Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Uszkodzony wyświetlacz w wadze bifinett - tensometr

18 Lip 2016 14:52 1683 8
  • Poziom 13  
    Witam. Posiadam wagę elektroniczną z uszkodzonym wyświetlaczem. Chciałbym wykorzystać całą konstrukcję tj. obudowę i układ pomiarowy - tensometr. Waga ta posiada tensometr 4 przewodowy podpięty do wyprowadzeń V+;V-;S+;S-. Wiem, że trzeba zbudować mostek tensometryczny i mierzyć napięcie na wyjściu odpowiadające wadzę tylko nie mam żadnych parametrów tensometru i nie wiem jak się za to zabrać.


    Uszkodzony wyświetlacz w wadze bifinett - tensometr Uszkodzony wyświetlacz w wadze bifinett - tensometr
  • Poziom 37  
    Witam,
    mostka nie trzeba budować, mostek jest w belce tensometrycznej.

    Opis (chyba w miarę typowej) belki tensometrycznej:
    https://botland.com.pl/czujniki-nacisku/3097-belka-tensometryczna-na27-1kg-10n.html
    Możesz poszukać pod hasłem "belka tensometryczna", są polscy dostawcy.

    Tu jakiś wzmacniacz do belki:
    https://botland.com.pl/czujniki-nacisku/4283-...-do-belki-tensometrycznej-hx711-sparkfun.html

    Można zrobić samemu "na piechotę", wykorzystując wzmacniacz różnicowy (raczej o małych szumach) oraz ADC (raczej o dużej rozdzielczości i również małych szumach, czyli delta-sigma), na przykład tu:
    http://www.microchip.com/DevelopmentTools/ProductDetails.aspx?PartNO=MCP3421DM-WS
    u dołu strony jest dokumentacja (schematy, opisy algorytmów, itp.).

    Pozdrawiam
  • Poziom 13  
    Wow widzę, że temat jest chyba trochę szerszy niż mi się wydawało. Pytanie czy da się to zrobić w czysto analogowej wersji ? Jakich sygnałów najeży spodziewać się z belki? Nie chodzi mi o uzyskaniu dużej dokładności ma to być waga kuchenna ± te 50 nawet 100 gram nie zrobi różnicy. Ładowność wagi to 5kg. Istniała by możliwość zastosowania wzmacniacza operacyjnego i odczyt wartości na multimetrze i kalibracja.
  • Poziom 37  
    Witam,
    nie jest to aż tak bardzo skomplikowane, jak się na pierwszy rzut oka wydaje.

    W popularnych belkach używa się zazwyczaj tensometrów oporowych, czyli materiałów, które zmieniają rezystancję pod wpływem ugięcia. Producenci belki tensometrycznej przyklejają do niej tensometry w konfiguracji mostka (jest to sprytnie robione, aby zachować przyzwoitą liniowość mostka i mały wpływ temperatury), mechaniczna konstrukcja belki (materiał i sposób obróbki) jest tak dobrana, aby określony nacisk powodował odpowiednie ugięcie belki (razem z przyklejonymi tensometrami) a w konsekwencji odpowiednią zmianę wypadkowej rezystancji mostka.

    Mostek musi być zasilony jakimś napięciem stałym, zwykle są to wyprowadzenia V+ oraz V-. Sygnał wyjściowy pobiera się z wyprowadzeń "sense", czyli S+ oraz S-. Jak widać, napięcie wyjściowe między S+ i S- zależy od napięcia zasilania, czyli między V+ i V-, więc powinno ono być dość stabilne, a najlepiej jest, gdy to zasilające mostek napięcie jest jednocześnie w jakiejś formie napięciem odniesienia przetwornika AD, wówczas to napięcie podczas pomiaru się kasuje i wystarczy aby miało dobrą stabilność w krótkim czasie.

    Czułość typowych belek jest raczej mała, rzędu 2mV / V wymuszenia. Mostka nie należy zasilać zbyt dużym napięciem, powinno być rzędu kilku woltów (dokładnie wiadomo to z dokumentacji). Jeżeli zasilimy mostek belki napięciem na przykład 5V, to na wyjściu (przy maksymalnym nacisku) uzyskamy raptem 10mV, a przy 1/1000 nacisku już tylko 10uV, raczej mało. Dlatego potrzebny jest różnicowy (pomiar od S- do S+) wzmacniacz o małych szumach (niski poziom sygnału użytecznego, słaby wzmacniacz utopi ten sygnał w szumie).

