Celdas de carga de 3 hilos y puentes de piedra de trigo desde una báscula de baño

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Estoy involucrado en un proyecto de 4H que busca tomar algunas medidas de peso con colmenas de abejas y estoy tratando de descubrir algunos sensores de carga de 3 cables para hacer eso.

Tengo cuatro sensores de 3 cables (sensores de carga / medidores de tensión) de una báscula de baño (cada sensor estaba en una esquina). Cada sensor tiene un cable rojo, blanco y negro. La resistencia entre el cable rojo y el cable negro o blanco es de 1k ohmios. La resistencia entre los cables blanco y negro es de 2k ohmios (la resistencia entre los cables en mis celdas de carga y cada uno salió con R-> B = 1K, R-> W = 1K, B-> W = 2k).

Debido a esto, me dijeron que cada sensor de carga de 3 cables representa la mitad de un puente Wheatstone (cada sensor contiene dos patas de resistencia de 1k).

Puedo entender la aplicación individual de wheatstone, pero estoy confundido acerca de cómo funcionaría una escala cuando se hace a partir de dos puentes de wheatstone. Mi pregunta es, si esto es así, ¿por qué una báscula requeriría dos puentes Wheatstone (recuerde, los cuatro sensores de 3 cables provienen de una báscula de baño)?

usuario37997
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Los sensores de carga de la báscula de baño de tres cables tienen dos elementos resistivos, uno de ellos es sensible a la fuerza y ​​el otro no. Con los suyos, la deriva central es el cable rojo, pero no está claro si el sensible a la fuerza es R-> B o R-> W.
Dave X
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La persona te dijo algo engañoso. Cada sensor podría ser la mitad de un puente, pero es posible que desee considerar cada sensor como dos cuartos, o dos octavos de un puente y desea distribuir las porciones de resistencia variable de los sensores para crear un puente equilibrado y sensible eso mide lo que quieres.
Dave X
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Recuerde que estos sensores de báscula tipo baño tienen una deriva de tiempo y temperatura no especificada, por lo que no son ideales para aplicaciones en el lugar. Su objetivo es volver a cero antes de cada lectura, por lo que debe realizar un trabajo para caracterizar los dispositivos antes de tomar decisiones costosas.
KalleMP

Respuestas:

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Los elementos de galgas extensométricas vienen con una porción sensible al estrés positiva y una porción sensible al estrés negativa. Si los conecta con cuidado volteándolos para que las partes sensibles al estrés desequilibren el puente de manera constructiva, puede usar los cuatro sensores sin resistencias adicionales. El enlace de jonk a la publicación del blog en http://www.nerdkits.com/forum/thread/900/ tiene una buena pista con el diagrama de Mongo (copiado a continuación), y los comentarios de jonk - user37977 sobre la respuesta de jonk también ayudan.

Básicamente, dos lados diagonalmente opuestos de un puente de wheatstone están formados por los elementos de tensión positiva de dos medidores conectados en serie, mientras que los otros dos lados del puente están formados por los dos elementos de tensión negativa.

Con la compresión en todos los sensores de tensión positiva, se reducen las resistencias activas y se desequilibra el puente de una manera, y bajo tensión, las resistencias de tensión positiva aumentan, lo que desequilibra el puente de la otra manera.

Foto de Mondo de la publicación del blog

Conecte los cuatro sensores en un anillo grande con la máxima resistencia, haciendo coincidir los colores e ignorando inicialmente los cables de derivación central. Elija dos toques centrales opuestos como E + y E-, y los dos toques centrales restantes como S +, S-. Coloque el voltaje de excitación en el E + / E- del diagrama anterior y lea una diferencia de voltaje sensible a la fuerza a través de S + / S-.

Ver /electronics//a/75717/30711 para un buen esquema y Arduino Leonardo + Celdas de carga de 3 cables + INA125P - Señal analógica de rebote / ruido para un diagrama de cableado de los cables de colores que se combinan en un puente de piedra de trigo.

Editar: En realidad, no estoy seguro de si las celdas de carga de tres cables de OP tienen solo un medidor de tensión activo como en el diagrama de Mongo. Si son como la celda de carga de 50 kg de https://www.sparkfun.com/products/10245 de SparkFun o http://www.ebay.com/itm/4pcs-Body-Load-Scale-Weighing-Sensor-Resistance de Ebay - Sensores de medio puente de tracción - 50 kg - / 251873576571 deben tener un medidor de compresión y tensión tanto en la superficie superior. El sitio de Ebay tiene un diagrama como:

célula de carga trifilar de 50 kg ... que indica un indicador de tensión positivo en el rojo-blanco, y una tensión negativa en el rojo-negro. (tenga en cuenta que el orden de coloración en este diagrama no coincide con el orden de coloración en esta imagen. Tengo un indicador similar con colores azul-rojo-negro, y el indicador de tensión positivo es el par derecho, negativo a la izquierda). La superficie en la barra central entre las 'E' acopladas cara a cara en el sensor debe actuar como una barra paralela y tiene porciones bajo compresión y bajo tensión, en lugar de estar puramente bajo tensión. En la sección transversal, la barra calibrada en el centro es una especie de pieza transversal en un resorte en forma de Z. En este caso, las cepas se oponen entre sí y, si se fabrican bien, La reducción de la resistencia en la porción de deformación negativa compensará el aumento de la resistencia en la porción de deformación positiva y la resistencia total blanco-negro debe ser constante. Todavía es necesario configurar el puente para que los divisores de voltaje se muevan en direcciones opuestas con una carga adicional, y 4 dispositivos conectados en un lazo blanco a blanco y negro a negro deberían funcionar como se indica arriba.

