¿Cómo conectar una celda de carga de 3 hilos / medidor de tensión y un amplificador?

Tengo un sensor de carga de 3 cables que se ve así:

Estoy tratando de conectarlo a mi Arduino para detectar cambios en el peso. Por lo que entiendo, los cambios en el voltaje son tan pequeños que el Arduino no puede detectar los cambios sin amplificar el voltaje. Así que compré un amplificador operacional LM741CN de 8 pines en Radio Shack que se ve algo así:

Encontré este video que muestra cómo conectar todo. Sin embargo, no puedo entender el esquema y por qué están usando dos sensores de carga en lugar de solo uno. También mencionan resistencias, pero no estoy seguro de por qué las están usando (y por qué los tamaños que eligieron), o en qué lugar del circuito las colocarán.

¿Puede alguien ayudarme a descubrir cómo conectar esto para detectar cambios en el voltaje? Además, ¿hay alguna manera de hacer esto usando solo uno de estos sensores? Esto es lo que he hecho hasta ahora:

El amplificador también tiene algunos pines que no entiendo: Offset null, NC. ¿Para qué son estos pines? ¿Debería estar usándolos?

Actualización: ahora estoy trabajando con un amplificador de instrumentación ( AD623 ). Ahora también tengo un sensor de carga de 4 cables con el que estoy jugando. Todavía no puedo hacer que funcione, pero pensé que trataría de entender eso antes de pasar al sensor de carga de 3 cables.

El medidor de deformación es una resistencia variable, por lo que su primera idea es construir un divisor de resistencia con una segunda resistencia fija para detectar las variaciones como un cambio en el voltaje.
Desafortunadamente, los medidores de tensión son resistencias variables muy insensibles , cuya resistencia cambia muy poco cuando se les aplica peso. Un divisor de resistencia no es lo suficientemente sensible como para detectar los cambios. Entonces necesitamos otro enfoque.
Un puente de Wheatstone es la solución.

El medidor de deformación junto con R2 todavía forman un divisor de resistencia, entonces, ¿cómo es esto diferente? Supongamos que todas las resistencias tienen el mismo valor, igual a la resistencia del medidor de tensión en reposo. Entonces el voltaje a través del medidor de voltaje será cero en lugar de la mitad de la fuente de alimentación. Como nuestra lectura es de referencia cero, podemos amplificarla fácilmente para obtener una mayor sensibilidad para todo el circuito.
Oli mencionó el amplificador diferencial , pero esto no será suficiente. No queremos afectar la lectura poniéndole una carga, como lo haría el amplificador diferencial. Necesitamos un amplificador de instrumentación , que es un amplificador diferencial con una impedancia de entrada muy alta. Esta es la configuración de amplificador de instrumentación más utilizada,

$R_G$$\times$$\times$

Ahora, ¿cómo conectamos el medidor de tensión, porque tiene tres cables, no los dos como en el esquema anterior? Una vez más, la hoja de datos no sirve de nada aquí, pero probablemente la conecte así:

$R_{WIRE 1}$

$WIRE 1$$WIRE 3$

Conecta las conexiones del medidor de voltaje del puente Wheatstone a las entradas del amplificador de instrumentación.

imágenes de este sitio web

No comentaré sobre el diseño del circuito, ya que parece estar recibiendo mucha atención, pero construí un proyecto en el que pirateé una báscula de baño para que estuviera habilitada para la red y tiene un servidor web para atender el peso actual, y yo tenga algunas ideas sobre cómo armar todo.

Antes de construir su amplificador, para tener una idea aproximada de cómo configurar la ganancia, primero construya el circuito de galgas extensométricas, enciéndalo y use un multímetro (que es mucho más sensible que los ADC de su Arduino) para medir la salida voltaje de su circuito de galgas extensométricas con la carga máxima esperada aplicada. Luego, cuando construya su circuito amplificador, puede seleccionar resistencias de ganancia que lleven la salida máxima del amplificador a 5V (la muestra de ADC de Arduino 0-5V), y obtendrá el mayor rango de su ADC.

La razón para hacer esto es que el rango y la resolución de los ADC son limitados y discretos, por lo que si desea medir 0-1000 libras, con la resolución de 10 bits de los ADC del AVR, en el mejor de los casos sería preciso dentro de un libra si la señal de salida de su amplificador va de 0-5V a medida que el peso aumenta de 0-1000 lbs. Si solo lo entiendes o adivinas con las resistencias de ganancia, o comienzas con puro ensayo y error y te aburres y no usas el rango completo, tirarás la precisión. Supongamos que improvisa un amplificador y solo emite 0-2.5V, luego tirará la mitad del rango y solo tendrá una precisión de 2 lb. para ese mismo rango de 1000 lb.