    Jakiś mikroprocesor jest przydatny dla umożliwienia kalibracji i odpowiedniego przekształcania natywnej wartości pomiaru na faktyczną wagę. Producenci belek deklarują dostatecznie dobrą liniowość więc wystarczy wykonać konwersję pomiaru za pomocą funkcji liniowej typu y = ax +b, dla obliczenia nieznanych współczynników a i b wystarczą dwa punkty odniesienia, na przykład 0 i 5kg. Można również zrealizować funkcję "tara".

    Na upartego, pierwsze eksperymenty możesz zrobić, podłączając do V+ i V- jakiś (w miarę stabilny) zasilacz, na przykład 5V, a do S+ i S- woltomierz (o dużej impedancji wejściowej żeby nie zaburzać mostka). Następnie układając na belce różne "wzorcowe" odważniki, możesz patrzeć, co pokazuje ten woltomierz.

    Zrobienie wersji czysto analogowej może być trudne. Trzeba w sposób analogowy zrobić skalowanie (nachylenie i offset), poza tym należy dysponować dostatecznie stabilnym napięciem zasilania mostka, w przypadku stosowania przetwornika AD, napięcie odniesienia w jakiś sposób wywodzi się z napięcia zasilania mostka i pomiar staje się typu "ratiometric", więc to napięcie musi być stabilne wyłącznie w krótkim czasie.

    Pozdrawiam
  • Poziom 13  
    Zasiliłem mostem napięciem 5V ze stabilizatora. Na wyjściu na luźno jest ok 2mV, przy mocnym naciśnięciu palcem 10mV. Próbowałem wykorzystać zwykły wzmacniacz operacyjny TL072 jednak właśnie musiał bym połączyć jedno z wyprowadzeń z masą a wtedy mostek nie działa. Czy na takich elementach da się zbudować do tego wzmacniacz ?

    Edit:

    W oparciu o jedną ze stron zbudowałem wzmacniacz jak na rysunku:
    Uszkodzony wyświetlacz w wadze bifinett - tensometr

    Jednak jak widać po napięciach jakie zapisałem nie działa to za dobrze i nie wiem dlaczego? Napięcie na wyjściu nie zmienia się, jednak różnica napięć na wejściach już tak.
  • Pomocny post
    Poziom 37  
    Wstępne wyniki są w porządku. Bez obciążenia jest 2 mV, jest to jakiś offset tej belki, producenci nie gwarantują niestety zerowego offsetu. Przy mocnym naciśnięciu zrobiło się 10 mV, z grubsza się zgadza.
    Sygnał z belki jest różnicowy, więc trzeba go wzmacniać wzmacniaczem różnicowym, nie można uziemić jednego z wyjść belki. Na rysunku jest schemat wzmacniacza różnicowego, najprostszy z możliwych, mający pewne wady, opisane w literaturze, ale "na pierwszy ogień" może być.
    Z rysunku wynika, że różnicowe wzmocnienie jest równe: 10k / 1k = 10, wejściowe napięcie różnicowe jest równe: 2,26 V - 2,31 V = - 0,05 V, więc na wyjściu powinno być - 0,5 V. Podejrzewam, że zasiliłeś wzmacniacz pojedynczym napięciem (tylko dodatnim), więc ujemne napięcie na wyjściu nie ma się skąd wziąć. 1,31 V na wyjściu jest zapewne najniższym możliwym napięciem, które ten wzmacniacz jest w stanie wydać, przy ujemnej szynie zasilania podłączonej do masy. O ile dobrze pamiętam, wzmacniacze z serii TL07x nie są wzmacniaczami typu rail-to-rail, to znaczy nie mogą pracować z napięciami na wejściu lub wyjściu zbliżonymi do napięć szyn zasilających, to 1,31 V jest pewnie najmniejszym odstępem napięcia na wyjściu od szyny ujemnej, zapewne podobnie jest dla szyny dodatniej.
    Generalnie, należy napięcia na wejściu zamienić miejscami, ale wówczas na wyjściu "będzie chciało być" + 0,5 V, też za mało jak na ten wzmacniacz. Pozostaje zastosować wzmacniacz typu rail-to-rail (jest duża oferta, ceny też niskie) albo zasilić TL07x napięciem symetrycznym, powiedzmy +/- 5 V.
    Wzmacniacz różnicowy musi mieć oczywiście swój punkt odniesienia, jego masę należy dołączyć do masy układu wejściowego, czyli mostka tensometrycznego (zakładam, że do V-).
    Proponuję również nieco zwiększyć wartości rezystorów, na przykład 10k / 100k, obecnie rezystancja wejściowa tego wzmacniacza jest dość mała i może niekorzystnie wpływać na wewnętrzną rezystancję mostka tensometrycznego. Oczywiście nie należy przesadzić (nie setki megaomów), bo układ zacznie łapać szumy i zakłócenia.

