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

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)?

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.

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:

... 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).

^{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.

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.

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.

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

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.