Sel muatan 3-kawat dan jembatan wheatstone dari skala kamar mandi

10

Saya terlibat dengan proyek 4H mencari untuk mengambil beberapa pengukuran berat dengan sarang lebah dan saya mencoba mencari tahu beberapa sensor beban 3-kawat untuk melakukan hal itu.

Saya memiliki empat sensor 3-kawat (sensor beban / pengukur regangan) dari satu skala kamar mandi (masing-masing sensor berada di sudut). Setiap sensor memiliki kabel merah, hitam dan putih. Resistansi antara kabel merah dan kabel hitam atau putih adalah 1 k ohm. Resistansi antara kabel putih dan hitam adalah 2k ohm (resistansi antara lead pada sel beban saya dan masing-masing datang dengan R-> B = 1K, R-> W = 1K, B-> W = 2k).

Karena itu, saya diberi tahu setiap sensor beban 3-kawat mewakili 1/2 dari jembatan Wheatstone (masing-masing sensor berisi dua kaki resistan 1k).

Saya bisa mendapatkan kepala saya di sekitar aplikasi batu gandum tunggal tetapi saya bingung bagaimana skala akan bekerja ketika dibuat dari dua jembatan batu gandum. Pertanyaan saya adalah, jika demikian, mengapa skala membutuhkan dua jembatan Wheatstone (ingat, keempat sensor 3-kawat berasal dari satu skala kamar mandi)?

pengguna37997
sumber
Sensor beban skala kamar mandi tiga kawat memiliki dua elemen resistif, satu di antaranya peka terhadap kekuatan dan yang lainnya tidak. Dengan Anda, ketuk tengah adalah kabel merah, tetapi tidak jelas apakah yang peka terhadap gaya adalah R-> B atau R-> W.
Dave X
1
Orang itu memberi tahu Anda sesuatu yang menyesatkan. Setiap sensor bisa jadi setengah dari jembatan, tetapi Anda mungkin ingin menganggap masing-masing sensor sebagai dua perempat, atau dua per delapan jembatan dan Anda ingin mendistribusikan bagian variabel-tahan dari sensor untuk membuat jembatan yang seimbang dan sensitif. yang mengukur apa yang Anda inginkan.
Dave X
1
Ingat bahwa sensor skala jenis kamar mandi ini memiliki waktu dan suhu yang tidak ditentukan sehingga tidak ideal untuk aplikasi di tempat. Mereka dimaksudkan untuk kembali nol sebelum membaca masing-masing sehingga melakukan pekerjaan mengkarakterisasi perangkat sebelum membuat pilihan yang mahal.
KalleMP

Jawaban:

13

Elemen-elemen pengukur regangan hadir dengan bagian yang sensitif terhadap stres secara positif dan bagian yang sensitif terhadap stres secara negatif. Jika Anda memasang mereka dengan hati-hati dengan membalikkannya sehingga bagian yang peka terhadap stres tidak seimbang jembatan secara konstruktif, Anda dapat menggunakan keempat sensor tanpa resistor tambahan. Tautan jonk ke posting blog di http://www.nerdkits.com/forum/thread/900/ memiliki petunjuk yang bagus dengan diagram Mongo (disalin di bawah), dan komentar jonk - user37977 pada jawaban jonk juga membantu.

Pada dasarnya, dua sisi yang berlawanan secara berlawanan dari jembatan batu gandum dibentuk oleh elemen regangan positif dari dua alat pengukur yang dihubungkan secara seri, sedangkan dua sisi jembatan lainnya dibentuk dari dua elemen regangan negatif.

Dengan kompresi pada semua sensor regangan positif, resistansi aktif berkurang, dan itu menarik jembatan tidak seimbang satu arah, dan di bawah tekanan, resistansi regangan positif meningkat, menarik jembatan tidak seimbang dengan cara lain.

Foto Mondo dari pos blog

Sambungkan keempat sensor dalam cincin besar dengan resistansi maksimum, warna senada, dan awalnya mengabaikan kabel keran tengah. Pilih dua ketukan tengah yang berlawanan sebagai E + dan E-, dan dua ketukan tengah yang berlawanan sebagai S +, S-. Letakkan tegangan eksitasi pada E + / E- dari diagram di atas dan baca perbedaan tegangan peka gaya di S + / S-.