    Pozdrawiam
  • Poziom 13  
    Ok. Zrobiłem wzmacniacz różnicowy zasilany symetrycznym napięciem ±7,2V. Mostek zasilany ze stabilizowanego 5V. Rezystory to 1k i 100k a więc wzmocnienie około 100 razy. Wszystko tym razem działa pięknie. Waga bez obciążenia to 152mV, 1kg to 220 mV zatem na 1mV przypada jakieś 15g. Ważyłem kilka rzeczy i jest dobrze nieliniowość jest niewielka spokojnie mieszczę się w 50g błędu.

    Teraz pytanie jak najprościej zrobić ofset, żeby pusta waga dawała nam 0V z zachowaniem liniowości pomiarów zatem 70mV na wyjściu to będzie kilogram. Idea jest taka że mogę zastosować wtedy kolejne wzmocnienie i tak je dobrać, aby kilogram odpowiadał 1V, więc na multimetrze pomiar w woltach da mi bezpośrednio kilogramy :)

    Zrobiłem coś takiego:
    Uszkodzony wyświetlacz w wadze bifinett - tensometr
    Po pierwszym wzmocnieniu jest ok potencjometrem ustawiam zero na wyjściu po położeniu kilograma mam -72mV na wyjściu. Jednak za drugim wzmocnieniem nie mam praktycznie nic. Wzmocnienie powinno wynieść -13,9 ale nie wiem dlaczego to nie działa...
  • Pomocny post
    Poziom 37  
    Witam,
    po pierwsze, na ostatnim schemacie są błędy, w obu wzmacniaczach zamieniły Ci się numeracje wejść + i - wzmacniaczy operacyjnych. Jakby co, tutaj jest opis pinów:
    http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl071.pdf
    jeżeli podłączałeś "po numerach pinów" to oba wzmacniacze nie będą działały, oba mają dodatnie sprzężenie zwrotne, zamiast ujemnego.
    Tak czy inaczej, ostatni układ jest niezbyt szczęśliwy, jak wynika z rysunku:
    https://obrazki.elektroda.pl/2581985000_1468863371.jpg
    wzmocnienie różnicowe jest opisane podanym wzorem przy spełnieniu warunku równości stosunku rezystancji, wprowadzając potencjometr zaburzasz ten stosunek i wzmacniacz przestaje być różnicowy a zaczyna być wzmacniaczem dwóch sygnałów (dodatniego i ujemnego) o różnych wzmocnieniach. Czyli przestaje być to wzmacniacz: k * (Vp - Vn) a zaczyna być: k1 * Vp - k2 * Vn, gdzie k1 i k2 mają różne wartości, w związku z tym sygnał wspólny nie kasuje się.
    Proponuję zrobić to następująco.
    Początek jest w porządku: wzmacniacz różnicowy, jak na pierwszym rysunku z internetu (bez żadnych potencjometrów dla zachowania równego stosunku rezystancji), zasilany symetrycznym napięciem, wzmocnienie różnicowe równe 100. Wówczas napięcia na wyjściu:
    dla 0 kg: 0 * 70 mV + 152 mV = 152 mV
    dla 5 kg: 5 * 70 mV + 152 mV = 502 mV
    To napięcie trzeba "przepuścić" przez kolejny wzmacniacz różnicowy (jak ten z rysunku i internetu), napięcie z pierwszego wzmacniacza należy podać na wejście "dodatnie" (czyli WE2 z rysunku), na wejście "ujemne" (czyli WE1 z rysunku) trzeba podać napięcie kasowania offsetu (obecnie około 152 mV), czyli napięcie na wyjściu tego drugiego wzmacniacza (w nieco symbolicznym zapisie) będzie równe:
    k2w * [(152 mV ... 502 mV) - 152 mV] = k2w * (0 mV ... 350 mV) offset się skasuje a wzmocnienie drugiego wzmacniacza k2w musisz dobrać (za pomocą odpowiedniego stosunku rezystorów - jak na rysunku z internetu) tak, aby z 70 mV zrobiło się 1000 mV (70 mV z pierwszego wzmacniacza dla 1 kg ma dać za drugim wzmacniaczem 1000 mV czyli 1000 g), czyli k2w = 1000 / 70 = 14 z groszami.
