Bagaimana cara memasang load cell / strain gauge 3-kawat dan penguat?

Saya memiliki sensor beban 3-kawat yang terlihat seperti ini:

Saya mencoba menghubungkannya ke Arduino saya untuk mendeteksi perubahan berat. Dari apa yang saya mengerti, perubahan tegangan sangat kecil sehingga Arduino tidak dapat mendeteksi perubahan tanpa memperbesar tegangan. Jadi saya membeli 8-pin LM741CN Op-Amp di Radio Shack yang terlihat seperti ini:

Saya menemukan video ini yang menunjukkan cara memasang semuanya. Namun, saya tidak tahu skema dan mengapa mereka menggunakan dua sensor beban, bukan hanya satu. Mereka juga menyebutkan resistor tetapi saya tidak yakin mengapa mereka menggunakannya (dan mengapa ukuran yang mereka pilih), atau di mana di sirkuit untuk meletakkannya.

Dapatkah seseorang tolong bantu saya mencari cara untuk menghubungkan hal ini untuk mendeteksi perubahan tegangan? Juga, apakah ada cara untuk melakukan ini dengan hanya menggunakan satu dari sensor ini? Inilah yang telah saya lakukan sejauh ini:

Amp juga memiliki beberapa pin yang saya tidak mengerti: Offset null, NC. Untuk apa pin-pin ini? Haruskah saya menggunakannya?

Pembaruan: Sekarang saya bekerja dengan Amplifier Instrumentasi ( AD623 ). Saya juga sekarang memiliki sensor beban 4-kawat yang saya mainkan. Masih tidak bisa berfungsi, tapi saya pikir saya akan mencoba untuk memahami itu sebelum pindah ke sensor beban 3-kawat.

Pengukur regangan adalah resistor variabel, jadi ide pertama Anda mungkin membangun pembagi resistor dengan resistor tetap kedua untuk mendeteksi variasi sebagai perubahan tegangan.
Sayangnya pengukur regangan adalah resistor variabel yang sangat tidak sensitif , yang resistanasinya berubah hanya sangat sedikit ketika berat diterapkan pada mereka. Pembagi resistor hampir tidak cukup sensitif untuk mendeteksi perubahan. Jadi kita perlu pendekatan lain.
Sebuah Wheatstone jembatan adalah solusinya.

Pengukur regangan bersama-sama dengan R2 masih membentuk pembagi resistor, jadi bagaimana ini berbeda? Mari kita asumsikan bahwa semua resistor memiliki nilai yang sama, sama dengan resistansi pengukur regangan saat istirahat. Maka tegangan melintasi voltase meter akan menjadi nol, bukan setengah dari catu daya. Karena bacaan kami nol referensi, kami dapat memperkuatnya dengan mudah untuk mendapatkan sensitivitas yang lebih tinggi untuk rangkaian lengkap.
Oli menyebutkan penguat diferensial , tetapi ini tidak akan cukup. Kami tidak ingin memengaruhi pembacaan dengan meletakkan beban padanya, seperti penguat diferensial. Kami membutuhkan penguat instrumentasi , yang merupakan penguat diferensial dengan impedansi masukan yang sangat tinggi. Ini adalah konfigurasi amplifier instrumentasi yang paling banyak digunakan,

yang menggunakan resistor tunggal ( ) untuk mengatur amplifikasi. Anda harus mengatur amplifikasi ke nilai yang tinggi, mungkin di suatu tempat antara 100 dan 1000 (tidak terlalu jelas; datasheet regangan yang disebut hanya bau). × $R_G$$\times$$\times$

Sekarang, bagaimana kita menghubungkan pengukur regangan, karena memiliki tiga kabel, bukan dua seperti dalam skema di atas? Sekali lagi datasheet tidak digunakan di sini, tetapi Anda mungkin menghubungkannya seperti ini:

Cara menghubungkan ini mengkompensasi resistansi kawat , yang jika tidak akan mempengaruhi pembacaan. $R_{WIRE 1}$

