จะวางสายโหลดเซลล์ / เครื่องวัดความเครียด 3 สายและแอมป์ได้อย่างไร

ฉันมีเซ็นเซอร์โหลด 3 สายที่มีลักษณะดังนี้:

ฉันพยายามเชื่อมต่อกับ Arduino เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงน้ำหนัก จากสิ่งที่ฉันเข้าใจการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้ามีขนาดเล็กมากจน Arduino ไม่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่ต้องขยายแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นฉันซื้อLM741CN Op-Amp 8 พินที่Radio Shackซึ่งมีหน้าตาแบบนี้:

ฉันพบวิดีโอนี้ที่แสดงวิธีการโยงทุกอย่าง อย่างไรก็ตามฉันไม่สามารถเข้าใจวงจรและทำไมพวกเขาจึงใช้เซ็นเซอร์โหลดสองตัวแทนที่จะเป็นเพียงเซ็นเซอร์เดียว พวกเขายังพูดถึงตัวต้านทาน แต่ฉันไม่แน่ใจว่าทำไมพวกเขาใช้พวกเขา (และทำไมขนาดที่พวกเขาเลือก) หรือที่ในวงจรที่จะนำพวกเขา

ใครช่วยได้โปรดช่วยฉันหาวิธีวางสายสิ่งนี้เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า? นอกจากนี้ยังมีวิธีการทำเช่นนี้โดยใช้เพียงหนึ่งในเซ็นเซอร์เหล่านี้หรือไม่ นี่คือสิ่งที่ฉันทำไปแล้ว:

แอมป์ยังมีพินที่ฉันไม่เข้าใจด้วย: Offset null, NC หมุดเหล่านี้มีไว้เพื่ออะไร? ฉันควรจะใช้มันเหรอ?

อัปเดต:ตอนนี้ฉันกำลังทำงานกับInstrumentation Amplifier ( AD623 ) ตอนนี้ฉันยังมีเซ็นเซอร์โหลด 4 สายที่ฉันเล่นด้วย ยังไม่สามารถใช้งานได้ แต่ฉันคิดว่าฉันจะพยายามเข้าใจก่อนที่จะย้ายไปยังเซ็นเซอร์โหลด 3 สาย

มาตรวัดความเครียดเป็นตัวต้านทานผันแปรดังนั้นความคิดแรกของคุณอาจสร้างตัวแบ่งความต้านทานด้วยตัวต้านทานคงที่ที่สองเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า
น่าเสียดายที่เกจวัดความเครียดเป็นตัวต้านทานผันแปรที่ไม่ไวมากซึ่งความต้านทานเปลี่ยนเพียงเล็กน้อยเท่านั้นเมื่อน้ำหนักถูกนำไปใช้กับพวกมัน ตัวต้านทานความต้านทานไม่ไวพอที่จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลง ดังนั้นเราต้องการแนวทางอื่น Wheatstone สะพานเป็นวิธีการแก้

มาตรวัดความเครียดพร้อมกับ R2 ยังคงเป็นตัวแบ่งตัวต้านทานจึงแตกต่างกันอย่างไร สมมติว่าตัวต้านทานทั้งหมดมีค่าเท่ากันเท่ากับความต้านทานของมาตรวัดความเครียดที่เหลือ จากนั้นแรงดันไฟฟ้าข้ามมิเตอร์แรงดันไฟฟ้าจะเป็นศูนย์แทนที่จะเป็นครึ่งหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟ เนื่องจากการอ่านของเรามีการอ้างอิงเป็นศูนย์เราสามารถขยายได้อย่างง่ายดายเพื่อให้ได้ความไวที่สูงขึ้นสำหรับวงจรที่สมบูรณ์
Oli พูดถึงแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล แต่มันยังไม่เพียงพอ เราไม่ต้องการที่จะส่งผลกระทบต่อการอ่านโดยการโหลดไปเช่นเดียวกับเครื่องขยายเสียงที่แตกต่างกันจะ เราต้องการแอมพลิฟายเออร์ instrumentationซึ่งเป็นแอมพลิฟายเออร์ที่แตกต่างกันซึ่งมีความต้านทานอินพุตสูงมาก นี่คือการกำหนดค่าเครื่องขยายเสียง instrumentation ที่ใช้มากที่สุด

$R_G$$\times$$\times$

ทีนี้เราจะเชื่อมต่อเกจวัดความเครียดได้อย่างไรเพราะมันมีสามสายไม่ใช่ทั้งสองอย่างในแผนผังด้านบน แผ่นข้อมูลอีกครั้งไม่ได้ใช้งานที่นี่ แต่คุณอาจเชื่อมต่อแบบนี้:

$R_{WIRE 1}$

$WIRE 1$$WIRE 3$

คุณเชื่อมต่อการเชื่อมต่อมิเตอร์แรงดันไฟฟ้าของสะพาน Wheatstone กับอินพุตของเครื่องขยายเสียงเครื่องมือ

