конфігурація підсилювача приладів,

введіть тут опис зображення

RG××

Тепер, як ми з'єднаємо тензодатчик, оскільки він має три дроти, а не два, як у наведеній схемі? Знову таблиця тут не корисна, але ви, ймовірно, з'єднуєте її так:

введіть тут опис зображення

RWIRE1

WIRE1WIRE3

Ви підключаєте з'єднання лічильника напруги мосту Wheatstone до входів підсилювача приладів.


зображення з цього веб-сайту


Дякую за вашу відповідь. Я все ще повністю розгублений. Я не розумію, як читати ці схеми. Що означає V з колом навколо нього? Чи означають зигзагоподібні резистори? Які розміри повинні бути. Де підсилювач у вашій останній схемі? Як би я підключив цю схему до підсилювача?
Андрій

@Andrew - V у колі є символом вольтметра, тут він вказує між двома точками, які ви будете вимірювати, тож ці точки є входами для підсилювального приладу. Зигзагоподібні лінії - це резистори. R1 = R3, точне значення не дуже важливо, візьмемо для прикладу 10k. Ваш R2, можливо, є частиною датчика, тоді ви підключаєте 3 дроти вгорі, праворуч і внизу моста.
stevenvh

Я думаю, я пропустив частину про "підсилювач приладів". Я не усвідомлював, що це не те саме, що Op-Amp. Я, мабуть, повинен почати там, перш ніж намагатися витрачати свій час на електромонтаж, що не спрацює. Де можна придбати кілька з них? І які з них найкраще підійдуть для моєї заявки?
Андрій

@Andrew - Ви можете придбати вбудовані підсилювачі, як INA128 , але вони дорогі. Ви також можете створити їх самостійно з 3-х підсилювачів, але я б не використовував 741 для цього. Квадратний підсилювач як LF347 - набагато кращий вибір. Продається в кожному пристойному магазині електроніки. Наприклад, в Інтернеті на Digikey або Mouser.
stevenvh

Зараз у мене є підсилювач для приладів (AD623) для роботи. Зараз у мене є 4-провідний датчик навантаження, з яким я граю. Досі не можу зрозуміти, як підключити його (зокрема, як встановити коефіцієнт посилення на підсилювачі), але я подумав, що спробую зрозуміти 4-провідний канал, перш ніж перейти на 3-провідний датчик навантаження. Не могли б ви допомогти мені зрозуміти, як підключити датчик навантаження до підсилювача та встановити посилення?
Андрій

8

Я не буду коментувати дизайн схеми, оскільки це, мабуть, привертає до себе багато уваги, але я створив проект, де я зламав масштаб ванної кімнати, щоб вона була включена в мережу і має веб-сервер, який обслуговуватиме поточну вагу, і я майте кілька думок про те, щоб скласти всю справу разом.

Перш ніж будувати підсилювач, щоб отримати грубе уявлення про те, як встановити коефіцієнт посилення, спочатку побудуйте ланцюг тензодатчиків, увімкніть його та використовуйте мультиметр (який набагато більш чутливий, ніж АЦП ваших Arduino) для вимірювання виходу напруга від вашої схеми тензодатчиків із застосуванням максимального очікуваного навантаження. Тоді, коли ви будуєте свою схему підсилювача, ви можете вибрати резистори посилення, які забезпечують максимальний вихід підсилювача до 5В (зразок АЦП Arduino 0-5V), і ви отримаєте максимальний діапазон з АЦП.

Причиною цього є те, що діапазон та роздільна здатність АЦП є обмеженими та нерозбірливими, тому, якщо ви хочете виміряти 0-1000 фунтів, з 10-бітовою роздільною здатністю АЦП AVR, ви в кращому випадку будете точні до фунт, якщо вихідний сигнал вашого підсилювача йде від 0-5В, оскільки вага збільшується від 0-1000 фунтів. Якщо ви просто наполовину вгадуєте це чи вгадуєте з резисторами посилення, або починаєте з чистої пробної та помилкової помилок і набридаєте і не використовуєте весь діапазон, ви викинете точність. Скажімо, ви спільно обмотуєте підсилювач і він виводить лише 0-2,5 В, тоді ви будете викидати половину дальності і тільки з точністю до 2 фунтів. за той самий діапазон 1000 фунтів.