Kemungkinan lain adalah bahwa kabel mewakili titik atas, kanan dan bawah jembatan Wheatstone, resp. Yang mana itu dapat dengan mudah ditentukan dengan mengukur resistensi antara kabel. Dalam kasus pertama Anda tidak akan memiliki perlawanan antara dan . Dalam kasus kedua Anda akan mengukur resistensi yang sama antara merah-putih dan putih-hitam (Anda mungkin harus mengganti kabel. Sekali lagi, lembar data tidak membantu).W I R E $WIRE 1$$WIRE 3$

Anda menghubungkan koneksi pengukur tegangan jembatan Wheatstone ke input amplifier instrumentasi.

gambar dari situs web ini

Saya tidak akan mengomentari desain sirkuit, karena yang tampaknya mendapatkan banyak perhatian, tapi saya membangun sebuah proyek di mana saya meretas skala kamar mandi sehingga jaringan diaktifkan dan memiliki server web untuk melayani beban saat ini, dan saya punya beberapa pemikiran tentang menyatukan semuanya.

Sebelum Anda membangun amp Anda, untuk mendapatkan gambaran kasar tentang cara mengatur gain, bangun sirkuit strain gauge terlebih dahulu, nyalakan, dan gunakan multimeter (yang jauh lebih sensitif daripada ADC Arduino Anda) untuk mengukur output tegangan dari rangkaian pengukur regangan Anda dengan beban maksimum yang diharapkan diterapkan. Kemudian ketika Anda membangun sirkuit amplifier Anda, Anda dapat memilih gain resistor yang membawa output maksimum amp hingga 5V (sampel ADC Arduino 0-5V), dan Anda akan mendapatkan jangkauan maksimal dari ADC Anda.

Alasan untuk melakukan ini adalah bahwa jangkauan dan resolusi ADC terbatas dan rahasia, jadi jika Anda ingin mengukur 0-1000 pound, dengan resolusi 10-bit dari ADC AVR, Anda sebaiknya akurat dalam pon jika sinyal output amp Anda berjalan dari 0-5V karena berat meningkat dari 0-1000 lbs. Jika Anda hanya setengah-ass atau menebak dengan gain gain, atau mulai dengan coba-coba murni dan bosan dan tidak menggunakan rentang penuh, Anda akan membuang akurasi. Katakanlah Anda mengacak-acak sebuah amp dan hanya mengeluarkan 0-2.5V, maka Anda akan membuang setengah kisaran dan hanya akurat hingga dalam 2 lbs. untuk kisaran £ 1000 yang sama.

Itu tergantung pada proyek dan seberapa besar Anda peduli. Ketika saya membangun skala retasan saya, saya membutuhkan kisaran 0-200lbs., Tetapi saya tidak terlalu mementingkan akurasi. Pada dasarnya tujuan saya adalah untuk menentukan apakah wadah pada skala itu kosong atau penuh, dengan resolusi yang sangat rendah di luar itu seperti 1/8 penuh, 3/4 penuh, hal semacam itu. Saya baru saja membangun rangkaian penguat diferensial opamp tunggal paling sederhana yang dapat saya temukan dengan opamp tegangan rendah pertama yang saya miliki di dalam bag parts saya, dengan gain yang diatur sehingga memenuhi ADC pada ~ 200 lbs. Bahkan dengan konstruksi super-sederhana ini ternyata sangat akurat dan linier, tentu bagus untuk pound (itu jauh lebih baik dari itu tetapi saya bahkan tidak memerlukan lb. akurasi jadi ketika saya dikalibrasi saya menambahkan bobot dalam kenaikan 5 lb. tabel data kalibrasi saya).

