Jak podłączyć 3-żyłowy czujnik tensometryczny / tensometr i wzmacniacz?

Mam 3-przewodowy czujnik obciążenia, który wygląda następująco:

Próbuję podłączyć go do mojego Arduino, aby wykryć zmiany masy. Z tego, co rozumiem, zmiany napięcia są tak małe, że Arduino nie może wykryć zmian bez wzmocnienia napięcia. Więc kupiłem 8-pinowy wzmacniacz operacyjny LM741CN w Radio Shack, który wygląda tak:

Znalazłem ten film, który pokazuje, jak wszystko załatwić. Nie mogę jednak zrozumieć schematu i dlaczego używają dwóch czujników obciążenia zamiast jednego. Wspominają również o opornikach, ale nie jestem pewien, dlaczego ich używają (i dlaczego wybrali rozmiary), ani gdzie w obwodzie je umieścić.

Czy ktoś może mi pomóc dowiedzieć się, jak to połączyć, aby wykryć zmiany napięcia? Czy można to zrobić za pomocą tylko jednego z tych czujników? Oto co zrobiłem do tej pory:

Wzmacniacz ma również kilka pinów, których nie rozumiem: Offset null, NC. Do czego służą te szpilki? Czy powinienem ich używać?

Aktualizacja: Teraz pracuję ze wzmacniaczem instrumentacyjnym ( AD623 ). Teraz mam też 4-żyłowy czujnik obciążenia, którym się bawię. Nadal nie mogę go uruchomić, ale pomyślałem, że spróbuję to zrozumieć, zanim przejdę do 3-przewodowego czujnika obciążenia.

Tensometr jest rezystorem zmiennym, więc twoim pierwszym pomysłem może być zbudowanie dzielnika rezystora z drugim, stałym rezystorem w celu wykrycia zmian jako zmiany napięcia.
Niestety tensometry są bardzo niewrażliwymi rezystorami zmiennymi, których rezystancja zmienia się bardzo niewiele po przyłożeniu do nich ciężaru. Dzielnik rezystora nie jest wystarczająco czuły, aby wykryć zmiany. Potrzebujemy więc innego podejścia.
Rozwiązaniem jest most Wheatstone .

Tensometr wraz z R2 nadal tworzą dzielnik rezystora, więc czym to się różni? Załóżmy, że wszystkie oporniki mają tę samą wartość, równą oporności tensometru w spoczynku. Wtedy napięcie na mierniku napięcia wyniesie zero zamiast połowy zasilacza. Ponieważ nasz odczyt jest zerowany, możemy go łatwo wzmocnić, aby uzyskać wyższą czułość dla całego obwodu.
Oli wspomniał o wzmacniaczu różnicowym , ale to nie wystarczy. Nie chcemy wpływać na odczyt, obciążając go, tak jak zrobiłby to wzmacniacz różnicowy. Potrzebujemy wzmacniacza instrumentalnego , który jest wzmacniaczem różnicowym o bardzo wysokiej impedancji wejściowej. To najczęściej używana konfiguracja wzmacniacza instrumentalnego,

który wykorzystuje pojedynczy rezystor ( ) do ustawienia wzmocnienia. Musisz ustawić wysoką wartość wzmocnienia, być może gdzieś pomiędzy 100 a 1000 (niezbyt jasne; tak zwany arkusz danych tensometru po prostu śmierdzi). × $R_G$$\times$$\times$

W jaki sposób podłączamy tensometr, ponieważ ma on trzy przewody, a nie dwa jak na powyższym schemacie? Ponownie arkusz danych nie jest tutaj przydatny, ale prawdopodobnie podłączasz go w następujący sposób:

Ten sposób łączenia kompensuje rezystancję drutu , która w przeciwnym razie wpływałaby na odczyt. $R_{WIRE 1}$

