Wzmacniacz operacyjny do tensometru

[davidos]

Witam,

od pewnego czasu walczę z czujnikiem/mostkiem tensometrycznym, który wyciągnąłem ze sorawnej wagi. Wszystko pięknie, ale nie mogę zbudować do niego właściwie działającego wzmacniacza operacyjnego, żeby następnie odczytywać wartość napięcia wbudowanym przetwornikiem ADC w µC Mega8. Robiłem już symulacje, różnych układów w multisimie i niestety nie mogę nic zdziałać. Albo układ nie reaguje wcale i ma napięcie pokroju kilkuset mV na wyjściu, albo napięcie bliskie zasilania (5V) i również nie reaguje.

Proszę o pomoc z waszej strony, bo samodzielne szukanie i walczenie z tym szatańskim czujnikiem mnie przerasta.

W kwestii parametrów jakie potrzebuję to dokładność najlepiej do 1g i max waga 1kg. Waga pracowała z dokładnością do 1g w zakresie 0-5kg.

Niestety żadnych numerów/danych ani nic w tym stylu o tym czujniku nie mam. Wiem tyle co udało mi się zmierzyć. Rezystancja pomiędzy punktami sąsiadującymi mostka wynosi 750Ω. Pomiędzy przeciwległymi punkami ok. 1kΩ.

Co do układów to próbowałem różnych sposobów, m. in. podłączenie 2 przewodów tensometru do odwracającego i nieodwracającego wyjścia wzmacniacza, stworzenia takiego układu jak w tym linku:

klick itp. ale niestety bez skutku.

[Bobby]

Czy rezystancja zmienia się w zależności od nacisku? Jeśli tak, to w jakim zakresie?

[Mars]

Pokaż zdjęcie, wyprowadzenia. Jak go dokładnie zasilasz?

[danioto]

Nie wiem jak dokładnie działają Twoje tensometry, ale jeżeli są to źródła prądowe o zmiennej rezystancji, to możesz je zasilić z ujemnego napięcia (-1V, -2V), następnie użyć wzmacniacza odwracającego z potencjometrem, by móc zmieniać wzmocnienie. Moim zdaniem powinno zadziałać. Jakbyś dał więcej schematów, oznaczeń elementów, to na pewno byłoby łatwiej coś wymyślić 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Harnas]

Najlepiej jakbyś podpatrzał w wadze, czy do czujnika dochodziło jakieś zasilanie, czy wszystkie nóżki były podpięte itp.

[davidos]

Rezystancja zmienia się z:

- 750 na 751 między:

S-, a E-, oraz S+, a E+.

- 750 na 749 między:

E+, a S- oraz E-, a S+.

Jednak to wszystko da się zmierzyć po przyłożeniu b. dużej siły w stosunku do dokładności owej wagi. W granicach 0,5kg nie ma żadnej reakcji, dopiero jak nacisnę to coś się zmienia.

Póki co próbuję rozszyfrować "co autor miał na myśli" jeżeli chodzi o płytkę wagi. Może to coś mi podsunie.

Kilka fotek które zrobiłem:

Dobrałem się do płytki od wagi ale wiem ze to nic mi nie da, bo zewnętrznym układem jest tylko eeprom reszta jest zalana plastikiem.

__________

Komentarz dodany przez: Sabre

[Bobby]

Spróbowałbym odfiltrować wyższe częstotliwości na wejściu WO i ustawić b. duże wzmocnienie - zmiany prawdopodobnie są dokładne, ale bardzo małe.

[davidos]

Zapomniałem dodać, że zasilam go z +5V stabilizowanych przez 7805 w standardowym układzie z noty katalogowej.

Wyższe częstotliwości tzn np 1k? czy niżej/wyżej?

Wzmocnienie jakie ustawiałem to było od 100-10000. Nadal mało?

[danioto]

Wybacz za głupie pytanie, ale podłączasz czujnik pod mostek tensometryczny? Tak jak zostało podane na przykład tutaj?

__________

Komentarz dodany przez: Bobby

EDIT:

Ups. Już poprawiłem 🙂

Daniel

[davidos]

Inne kolory mam, ale owszem w ten sposób podłączam. Spróbuję jeszcze pokombinować ale nie wiem kiedy, bo w mojej szkole próbują mnie nauczyć wszystkiego tylko nie elektroniki 🤣. Póki co dziękuję za pomoc i pozdrawiam.

