Cellules de pesage à 3 fils et ponts de Wheatstone à partir d'une balance de salle de bain

Je suis impliqué dans un projet 4H qui cherche à prendre des mesures de poids avec des ruches d'abeilles et j'essaie de trouver des capteurs de charge à 3 fils pour cela.

J'ai quatre capteurs à 3 fils (capteurs de charge / jauges de contrainte) d'une balance de salle de bain (chaque capteur était dans un coin). Chaque capteur a un fil rouge, noir et blanc. La résistance entre le fil rouge et le fil noir ou blanc est de 1k ohms. La résistance entre les fils blanc et noir est de 2k ohms (la résistance entre les fils sur mes cellules de pesée et chacune est repartie avec R-> B = 1K, R-> W = 1K, B-> W = 2k).

Pour cette raison, on m'a dit que chaque capteur de charge à 3 fils représente la moitié d'un pont de Wheatstone (chaque capteur contenant deux jambes de résistance 1k).

Je peux me familiariser avec l'application unique de Wheatstone, mais je ne sais pas comment une balance fonctionnerait lorsqu'elle serait fabriquée à partir de deux ponts de Wheatstone. Ma question est, si c'est le cas, pourquoi une balance aurait-elle besoin de deux ponts Wheatstone (rappelez-vous, les quatre capteurs à 3 fils provenaient d'une seule balance de salle de bain)?

Les éléments de jauge de contrainte sont livrés avec une partie sensible aux contraintes positive et une partie sensible aux contraintes négatives. Si vous les câbler soigneusement en les retournant de sorte que les parties sensibles aux contraintes déséquilibrent le pont de manière constructive, vous pouvez utiliser les quatre capteurs sans résistance supplémentaire. Le lien de jonk vers le billet de blog à http://www.nerdkits.com/forum/thread/900/ a un bon indice avec le diagramme de Mongo (copié ci-dessous), et les commentaires de jonk - user37977 sur la réponse de jonk aident également.

Fondamentalement, deux côtés diagonalement opposés d'un pont de Wheatstone sont formés par les éléments de déformation positive de deux jauges câblées en série, tandis que les deux autres côtés du pont sont formés des deux éléments de déformation négative.

Avec la compression sur tous les capteurs de déformation positive, les résistances actives sont réduites, et cela déséquilibre le pont dans un sens, et sous tension, les résistances de déformation positive augmentent, tirant le pont hors d'équilibre dans l'autre sens.

Câblez les quatre capteurs dans un grand anneau avec une résistance maximale, des couleurs assorties et en ignorant initialement les fils du robinet central. Choisissez deux robinets centraux opposés comme E + et E-, et les deux robinets centraux restants comme S +, S-. Mettez la tension d'excitation sur le E + / E- du diagramme ci-dessus et lisez une différence de tension sensible à la force sur S + / S-.

Voir /electronics//a/75717/30711 pour un bon schéma et Arduino Leonardo + Cellules de charge à 3 fils + INA125P - Analog Signal Bounce / Noise pour un schéma de câblage des fils colorés se combinant dans un pont de Wheatstone.

Edit: En fait, je ne suis pas certain que les cellules de charge à trois fils d'OP n'aient qu'une seule jauge de contrainte active comme dans le diagramme de Mongo. S'ils sont comme la cellule de charge de 50 kg de https://www.sparkfun.com/products/10245 de SparkFun ou http://www.ebay.com/itm/4pcs-Body-Load-Scale-Weighing-Sensor-Resistance d'Ebay -Détecteur-demi-pont-capteurs-50kg- / 251873576571 ils pourraient avoir une jauge de compression et de tension à la fois sur la surface supérieure. Le site Ebay a un diagramme comme:

