¿Cómo cablear una celda de carga / medidor de tensión de 3 cables y un amplificador?

11

Tengo un sensor de carga de 3 cables que tiene este aspecto:

EstoytratandodeconectarloamiArduinoparadetectarcambiosenelpeso.Porloqueentiendo,loscambiosenelvoltajesontanpequeñosqueelArduinonopuededetectarloscambiossinamplificarelvoltaje.Asíquecompréun Op-Amp LM741CN de 8 pines en Radio Shack que se ve algo así:

Encontré este video que muestra cómo cablear todo. Sin embargo, no puedo entender el esquema y por qué están usando dos sensores de carga en lugar de solo uno. También mencionan resistencias, pero no estoy seguro de por qué las están utilizando (y por qué los tamaños que eligieron), ni dónde están en el circuito para colocarlas.

¿Alguien puede ayudarme a averiguar cómo cablear esto para detectar cambios en el voltaje? Además, ¿hay una manera de hacerlo utilizando solo uno de estos sensores? Esto es lo que he hecho hasta ahora:

Elamplificadortambiéntienealgunospinesquenoentiendo:Offsetnull,NC.¿Paraquésonestospines?¿Debousarlos?

Actualización:AhoraestoytrabajandoconunAmplificadordeinstrumentación(AD623 ). Ahora también tengo un sensor de carga de 4 cables con el que estoy jugando. Todavía no puedo hacer que funcione, pero pensé que intentaría entender eso antes de pasar al sensor de carga de 3 cables.

    
pregunta Andrew

4 respuestas

11

El medidor de tensión es una resistencia variable, por lo que su primera idea puede ser construir un divisor de resistencia con una segunda resistencia fija para detectar las variaciones como un cambio en el voltaje.
Desafortunadamente, los medidores de tensión son resistencias variables muy insensibles , cuya resistencia cambia muy poco cuando se les aplica peso. Un divisor de resistencia no es lo suficientemente sensible como para detectar los cambios. Así que necesitamos otro enfoque.
Un puente de Wheatstone es la solución.

ElmedidordetensiónjuntoconR2aúnformanundivisorderesistencia,entonces,¿enquésediferenciaesto?Supongamosquetodaslasresistenciastienenelmismovalor,igualalaresistenciadelmedidordetensiónenreposo.Luego,elvoltajeatravésdelmedidordevoltajeseráceroenlugardelamitaddelafuentedealimentación.Dadoquenuestralecturaesceroreferenciada,podemosamplificarlafácilmenteparaobtenerunamayorsensibilidadparaelcircuitocompleto.
Olimencionóelamplificadordiferencial,peroestonoserásuficiente.Noqueremosafectarlalecturaponiéndoleunacarga,comoloharíaelamplificadordiferencial.Necesitamosunamplificadordeinstrumentación,queesunamplificadordiferencialconunaimpedanciadeentradamuyalta.Estaeslaconfiguracióndeamplificadordeinstrumentaciónmásutilizada,

que usa una resistencia única (\ $ R_G \ $) para configurar la amplificación. Tendrá que establecer la amplificación en un valor alto, posiblemente en algún lugar entre \ $ \ times \ $ 100 y \ $ \ times \ $ 1000 (no está muy claro; la llamada hoja de datos del calibrador de tensión simplemente apesta).

Ahora, ¿cómo conectamos el medidor de tensión, porque tiene tres cables, no los dos como en el esquema anterior? Una vez más, la hoja de datos no sirve de nada aquí, pero probablemente la conectes así:

Estaformadeconexióncompensalaresistenciadelcable\$R_{WIRE1}\$,quedelocontrarioafectaríalalectura.

Otraposibilidadesqueloscablesrepresentenlospuntossuperior,derechoeinferiordelpuentedeWheatstone,resp.Cuálespuededeterminarsefácilmentemidiendolaresistenciaentreloscables.Enelprimercaso,notendráresistenciaentre\$WIRE1\$y\$WIRE3\$.Enelsegundocaso,mediráunaresistenciaigualentrerojo-blancoyblanco-negro(puedequetengaquecambiarloscables.Unavezmás,lahojadedatosnoayuda).

UstedconectalasconexionesdelmedidordevoltajedelpuentedeWheatstonealasentradasdelamplificadordeinstrumentación.

imágenesde este sitio web

    
respondido por el stevenvh
8

No haré comentarios sobre el diseño del circuito, ya que parece que está recibiendo mucha atención, pero construí un proyecto donde pirateé una báscula de baño para que estuviera habilitada para la red y tenga un servidor web para atender el peso actual , y tengo algunos pensamientos sobre cómo organizar todo el asunto.

Antes de construir su amplificador, para tener una idea aproximada de cómo configurar la ganancia, primero construya el circuito del medidor de tensión, enciéndalo y use un multímetro (que es mucho más sensible que los ADC de su Arduino) para mida la tensión de salida de su circuito de galga extensiométrica con la carga máxima esperada aplicada. Luego, cuando construyas tu circuito amplificador, puedes seleccionar resistencias de ganancia que llevan la salida máxima del amplificador a 5V (muestra de ADC de Arduino 0-5V), y obtendrás el máximo alcance de tu ADC.

La razón para hacer esto es que el rango y la resolución de los ADC son limitados y discretos, por lo que si quiere medir 0-1000 libras, con la resolución de 10 bits de los ADC del AVR, lo mejor sería que sea preciso dentro de una libra si la señal de salida de su amplificador va de 0-5 V a medida que el peso aumenta de 0-1000 libras. Si solo lo haces a medias o adivinas con los resistores de ganancia, o comienzas con prueba y error puros y te aburres y no usas todo el rango, tirarás la precisión. Digamos que improvisas un amplificador y que solo emite 0-2.5 V, luego estarás tirando la mitad del rango y solo con una precisión de 2 lb. para ese mismo rango de 1000 lb.