Inną możliwością jest to, że druty reprezentują górny, prawy i dolny punkt mostka Wheatstone'a, odpowiednio. Który z nich można łatwo ustalić, mierząc rezystancję między drutami. W pierwszym przypadku nie będziesz mieć oporu między a . W drugim przypadku zmierzysz opór między czerwono-białym i biało-czarnym (być może będziesz musiał zamienić przewody. Ponownie, arkusz danych nie pomoże).W I R E $WIRE 1$$WIRE 3$

Połączenia miernika napięcia mostka Wheatstone'a podłącza się do wejść wzmacniacza oprzyrządowania.

obrazy z tej strony

Nie będę komentować projektu obwodu, ponieważ wydaje się, że zyskuje to dużą uwagę, ale zbudowałem projekt, w którym zhakowałem wagę łazienkową, aby była włączona do sieci i ma serwer sieciowy, który mógłby utrzymać obecną wagę, i ja zastanowić się nad złożeniem całości.

Przed zbudowaniem wzmacniacza, aby zorientować się, jak ustawić wzmocnienie, najpierw zbuduj obwód tensometru, włącz go i użyj miernika uniwersalnego (który jest znacznie bardziej czuły niż przetworniki ADC Arduino) do pomiaru mocy wyjściowej napięcie z obwodu tensometru przy maksymalnym oczekiwanym obciążeniu. Następnie, kiedy zbudujesz obwód wzmacniacza, możesz wybrać rezystory wzmocnienia, które zwiększają maksymalną moc wzmacniacza do 5 V (próbki ADC Arduino 0–5 V), a uzyskasz największy zasięg z ADC.

Powodem tego jest to, że zasięg i rozdzielczość ADC jest ograniczona i dyskretna, więc jeśli chcesz mierzyć 0-1000 funtów, z 10-bitową rozdzielczością ADC AVR, w najlepszym wypadku byłbyś dokładny z dokładnością do funt, jeśli sygnał wyjściowy wzmacniacza wynosi od 0 do 5 V, gdy waga wzrasta od 0 do 1000 funtów. Jeśli po prostu go zrzucisz na pół lub zgadniesz z rezystorami wzmocnienia lub zaczniesz od czystej próby i błędu, a nudzisz się i nie wykorzystasz pełnego zakresu, stracisz dokładność. Załóżmy, że łączysz wzmacniacz, który wytwarza tylko 0-2,5 V, a następnie wyrzucisz połowę zakresu i będziesz miał dokładność do 2 funtów. dla tego samego zakresu 1000 funtów.

To zależy od projektu i tego, jak bardzo ci zależy. Kiedy zbudowałem swoją zhakowaną wagę, potrzebowałem zakresu 0-200 funtów., Ale nie byłem bardzo zainteresowany dokładnością. Zasadniczo moim celem było ustalenie, czy pojemnik na skali jest pusty, czy pełny, z być może bardzo niską rozdzielczością przekraczającą 1/8 pełnego, 3/4 pełnego tego rodzaju rzeczy. Właśnie zbudowałem najprostszy obwód wzmacniacza różnicowego pojedynczego opampa, jaki udało mi się znaleźć, z pierwszym opampem niskonapięciowym, który miałem w torbie z częściami, z ustawieniem wzmocnienia tak, że nasyca ADC przy około 200 funtach. Nawet z tą super prostą konstrukcją jest zaskakująco dokładny i liniowy, z pewnością dobry dla funta (jest znacznie lepszy niż to, ale nawet nie potrzebowałem funtowej dokładności, więc kiedy ją skalibrowałem, dodałem wagę w krokach 5 funtów, aby zbudować moja tabela danych kalibracyjnych).