ภาพจากเว็บไซต์นี้

ฉันจะไม่แสดงความคิดเห็นในการออกแบบวงจรเนื่องจากดูเหมือนว่าจะได้รับความสนใจอย่างมาก แต่ฉันได้สร้างโครงการที่ฉันแฮ็กเครื่องชั่งน้ำหนักดังนั้นจึงเปิดใช้งานเครือข่ายและมีเว็บเซิร์ฟเวอร์เพื่อรองรับน้ำหนักปัจจุบันและฉัน มีความคิดเล็กน้อยในการรวมสิ่งทั้งหมดเข้าด้วยกัน

ก่อนที่คุณจะสร้างแอมป์ของคุณเพื่อให้เข้าใจคร่าวๆเกี่ยวกับวิธีการตั้งค่าการสร้างวงจรเกจวัดความเครียดก่อนเปิดเครื่องขึ้นและใช้มัลติมิเตอร์ (ซึ่งมีความไวมากกว่า ADC ของ Arduino) เพื่อวัดเอาต์พุต แรงดันไฟฟ้าจากวงจรเกจของคุณพร้อมโหลดสูงสุดที่คาดไว้ จากนั้นเมื่อคุณสร้างวงจรเครื่องขยายเสียงคุณสามารถเลือกตัวต้านทานรับที่นำเอาท์พุทสูงสุดของแอมป์ไปยัง 5V (ตัวอย่าง ADCs 0-5V ของ Arduino) และคุณจะได้รับช่วงที่ดีที่สุดจาก ADC ของคุณ

เหตุผลในการทำเช่นนี้คือช่วงและความละเอียดของ ADC นั้นมี จำกัด และรอบคอบดังนั้นหากคุณต้องการวัด 0-1000 ปอนด์ด้วยความละเอียด 10 บิตของ ADC ของ AVR คุณจะต้องแม่นยำที่สุดภายใน ปอนด์ถ้าสัญญาณเอาต์พุตของแอมป์ของคุณไปจาก 0-5V เมื่อน้ำหนักเพิ่มขึ้นจาก 0-1000 ปอนด์ หากคุณเพียงแค่แบ่งครึ่งหรือเดาด้วยตัวต้านทานการขยายหรือเริ่มต้นด้วยการลองผิดลองถูกและเบื่อและไม่ได้ใช้ช่วงเต็มคุณจะต้องทิ้งความแม่นยำ สมมติว่าคุณประกอบแอมป์เข้าด้วยกันและมันจะวาง 0-2.5V เท่านั้นจากนั้นคุณจะโยนครึ่งสนามและแม่นยำเพียง 2 ปอนด์ สำหรับช่วงเดียวกันนั้น 1,000 ปอนด์

ขึ้นอยู่กับโครงการและความใส่ใจของคุณ เมื่อฉันสร้างสเกลที่ถูกแฮ็กฉันต้องใช้ช่วง 0-200lbs แต่ฉันไม่ได้กังวลกับความแม่นยำมากนัก โดยทั่วไปเป้าหมายของฉันคือการตรวจสอบว่าคอนเทนเนอร์ในสเกลว่างเปล่าหรือเต็มอาจมีความละเอียดต่ำกว่านั้นเช่น 1/8 เต็ม, 3/4 เต็มสิ่งที่ชนิด ฉันเพิ่งสร้างวงจรแอมป์ดิฟเฟอเรนเชียลแอมป์ที่ง่ายที่สุดที่ฉันสามารถหาได้ด้วยโอเพนแอมป์แรงดันต่ำครั้งแรกที่ฉันมีในกระเป๋าอะไหล่ของฉันพร้อมรับอัตราขยายเพื่อให้อิ่มตัว ADC ที่ ~ 200 ปอนด์ ถึงแม้จะมีสิ่งก่อสร้างที่เรียบง่ายนี้ แต่ก็แม่นยำและเป็นเส้นตรงอย่างน่าประหลาดใจและดีต่อปอนด์ (ดีกว่านั้นมาก แต่ฉันไม่ต้องการปอนด์ที่ถูกต้องดังนั้นเมื่อฉันปรับเทียบมันฉันเพิ่มน้ำหนัก 5 ปอนด์เพื่อสร้าง ตารางข้อมูลการสอบเทียบของฉัน)

แผนผังเพิ่มตามคำขอ:

นี่เป็นวงจรสำหรับวงจรที่ฉันสร้างขึ้น แต่น้อยลง แต่ฉันรวมมันเข้ากับเขียงหั่นขนมที่ไม่มีบัดกรีดังนั้นหวังว่าจะไม่มีวิศวกรรมสนามมากเกินไปในสิ่งที่ฉันได้ทำงานจริง ส่วนที่ถูกลบนั้นเป็นตัวต้านทานพิเศษและโพเทนชิออมิเตอร์ที่ควรจะสามารถปรับวงจรเกจวัดความเครียดดังนั้นเอาต์พุตจึงเป็น 0v ที่ไม่มีโหลด ไม่มีนัยสำคัญดังนั้นฉันไม่ได้ตั้งใจที่จะแก้ปัญหา Sig + / Sig- เป็นมาตรวัดความเครียดที่ต่อกับวงจรแอมป์ ฉันไม่ได้สร้างวงจรมาตรวัดความเครียดของฉันฉันใช้เครื่องชั่งดังนั้นฉันจึงไม่รู้สึกว่ารู้รายละเอียดเกี่ยวกับการทำงานกับเครื่องวัดความเครียดฉันแค่หาวิธีใช้สิ่งที่อยู่ที่นั่น ฉันมีเกจสองคู่และแต่ละคู่มี V +, V- และสายสัญญาณ

