Empfindlichkeit und Genauigkeit der Wheatstone-Brücke

Aufgrund meiner früheren Frage konnte ich 2 SEN-10245- Gewichtssensoren (die jeweils die Hälfte einer Weizensteinbrücke bilden) mit einem AD620 InAmp & 47 Ohm-Widerstand verbinden (um die Verstärkung auf ~ 1000 einzustellen). Ich habe dann das Signal über den Analog-Digital-Wandler MCP3008 und schließlich über meinen Raspberry Pi geleitet.

Jetzt, wo ich alles verkabelt habe, sehe ich ein seltsames Verhalten, wenn ich Druck auf die Gewichtssensoren ausübe.

Bei geringem Druck (z. B. einer Getränkedose) steigt der Sensorwert um ~ 15%. Allerdings, wenn ich den Sensor wirklich drücke fällt er zwischen 30 und 60% ab. Warum ist das?

Das Endziel besteht darin, einzelne Getränkedosen in einem Regal zu erkennen. Kann ich irgendetwas an meiner Schaltung tun, um die Empfindlichkeit zu ändern oder die Genauigkeit zu erhöhen?

Bitte beachten Sie, dass Vref auf dem InAmp derzeit keine Spannungsquelle hat

AD620 Datenblatt

MCP3008 Datenblatt

Die folgenden Bilder veranschaulichen mein aktuelles Setup:

Python-Skript zum Lesen von Werten aus dem ADC:

import spidev
import time

spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0,0)

# read SPI data from MCP3008 chip, 8 possible adc's (0 - 7)

def readadc(adcnum):
    if ((adcnum > 7) or (adcnum < 0)):
        return -1
    r = spi.xfer2([1,(8+adcnum)<<4,0])
    adcout = ((r[1]&3) << 8) + r[2]
    return adcout

# weight sensor connected to adc#0
weight_adc = 0

while True:
    weight = readadc(weight_adc)
    print "weight:", weight

    time.sleep(1)

Cooles Projekt!

Ich vermute, dass Ihr Problem mechanisch und nicht elektrisch ist. Es scheint, dass die Geometrie des Sensors so ist, dass er nicht gut funktioniert, wenn er nur auf einer ebenen Fläche sitzt. Sie sollten den Sensor an den Kanten der "E" -förmigen Halterung montieren und dann das Gewicht auf die mittlere "Beule" aufbringen.

Sie könnten einfach ein paar Eis am Stiel unter die Ränder legen, um es auszuprobieren.

Viel Glück :)

Zunächst möchten Sie Vref des Eingangs an dieselbe Referenz mit niedrigerer Spannung anschließen, die Sie für den ADC verwenden (falls Sie dies noch nicht getan haben). Was das seltsame Verhalten des Dehnungsmessstreifens betrifft, würde ich empfehlen, den Dehnungsmessstreifenwiderstand (nach dem Trennen vom Stromkreis) zu messen, wenn Sie eine Getränkedose darauf stellen und selbst darauf drücken. Wenn sich der Dehnungsmessstreifen wie erwartet verhält, passiert etwas Ungewöhnliches mit Ihrer Schaltung.

Um die Empfindlichkeit normalerweise zu verbessern, können Sie zwei Dinge tun: entweder die Verstärkung des Verstärkers erhöhen (sofern Ihr Dynamikbereich dies zulässt) und / oder die Halbbrücke in eine Vollbrücke umwandeln.

Ich denke, Sie hatten Ihre Brücke schlecht entworfen. 1000 Gain sehen so viel höher aus. Haben Sie den Differential-Eingabemodus in Betracht gezogen? Ich denke, Sie sind gerade außerhalb der Reichweite, wenn Sie den Sensor hart drücken. Bitte geben Sie die Schaltpläne und den Sensorwiderstandsbereich an.

Sie möchten, dass die beiden Halbbrücken-Wägezellen in der Schaltung gegeneinander arbeiten. Schalten Sie also die Polarität für eines der Weiß-Schwarz-Werte. Dann erhöht das Rot in einem die Spannung, während das andere die Spannung verringert und die Lasten addiert, um die Wheatstone-Brücke aus dem Gleichgewicht zu bringen, anstatt sie zu differenzieren, bevor sie überhaupt zum Operationsverstärker gelangen.

Binden Sie außerdem den Ref-Pin (5) des Operationsverstärkers an etwas über Null, da die Differenz unter Null fallen kann und das verstärkte Signal im Bereich des ADC liegen muss. Bei 1 mV / V im vollen Maßstab, 5 V Erregung und zwei gegenüberliegenden Halbbrücken sollte die 50 kg-Volllast an jedem Sensor ein S + / S- von (5 V * 1 mV / V - - (5 V * 1 mV / V)) ergeben. = 10 mV Differenz (abhängig von Geometrie und Polarität), mal 1000 Gain = 10 V, begrenzt auf den 0 / 5V-Bereich des Eingangsverstärkers.

Außerdem hat jede dieser Wägezellen zwei Widerstandssensoren, die an den Enden der Mittelstange angebracht sind - einen unter Druck und einen unter Spannung. Achten Sie darauf, die äußeren Teile des 'E' zu stützen, und drücken Sie ohne Kraft auf die Nieten auf die mittlere Spitze, damit die beiden Enden der mittleren Stange, an denen die Dehnungsmessstreifen montiert sind, frei gebogen werden. Wenn Sie nicht darauf achten, die Kraft an den Enden der Mittelstange aufzubringen, ist unbestimmt, ob Ihre Last die entsprechenden Messgeräte an der Unterseite der Stangen im Bild spannt oder zusammendrückt. Stellen Sie die Wägezellen in einer schönen physischen Brücke auf und testen Sie, ob die Leerlaufdifferenz nahe Null liegt und dass 50 kg Last jeweils 25 kg aufbringen und dass die S + / S- Differenz ~ 5 mV beträgt. Durch Vertauschen der Sensoren und S + / S- sollten Sie in der Lage sein, mit zunehmender Last S + / S- im Bereich von 0 bis 10 mV eine immer positive und monotone Zunahme zu erzielen. Wenn dies nicht annähernd der Fall ist, liegt ein Problem in der Sensormechanik vor, das Sie beheben müssen, bevor Sie am Rest der Schaltung arbeiten.