Lihat https://electronics.stackexchange.com/a/75717/30711 untuk skema yang baik dan Arduino Leonardo + 3 kawat Load Cells + INA125P - Analog Bounce / Noise untuk diagram kabel dari kabel berwarna yang bergabung menjadi jembatan batu gandum.

Sunting: Sebenarnya, saya tidak yakin apakah tiga sel beban kawat OP hanya memiliki satu pengukur regangan aktif seperti pada diagram Mongo. Jika mereka seperti sel beban 50kg dari https://www.sparkfun.com/products/10245 atau Ebay's http://www.ebay.com/itm/4pcs-Body-Load-Scale-Weighing-Sensor-Resistance -Strain-Half-bridge-Sensor-50kg- / 251873576571 mereka harus memiliki pengukur kompresi dan ketegangan baik di permukaan atas. Situs Ebay memiliki diagram seperti:

three-wire 50kg load cell ... yang menunjukkan strain gauge positif pada merah-putih, dan strain negatif pada merah-hitam. (perhatikan bahwa urutan pewarnaan dalam diagram ini tidak cocok dengan urutan pewarnaan dalam gambar ini. Saya memiliki pengukur serupa dengan warna biru-merah-hitam, dan pengukur regangan positif adalah pasangan yang tepat, negatif di sebelah kiri.) The gauged permukaan di bar tengah antara E 'tatap muka digabungkan dalam sensor harus bertindak seperti bar paralel dan memiliki bagian di bawah kompresi dan di bawah ketegangan, bukan murni di bawah ketegangan. Pada potongan melintang, bilah yang diukur di bagian tengah adalah semacam potongan melintang di pegas berbentuk Z. Dalam hal ini, strain saling berseberangan, dan, jika diproduksi dengan baik, pengurangan resistansi pada bagian regangan negatif akan mengimbangi peningkatan resistansi pada regangan regangan positif dan total resistansi putih-hitam harus konstan. Satu masih perlu mengatur jembatan sehingga pembagi tegangan bergerak dalam arah yang berlawanan dengan beban tambahan, dan 4 perangkat kabel dalam lingkaran putih ke putih dan hitam ke hitam harus bekerja seperti di atas.

Berikut adalah skema dengan pengukur 1-4 sebagai G1 G2, G3, G4 per spesifikasi di atas, menerapkan eksitasi pada merah G1 dan G3, dan membaca sinyal dari merah G2 dan G4. Pengukur G4 dimuat sedikit dengan beberapa galur positif meningkatkan resistansi G4 +, dan beberapa galur negatif mengurangi resistansi G4. Idealnya, memuat G4 dengan 25kg akan menghasilkan 0,5mV / V kali tegangan eksitasi 2,5V, menghasilkan 1,250mV di Sig + / Sig-, dan meregangkan R8 menjadi 1001 ohm dan mengompresi R7 ke 999 ohm seperti yang ditunjukkan. Seseorang dapat meningkatkan sensitivitas dengan faktor 4 dengan meningkatkan spesifikasi V1 hingga 20V (= 2 * 10V) (Skematis / simulator cukup keren.)

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Dengan hanya dua perangkat, satu harus menghubungkan putih-ke-hitam dan hitam-ke-putih, memaksakan tegangan eksitasi dari antara dua persimpangan, dan membaca perbedaan melintasi merah, karena peningkatan beban menarik satu sisi tinggi dan sisi lain rendah.

Dave X
sumber
3

Jika semua sensor setengah jembatan mengubah resistansi mereka persis sama ketika beban diterapkan, dapatkah Anda melihat bahwa mereka dapat dipasang secara paralel - resistansi ujung-ke-ujung yang efektif akan turun dari 2 kohm ke 1 kohm tetapi itu adalah dari tidak ada konsekuensi pada rangkaian pengukuran jembatan. Bahkan jika ada perbedaan dalam resistansi antara dua perangkat paralel maka saya berani bertaruh pada kesalahan yang diperkenalkan menjadi tidak signifikan.

Mungkin mereka menggunakan dua jembatan batu gandum dan dua amplifier diferensial dan menjumlahkan sinyal secara internal untuk mendapatkan rata-rata tetapi saya ragu karena biaya akan menjadi masalah bagi mereka.