Skema ditambahkan dengan permintaan:

Ini lebih atau kurang skematis untuk sirkuit yang saya buat, tapi saya meletakkannya bersama-sama di papan tempat memotong roti jadi saya harap tidak ada terlalu banyak rekayasa lapangan dalam apa yang sebenarnya saya kerjakan. Bagian yang dihapus adalah resistor dan potensiometer tambahan yang seharusnya dapat menyesuaikan rangkaian strain gauge sehingga outputnya persis 0v tanpa beban, tapi saya berakhir dengan tegangan positif yang sangat sedikit tidak peduli apa yang saya lakukan, dan itu tidak signifikan jadi saya tidak repot-repot men-debug itu. Sig + / Sig- adalah tempat pengukur regangan dihubungkan ke sirkuit amp. Saya tidak membangun rangkaian pengukur regangan saya, saya menggunakan timbangan, jadi saya benar-benar tidak merasa memiliki pengetahuan tentang detail bekerja dengan pengukur regangan, saya baru tahu cara menggunakan apa yang ada di sana. Milik saya memiliki dua pasang pengukur, dan masing-masing pasangan memiliki kabel V +, V- dan sinyal.

Nilai-nilai resistor di sirkuit saya tidak berarti apa-apa bagi Anda, karena mereka dipilih untuk memberikan keuntungan yang saya butuhkan. Pilih milik Anda sesuai dengan kebutuhan Anda.

Catatan - Saya meninggalkan bagian bawah sebagai opsi lain karena saya tidak langsung melihat perbedaan paket .. sunting masih tidak yakin berapa banyak opamps yang tersedia.

Anda mungkin ingin membaca teori opamp (dasar) (yang belum saya bahas karena dijelaskan lebih baik daripada yang saya dapat di banyak tempat , dan dapat / memang mengisi buku) sebelum mencoba semua ini, karena sangat mudah untuk hal-hal yang salah (bahkan ketika Anda seharusnya tahu apa yang Anda lakukan) Mereka tidak seperti beberapa IC yang "hanya bekerja", dan sering menjadi sumber banyak frustrasi bagi pengguna baru mereka.

Bagian yang Anda tautkan adalah opamp ganda (dua opamp dalam satu paket) tanpa pin null atau NC offest (lihat penjelasan di bawah ini) Berikut adalah pinout dari datasheet:

Anda dapat melakukan opsi amp tunggal di bawah ini, tetapi karena Anda memiliki dua opamps, dua versi opamp pada halaman 4 dari catatan aplikasi TI adalah pilihan yang lebih baik (bekerja sedikit lebih baik karena tidak terlalu memengaruhi sinyal input) nilai dapat dikerjakan dengan persamaan, bertujuan untuk mendapatkan (bagian Vo dari persamaan)> 100. Perhatikan bahwa Steven lebih detail tentang sisi buruk dari opsi ini, dan mengatakan itu tidak akan "cukup". Saya tidak sepenuhnya setuju - ini jauh dari ideal, tetapi dapat dibuat berfungsi jika Anda menyesuaikan keuntungan untuk mengkompensasi pemuatan, seperti yang dijelaskan dalam catatan aplikasi TI yang ditautkan di atas. Namun hasilnya akan sedikit tidak linier karena perubahan impedansi dengan tegangan input pada input pembalik. Jadi, jika Anda memiliki lebih dari satu opamp, penguat instrumentasi adalah cara yang harus dilakukan.

Opsi opamp tunggal

Anda perlu membuat penguat diferensial, seperti ini:

Untuk aplikasi Anda, sesuatu seperti nilai pada halaman 3 dari catatan aplikasi ini akan sesuai. Lebih baik menggunakan sesuatu yang disebut amp instrumentasi untuk ini, yang menggunakan 3 opamps, tetapi Anda dapat membuatnya bekerja dengan baik dengan satu opamp. Resistor mengatur gain dari opamp.

NC berarti "No Connect", jadi jangan khawatir tentang pin itu. Offset nol digunakan untuk memotong offset yang sangat kecil (biasanya mV atau lebih) antara dua input (idealnya tidak ada offset)

Catatan - pertanyaan yang sangat mirip ditanyakan di sini beberapa hari yang lalu. Penanya menggunakan penguat instrumentasi 3 opamp, tetapi harus tetap informatif.

Coba balikkan tegangan ke salah satu dari dua pengukur regangan. Ini memiliki efek menggandakan jumlah perubahan tegangan. Pengkabelan mereka sama menghasilkan ~ tegangan yang sama pada kedua input amp yang sama dengan nol diferensial.