    Do ustalenia napięcia kasowania offsetu (tego do WE1) najlepiej zastosować jeszcze jeden wzmacniacz operacyjny w konfiguracji wtórnika (jak znalazłeś wzmacniacz różnicowy, na pewno znajdziesz wtórnik, to prosty układ: napięcie wejściowe podaje się na + wzmacniacza, wyjście zwiera się z - wzmacniacza i już). Czyli na wejście wtórnika należy podać sygnał z potencjometru zasilonego z w miarę stabilnego napięcia a wyjście wtórnika podłączyć do WE1 drugiego wzmacniacza. Szeregowo z potencjometrem można dać jakiś rezystor, nie potrzeba tym potencjometrem ustawiać napięcia od zera do na przykład 5 V, wystarczy od 0 do powiedzmy 250 mV (zwiększy się precyzja ustawienia tego napięcia). Wtórnika należy użyć dlatego, że posiada on bardzo małą impedancję wyjściową i nie zaburzy pracy tego drugiego wzmacniacza różnicowego. Na upartego można do WE1 podłączyć sam potencjometr ale on znowu będzie zaburzał stosunek rezystancji tego drugiego wzmacniacza różnicowego, w dodatku w różny sposób, zależny od ustawienia potencjometru. Myślę, że trzeba przewidzieć pewien zapas ustawiania napięcia kasowania offsetu, w praktyce nie będziesz układał towarów bezpośrednio na belce ale na jakimś talerzu, misce, itp, można w ogóle wyprowadzić ten potencjometr (może jakiś wieloobrotowy dla zwiększenia precyzji) na zewnątrz, będzie można wówczas wyzerować wagę dla dowolnego talerza, czyli funkcja "tara".
    Jeżeli możesz "szastać" wzmacniaczami operacyjnymi, można "przepuścić" przez wtórniki również sygnały z belki (S+ oraz S-) idące do pierwszego wzmacniacza różnicowego. Zmniejszy się wówczas wzajemny wpływ mostek belki - wejście pierwszego wzmacniacza różnicowego. Wejście wtórnika ma bardzo dużą impedancję, wpływ na rezystancje mostka tensometrycznego będzie w praktyce żaden, wyjście wtórnika ma bardzo małą impedancję więc pierwszy wzmacniacz różnicowy będzie sterowany niemal idealnymi źródłami napięciowymi.
    Myslę, że trzeba rozważyć zwiększenie (symetrycznego) napięcia zasilania tych wszystkich wzmacniaczy operacyjnych (bezpiecznie można do + / - 15 V). Nominalnie będzie 5 V maksimum (dla 5 kg) więc to + / - 7,2 V powinno wystarczyć. Każdą belkę tensometryczną można jednak nieco przeciążyć (najlepiej byłoby sprawdzić w dokumentacji). Zazwyczaj producenci deklarują bezpieczne przeciążenie do około 150% i maksymalne do około 200%, co prawda powyżej 100% nie są gwarantowane parametry, ale myślę, że od czasu do czasu będziesz mógł zważyć coś do około 7 kg, wówczas na wyjściu "będzie chciało być" 7 V, zasilanie + / - 7,2 V będzie zbyt niskie.

    Pozdrawiam
  • Poziom 13  
    Wielkie dzięki za pomoc. Z tymi wyprowadzeniami to się pomyliłem rysując schemat i zamieniłem znaki a nie zamieniłem numerów. Zamieniłem wyprowadzenia belki tak, że na wyjściu mam dodatnie napięcia i zastosowałem drugi wzmacniacz jako nieodwracający.

    Uszkodzony wyświetlacz w wadze bifinett - tensometr

    Muszę kupić inne potencjometry bo te mają zbyt duże wartości i ciężko ustawić cokolwiek, ale jest dobrze. Pierwszym potencjometrem ustawiam tarę. Kładłem parę dosyć dokładnych odważników i ustawiłem wzmocnienie drugiego wzmacniacza. Odchyłka wynosi jakieś 20g jednak z lepszymi potencjometrami będzie lepiej. Jednym słowem jest dobrze :)