Aquí hay un esquema con indicadores 1-4 como G1 G2, G3, G4 según las especificaciones anteriores, aplicando una excitación en los rojos G1 y G3, y leyendo las señales de los rojos G2 y G4. El medidor G4 se carga un poco con algo de tensión positiva que aumenta la resistencia G4 +, y algo de tensión negativa que reduce la resistencia G4-. Idealmente, cargar G4 con 25 kg produciría 0.5mV / V veces su voltaje de excitación de 2.5V, produciendo 1.250mV a través de Sig + / Sig-, y estirando R8 a 1001 ohmios y comprimiendo R7 a 999 ohmios como se muestra. Uno podría aumentar la sensibilidad en un factor de 4 aumentando V1 hasta la especificación de 20V (= 2 * 10V) (Lo esquemático / simulador es bastante bueno).

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Con solo dos dispositivos, uno debe enganchar de blanco a negro y de negro a blanco, imponiendo un voltaje de excitación entre estas dos uniones y leyendo las diferencias entre los rojos, a medida que el aumento de la carga empuja un lado hacia arriba y el otro hacia abajo.

Dave X
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Si todos los sensores de medio puente cambiaron su resistencia exactamente igual cuando se aplicó una carga, ¿puede ver que podrían montarse en paralelo? La resistencia efectiva de extremo a extremo se reduciría de 2 kohm a 1 kohm, pero eso es de ninguna consecuencia a un circuito de medición de puente. Incluso si hay disparidades en la resistencia entre dos dispositivos en paralelo, apostaría a que el error introducido es insignificante.

Tal vez usaron dos puentes de wheatstone y dos amplificadores diferenciales y sumaron las señales internamente para obtener un promedio, pero lo dudo porque el costo sería un problema para ellos.

¿Por qué no podrían usar dos medios puentes y dos células de carga ficticias? Probablemente sea más barato y más exacto usar cuatro medios puentes.

Andy alias
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¿Es esta una respuesta o una suposición? El peso total en una báscula de baño es la suma de los pesos en cada soporte (que no son necesariamente iguales), y se utilizan cuatro soportes para una máxima estabilidad al subir o bajar de la báscula. Por lo tanto, se utilizan cuatro celdas de carga y sus salidas se suman de manera adecuada.
Dave Tweed
@DaveTweed No, no es una suposición. He usado medidores en paralelo antes y funcionan bien.
Andy alias
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Entonces, ¿qué tal volver a redactarlo para eliminar todo el "Apuesto", "Quizás", "Dudo", "Probablemente", etc.?
Dave Tweed
@DaveTweed Hace un tiempo (probablemente alrededor de 1990) y no recuerdo cómo se resolvió el error y si necesitaba una compensación no lineal o no. No creo que haya habido pero, dadas mis dudas en esta área y debido a que no estoy sentado frente a un simulador para verificar (de manera perezosa), lo dejaré como está hasta que esté más seguro.
Andy alias
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Creo que Omega puede discutir una posible explicación y esquema.

Se utilizan cuatro medidores de deformación para obtener la máxima sensibilidad y compensación de temperatura. Dos de los medidores generalmente están en tensión, y dos en compresión, y están cableados con ajustes de compensación como se muestra en la Figura 7-2 (ed: ver más abajo). Cuando se aplica peso, la tensión cambia la resistencia eléctrica de los medidores en proporción a la carga.

Diagrama de galgas extensométricas Omega

Fuente de Omega para la descripción anterior.

También encontré un blog de 2010 que también puede ayudar.
Blog sobre piratería de medidores de escala de tres hilos

jonk
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El circuito desde la parte inferior del blog parece una posibilidad. Está sugiriendo que las cuatro celdas de carga de 3 cables en realidad se conectan a un gran puente de piedra de trigo, con los blancos conectados entre sí, los negros conectados entre sí y los rojos como E +, E-, S +, S-. Nunca contemplé eso. Veré que funciona (con suerte durante el fin de semana). Gracias por la info.
user37997
Sí, ¡ese también me llamó la atención!
jonk
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Me pregunto si importa qué cables rojos se usan para S + y S- (los dedos del pie o el talón) y cuáles se usan para E + y E-.
user37997
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No debería importar Es simétrico y no hay uniones PN de las que preocuparse. Sin embargo, probablemente necesitará un circuito para aprovecharlo al máximo. No solo una entrada y código ADC.
jonk
Si todos los medidores están todos en tensión, o todos los medidores están en compresión, entonces debe tener cuidado con la forma en que los conecta para que no se cancelen entre sí. El diagrama de la publicación del blog es bueno sobre esto: hay dos Rs sensibles al estrés entre E + y S-, y dos Rs sensibles al estrés entre E- y S +, con los pares insensibles en las otras patas. Luego, si todos los medidores se comprimen al mismo tiempo, R cae, y S- se tira hacia E + y S + hacia E-. O viceversa con la tensión. Frio.
Dave X
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La forma de hacer que esto funcione es hacer que cada cepa se calibre en un puente de piedra de trigo completo usando resistencias fijas de 1k para formar la otra mitad. De esta manera, las básculas toman el peso en cada una de las cuatro esquinas y las suman para dar el peso total en el plato.

Doug
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