Comment câbler une cellule de charge / jauge de contrainte à 3 fils et un amplificateur?

J'ai un capteur de charge à 3 fils qui ressemble à ceci:

J'essaie de le connecter à mon Arduino pour détecter les changements de poids. D'après ce que je comprends, les changements de tension sont si faibles que l'Arduino ne peut pas détecter les changements sans amplifier la tension. J'ai donc acheté un ampli-op LM741CN à 8 broches chez Radio Shack qui ressemble à ceci:

J'ai trouvé cette vidéo qui montre comment tout câbler. Cependant, je ne peux pas comprendre le schéma et pourquoi ils utilisent deux capteurs de charge au lieu d'un seul. Ils mentionnent également des résistances mais je ne sais pas pourquoi ils les utilisent (et pourquoi les tailles qu'ils ont choisies), ou où dans le circuit pour les mettre.

Quelqu'un peut-il m'aider à comprendre comment câbler cette chose pour détecter les changements de tension? De plus, existe-t-il un moyen de le faire en utilisant un seul de ces capteurs? Voici ce que j'ai fait jusqu'à présent:

L'ampli a aussi des broches que je ne comprends pas: Offset null, NC. À quoi servent ces épingles? Dois-je les utiliser?

Mise à jour: Maintenant, je travaille avec un amplificateur d'instrumentation ( AD623 ). J'ai également maintenant un capteur de charge à 4 fils avec lequel je joue. Je n'arrive toujours pas à le faire fonctionner, mais j'ai pensé que j'essaierais de comprendre cela avant de passer au capteur de charge à 3 fils.

La jauge de contrainte est une résistance variable, donc votre première idée peut être de construire un diviseur de résistance avec une seconde résistance fixe pour détecter les variations comme un changement de tension.
Malheureusement, les jauges de contrainte sont des résistances variables très insensibles , dont la résistance ne change que très peu lorsque du poids leur est appliqué. Un diviseur de résistance n'est pas assez sensible pour détecter les changements. Nous avons donc besoin d'une autre approche.
Un pont de Wheatstone est la solution.

La jauge de contrainte et R2 forment toujours un diviseur de résistance, alors en quoi est-ce différent? Supposons que toutes les résistances ont la même valeur, égale à la résistance de la jauge de contrainte au repos. Ensuite, la tension aux bornes du voltmètre sera nulle au lieu de la moitié de l'alimentation. Puisque notre lecture est référencée zéro, nous pouvons l'amplifier facilement pour obtenir une sensibilité plus élevée pour le circuit complet.
Oli a mentionné l' amplificateur différentiel , mais cela ne suffira pas. Nous ne voulons pas affecter la lecture en y mettant une charge, comme le ferait l'amplificateur différentiel. Nous avons besoin d'un amplificateur d'instrumentation , qui est un amplificateur différentiel avec une impédance d'entrée très élevée. Il s'agit de la configuration d'amplificateur d'instrumentation la plus utilisée,

qui utilise une seule résistance ( ) pour régler l'amplification. Vous devrez régler l'amplification sur une valeur élevée, peut-être quelque part entre 100 et 1000 (pas très clair; la soi-disant fiche technique de jauge de contrainte pue simplement). × $R_G$$\times$$\times$

Maintenant, comment connectons-nous la jauge de contrainte, car elle a trois fils, pas les deux comme dans le schéma ci-dessus? Encore une fois, la fiche technique n'est pas utile ici, mais vous la connectez probablement comme ceci:

Cette façon de connecter compense la résistance du fil , qui autrement affecterait la lecture. $R_{WIRE 1}$

Une autre possibilité est que les fils représentent le point haut, droit et bas du pont de Wheatstone, resp. Celui-ci peut être facilement déterminé en mesurant la résistance entre les fils. Dans le premier cas, vous n'aurez aucune résistance entre et . Dans le deuxième cas, vous mesurerez une résistance égale entre le rouge-blanc et le blanc-noir (vous devrez peut-être changer de fil. Encore une fois, la fiche technique n'aide pas).W I R E $WIRE 1$$WIRE 3$

Vous connectez les connexions du voltmètre du pont de Wheatstone aux entrées de l'amplificateur d'instrumentation.

images de ce site

Je ne commenterai pas la conception du circuit, car cela semble attirer beaucoup d'attention, mais j'ai construit un projet où j'ai piraté une balance de salle de bain afin qu'elle soit activée sur le réseau et dispose d'un serveur Web pour servir le poids actuel, et j'ai avoir quelques réflexions sur la mise en place du tout.

Avant de construire votre ampli, afin d'avoir une idée approximative de la façon de régler le gain, construisez d'abord le circuit de jauge de contrainte, allumez-le et utilisez un multimètre (qui est beaucoup plus sensible que les ADC de votre Arduino) pour mesurer la sortie tension de votre circuit de jauge de contrainte avec la charge maximale attendue appliquée. Ensuite, lorsque vous construisez votre circuit d'amplificateur, vous pouvez sélectionner des résistances de gain qui amènent la sortie maximale de l'ampli à 5 V (l'échantillon ADC d'Arduino 0-5 V), et vous obtiendrez la plus grande plage de votre ADC.

La raison en est que la plage et la résolution des ADC sont limitées et discrètes, donc si vous voulez mesurer de 0 à 1 000 livres, avec la résolution de 10 bits des ADC de l'AVR, vous seriez au mieux précis au sein d'un livre si le signal de sortie de votre ampli passe de 0 à 5 V lorsque le poids augmente de 0 à 1 000 lb. Si vous vous contentez de moitié ou devinez avec les résistances de gain, ou commencez par de simples essais et erreurs et que vous vous ennuyez et n'utilisez pas la gamme complète, vous perdrez la précision. Supposons que vous bricoliez un ampli et qu'il ne produise que 0-2,5 V, alors vous jetterez la moitié de la plage et seulement avec une précision de 2 livres. pour cette même gamme de 1000 lb.