Depende del proyecto y de cuánto te importe. Cuando construí mi escala pirateada necesitaba un rango de 0-200 lb, pero no me preocupaba mucho la precisión. Básicamente, mi objetivo era determinar si un contenedor en la báscula estaba vacío o lleno, con tal vez una resolución muy baja más allá de eso como 1/8 lleno, 3/4 lleno, ese tipo de cosas. Acabo de construir el circuito amplificador diferencial de opamp simple más simple que pude encontrar con la primera opamp de bajo voltaje que tenía en mi bolsa de piezas, con la ganancia configurada para que sature el ADC a ~ 200 lbs. Incluso con esta construcción súper simple, es sorprendentemente precisa y lineal, ciertamente buena para la libra (es considerablemente mejor que eso, pero ni siquiera necesitaba lb. de precisión, así que cuando la calibré agregué peso en incrementos de 5 lb para construir mi tabla de datos de calibración).

Esquema agregado por solicitud:

Este es más o menos el esquema del circuito que construí, pero lo armé en una placa sin soldadura, así que espero que no haya demasiada ingeniería de campo en lo que realmente estoy trabajando. La parte eliminada era una resistencia adicional y un potenciómetro que se suponía que era capaz de sintonizar el circuito del medidor de tensión para que la salida fuera exactamente 0v sin carga, pero terminé con un voltaje positivo muy leve sin importar lo que hice, y no fue No es significativo, así que no me molesté en depurarlo. Sig + / Sig- son los cables de tensión conectados al circuito de amplificador. No construí mi circuito de galgas extensométricas, usé la escala, así que en realidad no me siento tan bien informado sobre los detalles de trabajar con galgas extensométricas, simplemente descubrí cómo usar lo que había allí. El mío tenía dos pares de medidores, y cada par tenía un cable V +, V- y señal.

Los valores de resistencia en mi circuito no necesariamente significan nada para ti, porque fueron elegidos para dar la ganancia que necesito. Elige el tuyo según tus necesidades.

Nota: dejé la parte inferior como otra opción, ya que no noté la diferencia del paquete de inmediato ... edite todavía no estoy seguro de cuántos opamps hay disponibles.

Es posible que desee leer sobre la teoría (básica) de opamp (en la que no he entrado, ya que se explica mejor de lo que puedo en muchos lugares , y puede / llena libros) antes de intentar algo de esto, ya que es muy fácil para las cosas van mal (incluso cuando supuestamente sabes lo que estás haciendo) No son como algunos circuitos integrados que "simplemente funcionan", y son la fuente frecuente de mucha frustración para el nuevo usuario de ellos.

La parte a la que se vincula es una opamp dual (dos opamps en un paquete) sin pines nulos o NC ofensivos (consulte a continuación para obtener una explicación de estos) Aquí está el pinout de la hoja de datos:

Todavía puede hacer la opción de amplificador único a continuación, pero dado que tiene dos opamps, la versión de dos opamps en la página 4 de la nota de la aplicación TI es una mejor opción (funciona un poco mejor ya que no afecta tanto la señal de entrada) La resistencia los valores se pueden resolver con la ecuación, apunte a una ganancia (la parte Vo de la ecuación) de> 100. Tenga en cuenta que Steven entra en más detalles sobre la desventaja de esta opción, y dice que no será "suficiente". No estoy del todo de acuerdo: está lejos de ser ideal, pero se puede hacer que funcione si ajusta la ganancia para compensar la carga, como se explica en la nota de la aplicación TI vinculada anteriormente. Sin embargo, el resultado será ligeramente no lineal ya que la impedancia cambia con el voltaje de entrada en la entrada inversora. Entonces, si tiene más de un opamp, el amplificador de instrumentación es el camino a seguir.

Opción opamp individual

Necesita hacer un amplificador diferencial, como este:

Para su aplicación, algo como los valores en la página 3 de esta nota de aplicación sería apropiado. Es preferible usar algo llamado amplificador de instrumentación para esto, que usa 3 amplificadores operacionales, pero puede hacer que funcione bien con uno. Las resistencias establecen la ganancia del opamp.

El NC significa "No conectar", así que no te preocupes por ese pin. El desplazamiento nulo se usa para recortar el desplazamiento muy pequeño (generalmente un mV más o menos) entre las dos entradas (idealmente no tendría desplazamiento)

Nota: una pregunta muy similar se hizo aquí hace unos días. El autor de la pregunta estaba usando un amplificador de instrumentación de 3 opamp, pero aún así debería ser informativo.

Intente invertir el voltaje en uno de los dos medidores de tensión. Esto tiene el efecto de duplicar la cantidad de cambio de voltaje. Cablearlos de la misma manera genera ~ el mismo voltaje en ambas entradas de amplificador, lo que equivale a cero diferencial.