Как подключить 3-х проводный тензодатчик и тензодатчик и усилитель?

У меня есть 3-х проводный датчик нагрузки, который выглядит так:

Я пытаюсь подключить его к своему Arduino, чтобы обнаружить изменения в весе. Из того, что я понимаю, изменения напряжения настолько малы, что Arduino не может обнаружить изменения без усиления напряжения. Поэтому я купил 8-контактный операционный усилитель LM741CN в Radio Shack, который выглядит примерно так:

Я нашел это видео, которое показывает, как все соединить. Однако я не могу понять схему и почему они используют два датчика нагрузки вместо одного. Они также упоминают резисторы, но я не уверен, почему они их используют (и почему они выбрали размеры), или где в схеме их разместить.

Может кто-нибудь, пожалуйста, помогите мне разобраться, как подключить эту штуку, чтобы обнаружить изменения напряжения? Кроме того, есть ли способ сделать это, используя только один из этих датчиков? Это то, что я сделал до сих пор:

Усилитель также имеет некоторые выводы, которые я не понимаю: смещение нуля, NC. Для чего нужны эти контакты? Должен ли я их использовать?

Обновление: сейчас я работаю с инструментальным усилителем ( AD623 ). У меня также теперь есть 4-проводный датчик нагрузки, с которым я играю. Все еще не могу заставить его работать, но я подумал, что попытаюсь понять это, прежде чем перейти к 3-проводному датчику нагрузки.

Тензодатчик представляет собой переменный резистор, поэтому ваша первая идея может заключаться в том, чтобы построить резисторный делитель со вторым фиксированным резистором, чтобы обнаруживать изменения как изменение напряжения.
К сожалению, тензодатчики являются очень нечувствительными переменными резисторами, сопротивление которых очень мало изменяется при приложении к ним веса. Резисторный делитель недостаточно чувствителен, чтобы обнаружить изменения. Поэтому нам нужен другой подход. Мост Уитстона является решением.

Тензодатчик вместе с R2 до сих пор образуют резисторный делитель, так как это отличается? Предположим, что все резисторы имеют одинаковое значение, равное сопротивлению тензодатчика в состоянии покоя. Тогда напряжение на измерителе напряжения будет равно нулю вместо половины источника питания. Поскольку наши показания равны нулю, мы можем легко их усилить, чтобы получить более высокую чувствительность для всей схемы.
Оли упомянул дифференциальный усилитель , но этого будет недостаточно. Мы не хотим влиять на показания, накладывая на него нагрузку, как это сделал бы дифференциальный усилитель. Нам нужен инструментальный усилитель , который представляет собой дифференциальный усилитель с очень высоким входным сопротивлением. Это наиболее используемая конфигурация инструментального усилителя,

который использует один резистор ( ) для установки усиления. Вы должны будете установить усиление на высокое значение, возможно где-то между 100 и 1000 (не очень ясно; так называемая таблица данных тензометрического датчика просто воняет). × $R_G$$\times$$\times$

Теперь, как нам подключить тензодатчик, потому что у него три провода, а не два, как на приведенной выше схеме? Опять же, таблица данных здесь не нужна, но вы, вероятно, подключаете ее так:

Этот способ подключения компенсирует сопротивление провода , которое в противном случае могло бы повлиять на показания. $R_{WIRE 1}$

Другая возможность состоит в том, что провода представляют верхнюю, правую и нижнюю точки моста Уитстона, соответственно. Какой это может быть легко определено путем измерения сопротивления между проводами. В первом случае у вас не будет сопротивления между и . Во втором случае вы будете измерять равное сопротивление между красно-белым и бело-черным (вам, возможно, придется переключать провода. Опять же, таблица данных не помогает).W I R E $WIRE 1$$WIRE 3$

Вы подключаете соединения измерителя напряжения моста Уитстона к входам измерительного усилителя.

изображения с этого сайта

Я не буду комментировать дизайн схемы, так как это, кажется, привлекает много внимания, но я построил проект, в котором я взломал весы для ванной комнаты, чтобы он был включен по сети и имел веб-сервер для обслуживания текущего веса, и я есть несколько мыслей о том, чтобы собрать все это вместе.

Прежде чем строить усилитель, чтобы получить общее представление о том, как настроить усиление, сначала соберите схему тензодатчика, включите его и используйте мультиметр (который намного более чувствителен, чем АЦП вашего Arduino) для измерения выходного сигнала. напряжение от вашей тензометрической цепи с максимальной ожидаемой нагрузкой. Затем, когда вы строите схему усилителя, вы можете выбрать резисторы усиления, которые доводят максимальную выходную мощность усилителя до 5 В (образец АЦП Arduino 0-5 В), и вы получите максимальный диапазон из вашего АЦП.

Причина для этого заключается в том, что диапазон и разрешение АЦП ограничены и сдержаны, поэтому, если вы хотите измерить 0-1000 фунтов при 10-битном разрешении АЦП AVR, вы в лучшем случае будете с точностью до фунт, если выходной сигнал вашего усилителя идет от 0-5 В, а вес увеличивается от 0-1000 фунтов. Если вы просто недооцениваете это или угадываете с помощью резисторов усиления, или начинаете с чисто проб и ошибок, вам становится скучно и вы не используете полный диапазон, вы отбросите точность. Скажем, вы собираете вместе усилитель, и он дает только 0-2,5 В, тогда вы будете выбрасывать половину диапазона и с точностью до 2 фунтов. для того же диапазона 1000 фунтов.