[marek1707]

Miło byłoby zobaczyć Twoje próby symulacji bo wtedy mielibyśmy o czym rozmawiać a tak to tylko kilka zdań:

1. Jak chcesz mierzyć coś z dokładnością 0.1% (1g przy 1kg pełnej skali), gdy Twój przetwornik ma zaledwie 10 bitów i błędy nieliniowości na poziomie prawie 2LSB ? Przy wymienionej przez Ciebie dokładności sumaryczny błąd całości toru pomiarowego, włączając w to: zasilanie mostka, nieliniowość czujnika, offset wzmacniacza, jego dryft temperaturowy, rozrzuty i stabilność rezystorów, napięcie odniesienia ADC i błędy samego przetwornika musiałby być mniejszy niż 0.1%. Wyobrażasz to sobie? Być może pisałeś o rozdzielczości.

2. Zmierzyłeś mostek i jego odpowiedź na jakąś siłę, OK. Pomiar jest zgrubny ale daje pojęcie o wymaganiach na układ kondycjonowania sygnału. Jeżeli dajmy na to rezystancja mostka zmieniła się o 1/750 to i napięcie wyjściowe (przy pewnych uproszczeniach i 2 elementach aktywnych) zmieni się tak samo w stosunku do wielkości napięcia zasilania. Jeśli mostek dla pewnych warunków byłby zrównoważony, to przyłożenie tego Twojego nacisku dałoby napięcie wyjściowe przy zasilaniu 5V: ok 6mV. Wzmacniacz który wybrałeś ma na dzień dobry offset kilka mV (w każdej sztuce scalaka losowo inny) czyli bez kalibracji ten błąd zjada Ci 1/2 napięcia wejściowego. Jeśli nawet metodami analogowymi usuniesz go jakimś trymowaniem to dryft tego offsetu jest na poziomie 20uV/C - to oznacza 3 gramy błędu na każdy stopnień zmiany temperatury. Potrzebne wzmocnienie: np. 2.56V/6mV=416 to jak na jeden stopnień zaczyna być dużo a offset wzmacniacza x416 da Ci na wyjściu ponad 1V "z niczego". Nie wspominam o wielkości CMRR. Słowem: ten wzmacniacz do tego się nie nadaje.

3. Mostka nie możesz niczym obciążać bo każdy 1nA prądu będzie powodował kolejny (i to nieliniowy!) błąd (szacuję z wartości rezystorów w gałęziach) rzędu 1uV a to już możesz sobie na gramy przeliczyć sam. Wzmacniacz nie może pobierać prądu z wejść. O ile w typowej konfiguracji wejście (+) prawie zbliża się do tego ideału o tyle wejście (-) jest zwykle punktem połączenia dwóch rezystorów i prąd z wejścia owszem bierze.

4. Dobrze kombinowałeś - potrzebujesz wzmacniacza pomiarowego (instrumentation amplifier) ale nie takiego robionego na piechotę z kiepskich klocków. "Dorosły" wzmacniacz pomiarowy nie pobiera prądu z żadnego wejścia, wzmocnienie ma ustawiane jednym rezystorem (żadnego dobierania kilku identycznych do 0.1%), offsety, dryfty, CMRR i prądy polaryzacji "dopasowane" do układów pomiarowych i tylko.. ta cena. Pierwszy z brzegu AD8221 znalazłem w TME poniżej 20zł. Przejrzyj jego dane i jeśli Coś Ci nie pasuje, znajdź coś innego ale w tej klasie układów.

5. Typowo w takich zastosowaniach używa się przetworników delta-sigma. Jest ich teraz mnóstwo i całkiem niedrogie. W tej technologii dostaniesz za psie pieniądze 20-24 bity i kilka pomiarów na sekundę - wadze więcej nie potrzeba. Podłączysz to przez SPI i z głowy. Oczywiście w warunkach typowo domowych o więcej niż 14-16 bitach możesz zapomnieć, reszta odczytanego słowa będzie szumem ale to i tak znaczny postęp w stosunku do mega8, prawda?

6. Wspomniałem o zasilaniu mostka. LM7805 niestety nie wystarczy. Potrzebujesz coś stabilnego: musisz zasilać mostek naprawdę stabilnym źrodłem napięcia lub prądu. W każdym razie gdzieś w układzie powinieneś wstawić coś, co będzie odniesieniem Twoich pomiarów. Niestety w moich danych katalogowych mega8 parametry źródła napięcia odniesienia (oczywiście oprócz samej wielkości napięcia) są okryte tajemnicą (TBD - To Be Defined) ale układ jest dość stary więc raczej już się nie dowiemy. Nie spodziewałbym się jednak czegoś wielkiego, ułomny przetwornik 10 bitowy nie potrzebuje wodotrysku a BOD tym bardziej.

Zacznij czytanie od tego:

http://www.analog.com/static/imported-files/seminars_webcasts/927412250sscsect4.PDF

lub tego:

http://www.analog.com/static/imported-files/seminars_webcasts/49470200sscsect2.PDF