Це залежить від проекту і від того, наскільки ви дбаєте. Коли я будував свою зламану шкалу, мені знадобився діапазон 0-200 фунтів., Але я не дуже переймався точністю. В основному, моя мета полягала в тому, щоб визначити, чи є контейнер на шкалі порожнім чи повним, з, можливо, дуже низькою роздільною здатністю, що перевищує, як 1/8 повний, 3/4 повний, така штука. Я щойно побудував найпростішу схему диференціального підсилювача одиночного підсилювача, яку я міг знайти з першим низьковольтним підсилювачем, який у мене був у мішку з частинами, з набором посилення, щоб він насичував АЦП на рівні 200 фунтів. Навіть при цій надпростій конструкції вона напрочуд точна і лінійна, безумовно, хороша на фунт (це значно краще, ніж це, але мені навіть не потрібна була точність фунта, тому коли я її калібрував, я додав ваги з кроком 5 фунтів. моя таблиця даних калібрування).

Схематично додано запитом: введіть тут опис зображення

Це більш-менш схема для схеми, яку я побудував, але я склав її на безпаяльній макеті, тому, сподіваюся, не було занадто багато польової техніки в тому, що я насправді працюю. Видалена частина була додатковим резистором і потенціометром, який повинен був вміти налаштувати ланцюг тензометрів, так що вихід був рівно 0 В без навантаження, але я закінчився дуже незначною позитивною напругою, що б я не робив, і це не було Значно, тому я не намагався налагодити це. Sig + / Sig- - там, де тензодатчики підключені до ланцюга підсилювача. Я не будував свою тензометричну схему, я використовував шкалу, тому насправді не відчуваю, що знаю про деталі роботи з тензодатчиками, я просто зрозумів, як використовувати те, що там. У шахти було дві пари датчиків, і кожна пара мала V +, V- та сигнальний провід.

Значення резистора в моєму ланцюзі не обов'язково означають для вас нічого, тому що вони були вибрані для отримання необхідного мені прибутку. Вибирайте свою відповідно до своїх потреб.


Описаний вами проект точно такий же, як і те, що я намагаюся будувати! Єдина відмінність полягає в тому, що я вимірюю зміни в ємності з кавою на 5 фунтів . У мене є ванна кімната (з чотирма датчиками навантаження 3-х провідних) і тепер кухонна шкала з одним, 4-провідним датчиком. Я просто не можу зрозуміти, як підключити цей підсилювач. Чи можете ви надати схему електромонтажу (просту в дотриманні)?
Андрій

Ви згадали, що вам вдалося обійтись одним підсилювачем. Мені дуже цікаво почути, як ви це зробили. "In-Amps" здається мені занадто дорогим для цього проекту.
Андрій

Гаразд, я думаю, я розумію. У вас є чотири резистори і підсилювач? Ви згадали, що ви вибрали резистори виходячи з необхідного посилення. Як би я скоригував значення (які з них я б змінив), якби я хотів, щоб посилення було вище / нижче?
Андрій

У статті Вікіпедії про диференційні підсилювачі є рівняння для обчислення коефіцієнта підсилення. Я використав спрощений випадок, коли R1 = R2 і Rf = Rg, тому в моєму випадку 100K / 4K = посилення 25.
Suboptimus

Дивовижно! Дякую! Це має набагато більше сенсу!
Андрій

2

Примітка - я залишив нижню частину , як інший варіант , як я не помітив різниці в пакет відразу .. правити ще не зовсім впевнений , скільки операційних підсилювачів доступні.

Можливо, ви захочете прочитати про (базову) теорію opamp (яку я не вдавався, як це пояснюється краще, ніж я можу в багатьох місцях , і можу / можу заповнити книги), перш ніж спробувати щось із цього, оскільки це дуже легко справи йдуть не так (навіть коли ти нібито знаєш, що ти робиш). Вони не схожі на деякі ІМС, які "просто працюють", а часте джерело багатьох розчарувань у нового користувача.