Это зависит от проекта и от того, насколько вы заботитесь. Когда я строил свою взломанную шкалу, мне требовался диапазон 0-200 фунтов, но я не очень заботился о точности. По сути, моя цель состояла в том, чтобы определить, был ли контейнер на весах пустым или заполненным, возможно, с очень низким разрешением, превышающим такое, как 1/8 полное, 3/4 полное, такого рода вещи. Я только что построил простейшую схему дифференциального усилителя с одним операционным усилителем, которую смог найти с первым операционным усилителем низкого напряжения, который был у меня в сумке с частями, с усилением, установленным так, чтобы он насыщал АЦП на уровне ~ 200 фунтов. Даже с этой сверхпростой конструкцией она удивительно точна и линейна, безусловно, хороша для фунта (это значительно лучше, чем это, но мне даже не нужна была точность в фунтах, поэтому, когда я ее калибровал, я прибавил в весе с шагом 5 фунтов, чтобы построить моя таблица данных калибровки).

Схема добавлена ​​по запросу:

Это более или менее схема для схемы, которую я построил, но я собрал ее на макете без припоя, так что, надеюсь, не было слишком много полевой инженерии в том, что я на самом деле работаю. Удаленная часть представляла собой дополнительный резистор и потенциометр, который должен был настраивать схему тензодатчика, чтобы выходной сигнал был ровно 0 В без нагрузки, но я получил очень небольшое положительное напряжение, независимо от того, что я сделал, и это не было не важно, поэтому я не стал его отлаживать. Sig + / Sig- - это те места, где тензодатчики подключены к цепи усилителя. Я не создавал свою схему тензодатчика, я использовал шкалу, поэтому я не чувствую, что знаю о деталях работы с тензодатчиками, я просто понял, как использовать то, что было там. У меня было две пары датчиков, и каждая пара имела V +, V- и сигнальный провод.

Значения резисторов в моей цепи не обязательно что-то значат для вас, потому что они были выбраны, чтобы дать мне необходимое усиление. Выберите свой в соответствии с вашими потребностями.

Примечание. Я оставил нижнюю часть как другой вариант, так как не сразу заметил разницу в пакете. Редактировать все еще не совсем уверен, сколько операционных усилителей доступно.

Возможно, вы захотите прочитать (базовую) теорию операционных усилителей (в которую я не вошел, поскольку она объясняется лучше, чем я могу во многих местах , и могу / действительно заполняет книги), прежде чем пытаться что-либо из этого, поскольку это очень легко что-то пойдет не так (даже если вы, якобы, знаете, что делаете). Они не похожи на некоторые микросхемы, которые «просто работают», и часто становятся источником разочарования для нового пользователя.

Часть, на которую вы ссылаетесь, представляет собой двойной операционный усилитель (два операционных усилителя в одном пакете) без нулевых или NC-выводов (см. Ниже для объяснения этого) Вот распиновка из таблицы данных:

Вы можете сделать опцию одиночного усилителя ниже, но поскольку у вас есть два операционных усилителя, версия с двумя операционными усилителями на странице 4 примечания к приложению TI является лучшим выбором (работает немного лучше, так как не оказывает значительного влияния на входной сигнал). Резистор Значения могут быть определены с помощью уравнения, стремящегося к усилению (часть уравнения Vo)> 100. Обратите внимание, что Стивен более подробно рассказывает о недостатках этой опции и говорит, что этого будет недостаточно. Я не совсем согласен - это далеко от идеала, но его можно заставить работать, если вы отрегулируете усиление, чтобы компенсировать нагрузку, как объяснено в примечании к приложению TI, связанному с выше. Однако результат будет слегка нелинейным, так как сопротивление изменяется с входным напряжением на инвертирующем входе. Так что, если у вас есть более одного операционного усилителя, вам следует использовать инструментальный усилитель.

Опция с одним операционным усилителем

Вам нужно сделать дифференциальный усилитель, например так:

Для вашего приложения было бы уместно что-то вроде значений на странице 3 этой заметки. Для этого предпочтительно использовать так называемый инструментальный усилитель, который использует 3 операционных усилителя, но вы можете заставить его работать нормально с одним. Резисторы устанавливают усиление операционного усилителя.

NC означает «Нет соединения», так что не беспокойтесь об этом выводе. Смещение null используется для обрезки очень маленького смещения (обычно мВ или около того) между двумя входами (в идеале не должно быть смещения)

Примечание - очень похожий вопрос был задан здесь несколько дней назад. Аскер использовал инструментальный усилитель с 3 операционными усилителями, но он все еще должен быть информативным.

Попробуйте поменять напряжение на одном из двух тензодатчиков. Это приводит к удвоению величины изменения напряжения. При их одинаковом соединении на обоих входах усилителя создается одинаковое напряжение, равное нулю.