ค่าตัวต้านทานในวงจรของฉันไม่ได้มีความหมายอะไรกับคุณเพราะพวกเขาได้รับเลือกให้ได้รับผลประโยชน์ที่ฉันต้องการ เลือกของคุณตามความต้องการของคุณ

หมายเหตุ - ฉันปล่อยให้ส่วนล่างเป็นตัวเลือกอื่นเนื่องจากฉันไม่ได้สังเกตเห็นความแตกต่างของแพคเกจทันที .. การแก้ไขยังไม่แน่ใจว่ามีกี่ opamps

คุณอาจต้องการอ่านทฤษฎีพื้นฐาน (พื้นฐาน) ของ opamp (ซึ่งฉันยังไม่ได้อธิบายเพราะดีกว่าในหลายๆ ที่และสามารถ / เติมหนังสือ) ก่อนที่จะลองทำสิ่งนี้เพราะมันง่ายมากสำหรับ สิ่งที่ผิดพลาด (แม้ว่าคุณจะรู้ว่าคุณกำลังทำอะไรอยู่) พวกเขาไม่เหมือนกับไอซีบางตัวที่ "เพิ่งทำงาน" และเป็นแหล่งที่มาของความหงุดหงิดบ่อยครั้งสำหรับผู้ใช้ใหม่ของพวกเขา

ส่วนที่คุณเชื่อมโยงไปยังเป็นopamp คู่ (สอง opamps ในหนึ่งแพ็คเกจ) โดยไม่มี null ที่ไม่น่ารังเกียจหรือ NC pin (ดูด้านล่างสำหรับคำอธิบายของสิ่งเหล่านี้) นี่คือ pinout จากแผ่นข้อมูล:

คุณสามารถเลือกแอมป์เดี่ยวด้านล่างได้ แต่เนื่องจากคุณมีสอง opamps รุ่น opamp สองหน้าในหน้า 4 ของแอป TIเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า (ใช้งานได้ดีขึ้นเล็กน้อยเนื่องจากไม่มีผลกับสัญญาณอินพุตมาก) ตัวต้านทาน ค่าสามารถทำงานได้ด้วยสมการจุดมุ่งหมายเพื่อผลประโยชน์ (ส่วน Vo ของสมการ) ที่> 100 โปรดทราบว่า Steven ได้ลงรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อเสียของตัวเลือกนี้และบอกว่าจะไม่ "เพียงพอ" ฉันไม่เห็นด้วยอย่างสิ้นเชิง - มันยังห่างไกลจากอุดมคติ แต่ก็สามารถทำงานได้หากคุณปรับอัตราขยายเพื่อชดเชยการโหลดตามที่อธิบายไว้ในบันทึกย่อของแอป TI ที่เชื่อมโยงกับด้านบน อย่างไรก็ตามผลลัพธ์จะไม่เป็นเชิงเส้นเล็กน้อยเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอิมพิแดนซ์กับแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่อินเวอร์เตอร์อินพุต ดังนั้นถ้าคุณมี opamp มากกว่าหนึ่งเครื่องแอมพลิฟายเออร์ของเครื่องมือเป็นวิธีที่จะไป

ตัวเลือก opamp เดียว

คุณต้องสร้างเครื่องขยายเสียงแบบนี้:

สำหรับแอปพลิเคชันของคุณบางอย่างเช่นค่าในหน้า 3 ของบันทึกแอปพลิเคชันนี้จะเหมาะสม ควรใช้สิ่งที่เรียกว่าแอมป์เครื่องมือสำหรับการนี้ซึ่งใช้ 3 opamps แต่คุณสามารถทำให้มันใช้ได้กับหนึ่ง ตัวต้านทานกำหนดอัตราขยายของ opamp

NC หมายถึง "ไม่เชื่อมต่อ" ดังนั้นไม่ต้องกังวลกับพินนั้น offset null ใช้เพื่อตัดออฟเซ็ตขนาดเล็กมาก (โดยปกติจะเป็น mV หรือมากกว่านั้น) ระหว่างอินพุตทั้งสอง

หมายเหตุ - คำถามที่คล้ายกันมากถูกถามที่นี่ไม่กี่วันที่ผ่านมา ผู้ถามใช้แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด 3 ตัว แต่ควรให้ข้อมูล

ลองย้อนกลับแรงดันไฟฟ้าไปที่หนึ่งในสองของมาตรวัดความเครียด สิ่งนี้มีผลต่อปริมาณการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่า การเดินสายไฟพวกมันเหมือนกันสร้าง ~ แรงดันไฟฟ้าเดียวกันที่ทั้งอินพุตแอมป์ซึ่งเท่ากับศูนย์ต่าง