Частина, на яку ви посилаєтесь, - це подвійний операційний підсилювач (два оппамп в одному пакеті), не маючи нульових або NC-штифтів (див. Пояснення нижче).

введіть тут опис зображення

Ви можете зробити варіант одного підсилювача нижче, але, оскільки у вас є два opamps, два варіанти opamp на сторінці 4 примітки програми TI є кращим вибором (працює трохи краще, оскільки це не впливає на вхідний сигнал сильно) Резистор значення можна опрацювати за допомогою рівняння, націлити на коефіцієнт підсилення (частина V рівняння)> 100. Зауважимо, що Стівен детальніше розглядає недолік цього варіанту, і каже, що його буде "недостатньо". Я не згоден цілком - це далеко не ідеально, але це може спрацювати, якщо ви відрегулюєте коефіцієнт посилення для компенсації завантаження, як це пояснено в примітці додатка TI, пов'язаному вище. Однак результат буде трохи нелінійним, оскільки імпеданс змінюється при вхідній напрузі на інвертуючому вході. Тож якщо у вас є більше одного підсилювача, підсилювач приладів - це шлях.

Опціонний варіант

Вам потрібно зробити диференціальний підсилювач:

Приклад Диференціального операційного вікі

Для вашої програми було б доречним щось на зразок значень на сторінці 3 цієї примітки. Переважно використовувати для цього щось, що називається підсилювальним приладом, що використовує 3 opamps, але ви можете змусити його працювати добре з одним. Резистори встановлюють посилення підсилювача.

NC означає «Без підключення», тому не хвилюйтеся з приводу цього штифта. Зсув нуля використовується для обрізки дуже невеликого зміщення (як правило, мВ або близько того) між двома входами (в ідеалі не було б зрушення)

Зауважте - дуже схоже питання тут було задано кілька днів тому. Запитувач використовував 3 підсилювальний пристрій підсилювача, але це все одно має бути інформативним.


На жаль, посилання на підсилювач не є фактичним підсилювачем, з яким я працюю. Я отримав своє від Radio Shack.
Андрій

@Andrew - це має велике значення. Нам потрібно знати номер деталі, щоб можна було точно порадити, оскільки існує багато різновидів операційних підсилювачів з багатьма різними розрізами (наприклад, 1,2,3,4 opamps за упаковку, офсетні шпильки присутні / немає, контакт 3 може бути Vout з одного боку та + Vin з іншого) Деякі не будуть особливо придатними для цього додатка. Який точний код надруковано на вашому opamp?
Олі Глазер

@Andrew - Якщо ви хочете створити підсилювач приладу з двома підсилювачами з додатка, на який звертається Oli, зверніть увагу, що посилення, подане в додатку, неправильне. Виправлене рівняння тут
stevenvh

@Stephen - добре помічений, справді. Він спирається на те, що R1 = 2 = 3 = 4 є рівними, але в примітці він задається як R1 = R2, а R3 = R4. Включаючи термін R3, це дозволяє.
Олі Глазер

2
LM741! Тьфу. Якщо у вас все ще є в упаковці, я поверну його; 741 подібні до моделі T підсилювачів - їм віком понад 40 років, і їх потрібно вимагати, щоб вони поставили попередження на упаковці.
Jason S

1

Спробуйте повернути напругу до одного з двох тензодатчиків. Це призводить до подвоєння величини зміни напруги. Підключення їх однаково генерує ~ однакову напругу на обох входах підсилювача, що дорівнює нульовому диференціалу.


2
Чи можете ви пояснити це трохи далі, зараз це здається більше коментарем.
Кортук

Датчики містять два тензодатчики, один у напрузі та один у стисканні. Підключення обох датчиків паралельно, при рівних навантаженнях, змінить як інвертуючий, так і неінвертуючий вхід на однакову кількість, відкинувши збільшене навантаження, як шум у звичайному режимі. Як зазначено, схема вимірює різницю навантажень на два датчика.
Дейв X
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.