Cela dépend du projet et de votre attention. Lorsque j'ai construit ma balance piratée, j'avais besoin d'une plage de 0 à 200 livres, mais je n'étais pas très préoccupé par la précision. Fondamentalement, mon objectif était de déterminer si un conteneur sur l'échelle était vide ou plein, avec peut-être une très faible résolution au-delà de ce genre de 1/8 plein, 3/4 plein, ce genre de chose. Je viens de construire le circuit d'amplificateur différentiel simple ampli op le plus simple que j'ai pu trouver avec le premier ampli op basse tension que j'avais dans mon sac de pièces, avec le gain réglé pour qu'il sature l'ADC à ~ 200 lbs. Même avec cette construction super simple, il est étonnamment précis et linéaire, certainement bon pour la livre (c'est beaucoup mieux que cela, mais je n'avais même pas besoin de précision en livres, donc quand je l'ai calibré, j'ai ajouté du poids par incréments de 5 livres pour construire ma table de données d'étalonnage).

Schéma ajouté sur demande:

C'est plus ou moins le schéma du circuit que j'ai construit, mais je l'ai assemblé sur une planche à pain sans soudure, donc j'espère qu'il n'y avait pas trop d'ingénierie sur le terrain dans ce que j'ai réellement travaillé. La partie supprimée était une résistance et un potentiomètre supplémentaires qui étaient censés pouvoir régler le circuit de la jauge de contrainte de sorte que la sortie était exactement de 0 V sans charge, mais je me suis retrouvé avec une très légère tension positive quoi que je fasse, et ce n'était pas pas significatif donc je n'ai pas pris la peine de le déboguer. Sig + / Sig- sont l'endroit où les jauges de contrainte sont câblées au circuit d'ampli. Je n'ai pas construit mon circuit de jauge de contrainte, j'ai utilisé la balance, donc je ne me sens pas vraiment bien informé sur les détails du travail avec les jauges de contrainte, j'ai juste compris comment utiliser ce qui était là. La mienne avait deux paires de jauges, et chaque paire avait un fil V +, V- et signal.

Les valeurs de résistance dans mon circuit ne signifient pas nécessairement quelque chose pour vous, car elles ont été choisies pour donner le gain dont j'ai besoin. Choisissez le vôtre selon vos besoins.

Note - J'ai quitté la partie inférieure comme une autre option que je ne l' ai pas remarqué la différence paquet loin .. droite modifier toujours pas tout à fait sûr combien de opamps sont disponibles.

Vous voudrez peut-être lire la théorie (de base) de l'ampli opamp (dans laquelle je ne suis pas allé car elle est mieux expliquée que je peux dans de nombreux endroits , et peut / remplit des livres) avant d'essayer tout cela, car c'est très facile pour les choses qui tournent mal (même si vous savez soi-disant ce que vous faites) ne sont pas comme certains circuits intégrés qui "fonctionnent" et sont la source fréquente de frustration pour le nouvel utilisateur d'entre eux.

La partie à laquelle vous vous connectez est un double opamp (deux opamps dans un seul paquet) sans broches nulles ou NC offensives (voir ci-dessous pour l'explication de celles-ci). Voici le brochage de la fiche technique:

Vous pouvez toujours faire l'option d'ampli simple ci-dessous, mais comme vous avez deux amplis, la version à deux opamps à la page 4 de la note de l'application TI est un meilleur choix (fonctionne un peu mieux car elle n'affecte pas autant le signal d'entrée) La résistance les valeurs peuvent être calculées avec l'équation, viser un gain (la partie Vo de l'équation)> 100. Notez que Steven va plus en détail sur les inconvénients de cette option et dit qu'elle ne sera pas "suffisante". Je ne suis pas entièrement d'accord - c'est loin d'être idéal, mais cela peut fonctionner si vous ajustez le gain pour compenser le chargement, comme expliqué dans la note de l'application TI liée ci-dessus. Cependant, le résultat sera légèrement non linéaire car l'impédance change avec la tension d'entrée à l'entrée inverseuse. Donc, si vous avez plus d'un ampli-op, l'amplificateur d'instrumentation est la solution.

Option opamp unique

Vous devez faire un amplificateur différentiel, comme ceci:

Pour votre application, quelque chose comme les valeurs de la page 3 de cette note d'application serait approprié. Il est préférable d'utiliser quelque chose appelé ampli d'instrumentation pour cela, qui utilise 3 amplis op, mais vous pouvez le faire fonctionner correctement avec un. Les résistances définissent le gain de l'ampli op.

Le NC signifie "No Connect", alors ne vous inquiétez pas pour cette broche. Le décalage nul est utilisé pour couper le très petit décalage (généralement un mV environ) entre les deux entrées (idéalement, il n'y aurait pas de décalage)

Remarque - une question très similaire a été posée ici il y a quelques jours. Le demandeur utilisait un amplificateur d'instrumentation à 3 opamps, mais il devrait tout de même être informatif.

Essayez d'inverser la tension à l'une des deux jauges de contrainte. Cela a pour effet de doubler la quantité de changement de tension. Les câbler de la même façon génère ~ la même tension aux deux entrées d'ampli, ce qui équivaut à un différentiel nul.