Mengapa mereka tidak bisa menggunakan dua jembatan setengah dan dua sel muatan dummy? Mungkin lebih murah dan lebih akurat untuk menggunakan empat setengah jembatan.

Andy alias
sumber
2
Apakah ini jawaban atau dugaan? Berat total pada skala kamar mandi adalah jumlah dari bobot pada masing-masing penyangga (yang tidak harus sama), dan empat penyangga digunakan untuk stabilitas maksimum ketika menginjak atau mematikan timbangan. Oleh karena itu, empat sel beban digunakan, dan outputnya dijumlahkan dengan tepat.
Dave Tweed
@ DaveTweed Tidak, ini bukan dugaan. Saya telah menggunakan pengukur secara paralel sebelumnya dan berfungsi dengan baik.
Andy alias
2
Lalu bagaimana dengan menulis ulang untuk menghilangkan semua "Aku bertaruh", "Mungkin", "Aku ragu", "mungkin", dll?
Dave Tweed
@ DaveTweed Beberapa waktu yang lalu (mungkin sekitar tahun 1990) dan saya tidak ingat bagaimana kesalahan muncul dan apakah perlu kompensasi non-linear atau tidak. Saya tidak berpikir ada tetapi, mengingat keraguan saya di bidang ini dan karena saya tidak duduk di depan simulator untuk memeriksa (cara malas) saya akan membiarkannya apa adanya sampai saya lebih yakin.
Andy alias
1

Saya pikir Omega dapat membahas penjelasan dan skema yang mungkin.

Empat pengukur regangan digunakan untuk mendapatkan sensitivitas maksimum dan kompensasi suhu. Dua dari pengukur biasanya dalam tegangan, dan dua dalam kompresi, dan dihubungkan dengan penyesuaian kompensasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-2 (ed: lihat di bawah.) Ketika berat diterapkan, strain mengubah hambatan listrik dari pengukur dalam proporsi ke beban.

Diagram pengukur regangan Omega

Sumber dari Omega untuk deskripsi di atas

Saya juga menemukan blog dari 2010 yang dapat membantu juga.
Blog tentang peretasan alat pengukur skala tiga-kawat

jonk
sumber
1
sirkuit dari bagian bawah blog terlihat seperti suatu kemungkinan. Dia menyarankan bahwa empat sel beban 3-kawat benar-benar ditransfer ke jembatan batu gandum besar, dengan kabel putih bersama-sama, kabel hitam bersama-sama dan merah digunakan sebagai E +, E-, S +, S-. Jangan pernah merenungkan hal itu. Saya akan melihat itu bekerja (semoga selama akhir pekan). Terimakasih atas infonya.
user37997
Ya, yang satu itu menarik perhatianku juga!
Jonk
1
Saya ingin tahu apakah yang penting kabel merah digunakan untuk S + & S- (yang jari kaki atau tumit) dan mana yang digunakan untuk E + & E-?
user37997
1
Seharusnya tidak masalah. Ini simetris dan tidak ada persimpangan PN yang perlu dikhawatirkan. Anda mungkin membutuhkan sirkuit untuk mendapatkan yang terbaik dari itu. Bukan hanya input dan kode ADC.
Jonk
Jika semua alat pengukur dalam kondisi tegang, atau semua alat pengukur dalam kompresi, maka Anda harus berhati-hati tentang cara menghubungkannya sehingga tidak saling membatalkan. Diagram posting blog bagus tentang hal ini - Ada dua Rs yang sensitif terhadap stres antara E + dan S-, dan dua Rs yang sensitif terhadap stres antara E- dan S +, dengan pasangan yang tidak sensitif terhadap pasangan di kaki lainnya. Kemudian, jika alat pengukur semua kompres pada saat yang sama, R turun, dan S- ditarik ke arah E + dan S + ditarik ke arah E-. Atau sebaliknya dengan ketegangan. Keren.
Dave X
0

Cara Anda membuat pekerjaan ini adalah membuat setiap regangan mengukur ke jembatan batu gandum penuh dengan menggunakan resistor 1k tetap untuk membentuk setengah lainnya. Dengan cara ini timbangan mengambil bobot pada masing-masing dari keempat sudut dan menambahkannya untuk memberikan bobot total pada piring.

Doug
sumber