... ce qui indique une jauge de contrainte positive sur le rouge-blanc et une contrainte négative sur le rouge-noir. (notez que l'ordre de coloration dans ce diagramme ne correspond pas à l'ordre de coloration de cette image. J'ai une jauge similaire avec des couleurs bleu-rouge-noir, et la jauge de contrainte positive est la bonne paire, négative à gauche.) La jauge la surface sur la barre centrale entre les E couplés face à face dans le capteur devrait agir comme une barre parallèle et avoir des portions sous compression et sous tension, plutôt que purement sous tension. En coupe transversale, la barre calibrée au centre est une sorte de traverse dans un ressort en forme de Z. Dans ce cas, les souches s'opposent et, si elles sont bien fabriquées, la réduction de la résistance dans la portion de déformation négative compensera l'augmentation de la résistance dans la portion de déformation positive et la résistance totale blanc-noir devrait être constante. Il faut toujours configurer le pont de sorte que les diviseurs de tension se déplacent dans des directions opposées avec une charge supplémentaire, et 4 appareils câblés dans une boucle de blanc à blanc et de noir à noir devraient fonctionner comme ci-dessus.

Voici un schéma avec les jauges 1-4 G1 G2, G3, G4 selon les spécifications ci-dessus, appliquant une excitation sur les rouges G1 et G3 et lisant les signaux des rouges G2 et G4. La jauge G4 est un peu chargée avec une certaine déformation positive augmentant la résistance G4 +, et une certaine déformation négative réduisant la résistance G4-. Idéalement, le chargement de G4 avec 25 kg produirait 0,5 mV / V fois sa tension d'excitation de 2,5 V, produisant 1,250 mV sur Sig + / Sig-, et étirant R8 à 1001 ohms et compressant R7 à 999 ohms comme indiqué. On pourrait augmenter la sensibilité d'un facteur 4 en augmentant V1 jusqu'à la spécification 20V (= 2 * 10V) (Le truc schématique / simulateur est plutôt cool.)

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Avec seulement deux appareils, l'un doit accrocher le blanc au noir et le noir au blanc, en imposant une tension d'excitation entre ces deux jonctions et en lisant les différences entre les rouges, car l'augmentation de la charge tire un côté haut et l'autre côté bas.

Si tous les capteurs en demi-pont changeaient leur résistance exactement de la même manière lorsqu'une charge était appliquée, pouvez-vous voir qu'ils pouvaient être montés en parallèle - la résistance effective de bout en bout passerait de 2 kohm à 1 kohm, mais c'est de aucune conséquence pour un circuit de mesure de pont. Même s'il existe des disparités dans la résistance entre deux appareils en parallèle, je parierais que l'erreur introduite est insignifiante.

Peut-être qu'ils ont utilisé deux ponts de Wheatstone et deux amplificateurs différentiels et ont additionné les signaux en interne pour obtenir une moyenne, mais j'en doute parce que le coût serait un problème pour eux.

Pourquoi ne pourraient-ils pas utiliser deux demi-ponts et deux cellules de charge factices? Il est probablement moins cher et plus précis d'utiliser quatre demi-ponts.

Je pense qu'Omega peut discuter d'une explication et d'un schéma possibles.

Quatre jauges de contrainte sont utilisées pour obtenir une sensibilité et une compensation de température maximales. Deux des jauges sont généralement en tension, et deux en compression, et sont câblées avec des ajustements de compensation comme le montre la figure 7-2 (ed: voir ci-dessous.) Lorsque le poids est appliqué, la déformation modifie la résistance électrique des jauges en proportion à la charge.

Source d'Omega pour la description ci-dessus

J'ai également trouvé un blog de 2010 qui pourrait aussi aider.
Blog sur le piratage de jauges à trois fils

La façon dont vous faites ces travaux consiste à transformer chaque jauge de contrainte en un pont de Wheatstone complet en utilisant des résistances fixes de 1k pour constituer l'autre moitié. De cette façon, les balances prennent le poids sur chacun des quatre coins et les additionnent pour donner le poids total sur la plaque.