Sin embargo, depende del proyecto y de cuánto te importa. Cuando construí mi escala pirateada necesitaba un rango de 0 a 200 libras, pero no me preocupaba mucho la precisión. Básicamente, mi objetivo era determinar si un contenedor en la escala estaba vacío o lleno, tal vez con una resolución muy baja más allá de eso como 1/8 lleno, 3/4 lleno, ese tipo de cosas. Acabo de construir el circuito de amplificador diferencial de opamp simple más simple que pude encontrar con el primer opamp de bajo voltaje que tenía en mi bolsa de partes, con la ganancia establecida de manera que sature el ADC a ~ 200 lbs. Incluso con esta construcción súper simple, es sorprendentemente precisa y lineal, ciertamente buena para la libra (es considerablemente mejor que eso, pero ni siquiera necesitaba la precisión en libras, así que cuando la calibré agregué peso en incrementos de 5 libras para construir) mi tabla de datos de calibración).

Esquema añadido por solicitud:

Este es más o menos el esquema del circuito que construí, pero lo puse en una placa de pruebas sin soldadura, así que espero que no haya demasiada ingeniería de campo en lo que realmente trabajo. La parte eliminada era una resistencia adicional y un potenciómetro que se suponía que podía ajustar el circuito del medidor de tensión para que la salida fuera exactamente 0v sin carga, pero terminé con un voltaje positivo muy leve sin importar lo que hiciera, y no estaba No es significativo, así que no me molesté en depurarlo. Sig + / Sig- son donde los medidores de tensión están conectados al circuito del amplificador. No construí mi circuito de galgas extensiométricas, utilicé la báscula, por lo que en realidad no me siento bien informado sobre los detalles de cómo trabajar con galgas extensométricas, simplemente descubrí cómo usar lo que había allí. El mío tenía dos pares de medidores, y cada par tenía un cable V +, V- y de señal. Conecté la línea de señal de cada par a Sig + o Sig-, y luego, para alimentar los indicadores, conecté la alimentación de un par y la conexión a tierra desde el otro par a V + y la conexión a tierra desde un par y la alimentación del otro par a V-.

Los valores de resistencia en mi circuito no necesariamente significan nada para ti, porque fueron elegidos para dar la ganancia que necesito. Elige el tuyo de acuerdo a tus necesidades.

    
respondido por el Suboptimus
2

Nota: dejé la parte inferior como otra opción, ya que no noté la diferencia del paquete de inmediato. editar todavía no estoy seguro de cuántas unidades opamps están disponibles.

Es posible que desee leer sobre la teoría (básica) de opamp (que no he analizado, ya que se explica mejor que puedo en un montón de places , y puede / no llena libros) antes de intentar nada de esto, ya que es muy fácil para que las cosas salgan mal (incluso cuando supuestamente sabes lo que estás haciendo) no son como algunos circuitos integrados que "simplemente funcionan", y la fuente frecuente de mucha frustración para el nuevo usuario de ellos.

La parte a la que se vincula es una opamp dual (dos opamps en un paquete) sin nula o pines NC (consulte a continuación la explicación de estos) Aquí está el pinout de la hoja de datos:

Aúnpuedehacerlaopcióndeamplificadorúnicoacontinuación,perocomotienedosopamps,lasdosversionesdeopampenlapágina4de nota de la aplicación TI es una mejor opción (funciona un poco mejor ya que no afecta tanto a la señal de entrada) Los valores de la resistencia se pueden calcular con la ecuación, busque una ganancia (la parte de Vo de la ecuación) de > 100. Tenga en cuenta que Steven explica más detalladamente la desventaja de esta opción y dice que no será "suficiente". No estoy del todo de acuerdo: está lejos de ser lo ideal, pero se puede hacer funcionar si ajusta la ganancia para compensar la carga, como se explica en la nota de la aplicación de TI vinculada a la anterior. Sin embargo, el resultado será ligeramente no lineal ya que la impedancia cambia con el voltaje de entrada en la entrada inversora. Entonces, si tiene más de un amplificador, el amplificador de instrumentación es el camino a seguir.

Opción única de opamp

Necesitas hacer un amplificador diferencial, como este:

Parasuaplicación,algocomolosvaloresenlapágina3de esta nota de la aplicación sería apropiado. Es preferible usar algo llamado amplificador de instrumentación para esto, que utiliza 3 opciones, pero puede hacerlo funcionar bien con uno. Las resistencias establecen la ganancia del opamp.

NC significa "Sin conexión", así que no te preocupes por ese pin. El desplazamiento nulo se utiliza para recortar el desplazamiento muy pequeño (generalmente en mV o menos) entre las dos entradas (lo ideal sería que no tuviera ningún desplazamiento)

Nota: se hizo una pregunta muy similar aquí unos pocos hace días. El autor de la pregunta estaba usando un amplificador de instrumentación de 3 opamp, pero aún así debería ser informativo.

    
respondido por el Oli Glaser
1

Intente invertir el voltaje a uno de los dos medidores de tensión. Esto tiene el efecto de duplicar la cantidad de cambio de voltaje. Al cablearlos de la misma manera, se genera ~ el mismo voltaje en ambas entradas de amplificador que es igual a cero diferencial.

    
respondido por el Wayne

Lea otras preguntas en las etiquetas