Schemat dodany na żądanie:

Jest to mniej więcej schemat obwodu, który zbudowałem, ale położyłem go na bez lutownej płycie tartej, więc mam nadzieję, że nie było zbyt wiele inżynierii terenowej w tym, co faktycznie pracuję. Usunięta część była dodatkowym rezystorem i potencjometrem, który miał być w stanie dostroić obwód tensometru, więc wyjście było równe 0 V bez obciążenia, ale skończyło się na bardzo niewielkim dodatnim napięciu bez względu na to, co zrobiłem, i to nie było są znaczące, więc nie zadałem sobie trudu, aby to debugować. Sig + / Sig- to miejsca, w których tensometry są podłączone do obwodu wzmacniacza. Nie zbudowałem obwodu tensometru, użyłem skali, więc nie czuję się tak dobrze poinformowany o szczegółach pracy z tensometrami, po prostu wymyśliłem, jak korzystać z tego, co tam było. Mój miał dwie pary mierników, a każda para miała przewód V +, V- i przewód sygnałowy.

Wartości rezystorów w moim obwodzie niekoniecznie mają dla ciebie znaczenie, ponieważ zostały wybrane w celu uzyskania wzmocnienia, którego potrzebuję. Wybierz swój według swoich potrzeb.

Uwaga - zostawiłem dolną część jako kolejną opcję, ponieważ od razu nie zauważyłem różnicy w pakiecie. Edytuj wciąż nie jestem pewien, ile opampów jest dostępnych.

Być może zechcesz przeczytać (podstawową) teorię opampa (do której nie wdałem się, ponieważ jest wyjaśniona lepiej niż potrafię w wielu miejscach i może / wypełnia książki) przed podjęciem którejkolwiek z tych decyzji, ponieważ jest to bardzo łatwe rzeczy, które mają się nie udać (nawet jeśli podobno wiesz, co robisz) Nie są jak niektóre układy scalone, które „po prostu działają”, i częstym źródłem wielu frustracji dla ich nowego użytkownika.

Część, do której linkujesz, to podwójny opamp (dwa opampy w jednym pakiecie) bez najkorzystniejszych pinów zerowych lub NC (zobacz ich wyjaśnienie poniżej) Oto pinout z arkusza danych:

Możesz jeszcze zrobić jedną opcję wzmacniacza poniżej, ale ponieważ masz dwa opampy, wersja dwóch opampów na stronie 4 aplikacji TI jest lepszym wyborem (działa nieco lepiej, ponieważ nie wpływa tak bardzo na sygnał wejściowy). Rezystor wartości można obliczyć za pomocą równania, dążyć do wzmocnienia (część Vo równania)> 100. Zauważ, że Steven bardziej szczegółowo opisuje wadę tej opcji i mówi, że nie będzie ona „wystarczająca”. Nie zgadzam się całkowicie - jest daleki od ideału, ale można go uruchomić, jeśli dostosujesz wzmocnienie w celu skompensowania obciążenia, jak wyjaśniono w notatce aplikacji TI powiązanej z powyższym. Jednak wynik będzie nieco nieliniowy, ponieważ impedancja zmienia się wraz z napięciem wejściowym na wejściu odwracającym. Więc jeśli masz więcej niż jeden opamp, wzmacniacz instrumentalny jest właściwą drogą.

Opcja pojedynczego opampa

Musisz zrobić wzmacniacz różnicowy, taki jak ten:

W przypadku Twojej aplikacji odpowiednie byłyby wartości podobne do wartości na stronie 3 tej noty aplikacyjnej. Lepiej jest użyć do tego czegoś zwanego wzmacniaczem instrumentacyjnym, który wykorzystuje 3 opampy, ale możesz sprawić, że będzie działał dobrze z jednym. Rezystory ustawiają wzmocnienie opampa.

NC oznacza „Brak połączenia”, więc nie martw się o ten pin. Offset zerowy służy do przycinania bardzo małego offsetu (zwykle około mV) między dwoma wejściami (najlepiej bez przesunięcia)

Uwaga - kilka dni temu zadano tutaj bardzo podobne pytanie . Pytający używał wzmacniacza opampowego 3 opamp, ale nadal powinien być informacyjny.

Spróbuj odwrócić napięcie do jednego z dwóch tensometrów. Powoduje to podwojenie wielkości zmiany napięcia. Podłączenie ich w ten sam sposób generuje ~ to samo napięcie na obu wejściach wzmacniacza, co równa się zerowej różnicy.