Hur kopplar jag en lastcell?

[silhas]

Hej,

Håller på att koppla lite mätinstrument (tryckgivare, temperatur etc) och har fastnat på just lastcellen. Så jag tänkte passa på å fråga de grymma folket på elektronikforumet om tips hur jag ska få det hela att fungera

Om jag tänker rätt är lastcellen byggd av en "wheatstone bridge", för man in en ström kommer man få en potentiel skillnad över två olika resistanser (fyra resistanser men seriekopplade 2 och 2) vilket vi mäter och kan då få ut ett förhållande baserat på min last.

Så, det simplaste sättet att bara koppla in lastcellen

Lastcell.png

med en 12V källa och mäta spänningen mellan "measurement + och -" med en multimeter (har sedan en PICO logger, modell ADC-24 för att kunna koppla in flera olika sensorer).
Men redan här stöter jag på problem då jag endbart får ut nonsensvärden (oscillerande mellan +/- 10mV).

Har jag tänkt rätt, eller vad är det för problem jag stöter på? Strömkällan ger en stabil volt över lastcellen när jag mäter från Usupply till ground.

Lastcellen är en S9M från HBM (http://www.hbm.com/fileadmin/mediapool/ ... /b3096.pdf) som ska klara 2kN.

All hjälp uppskattas

[Johanb]

Om du googlar "instrumentation amplifier load cell" så dyker det upp en hel del nyttigt.
Det du vill ha är en instrumentförstärkare (en typ av operationsförstärkare) som förstärker den svaga spänningen från bryggan.

[barbarossa]

Du har för hög matningspänning till bryggan för pico loggern.

Om du använder +-2500 mV spannet så får ingen av ingångarna överstiga +-3 V. Om du använder förstärkning så är gränsen +-1,9 V.

Med 12 V matning hamnar du på runt 6 Volt. ==> sänk spänningen och prova.

//A


edit: Är det multimetervärdet som pendlar mellan +-10 mV. Är bryggan hel? vad har du för upplösning på multimetern? Vilken last har du?

[silhas]

Okej, då är det ngt fundamentalt jag inte förstår med just lastcellen.
Enligt Databladet så ger den 2 mV/V, betyder inte det att den ger ifrån sig mätsignaler på max ett tiotal mV?
12V => 6V output, hur fungerar det?
Vilket spann ligger lastcellens mätsignaler på, är det bara att kalibrera empiriskt?

Jag utgår ifrån att bryggan är hel och fungerar (har flera att testa med), multimetern är automatisk för V (så den bör väll hitta rätt spann av sig själv). För att kontrollera lasten har jag spänt upp lastcellen i ett stativ med en domkraft undertill, pumpning => större last. Har stativer kopplat till en fungerande kraftmätare.

-----

Då jag inte har någon anpassningsbar spänningskälla så måste jag minska min V mha resistanser. Efter lite snabb googling kan jag konstatera att en "voltage divider" är något som borde passa, men hur väljer jag storleksgrad på resistanserna? Förhållandet mellan resistanserna avgör voltuppdelningen, men vad kan fel storleksgrad leda till (ex, både 2Ω/2Ω och 2kΩ/2kΩ leder till en halvering, dock olika värme utveckling eller?)?

-----

En instrumental Amplifyer är något jag kollat på och har ett framtaget kopplingsschema (dock icke fungerande). Tänkte att jag först vill lära mig grunderna om lastcellen och se till att jag förstår allt rätt innan jag går på IA:n. Måste kunna gå innan jag kan springa

[xxargs]

Det är förmodligen obalansen mellan vit och röd anslutning som du avser med 2mV/Volt vid fullast eller per viktenhet, men vit och röd punkt höjer sig också med halva matningspänningen eftersom alla motstånd försöks göras så lika som praktiskt möjlig vid tillverkningen och båda röd och vit kommer att ha 6 Volt +/- 0.012 Volt vid 12 volt matningsspänning per fullast eller viktdel. - dvs är bryggan välbalanserad så kanske du har +/- 12 mV att leka med vid fullast/per viktenhet och med en 4096 stegs AD-omvandlare och 3 Volt så kommer du ha +/- 16 AD-omvandlar steg att leka med vid 12 Volt matningsspänning på bryggan om man avser 2mV/V obalans vid fullast på lastcellen.

Det är också en förklaring till dina fladdrande värden - nivåerna är så låga och impedansen förmodligen så hög i mätcellen att det multimetern ser är bara störningar som fångas ur luften med multimeterns mätsladdar - det finns en orsak till varför anslutningarna från mätcellen skall gå i skärmad kabel...

Och nej, du kan inte använda spänningsdelning med motstånd till jord då dessa kopplar sig parallellt med dom undre motstånden i brygga om du refererar med dess samma jord och introducerar väldigt stora skalfel - dessutom måste dom motstånden vara extremt lika, annars försvinner balansen mellan sidorna och du har svårhanterbara värden.

kort sagt - mätningen förutsätter att det inte dra någon ström alls ifrån bryggan och då måste buffras med OP-ampar så att ingångsimpedansen är i området flera MOhm, därefter gå in i en ytterligare OP-amp som bara mäter differensspänning (dvs. för att få enbart ut dom 2 mV/V obalansen/skillnadsspänningen mellan röd och vita anslutning och också förändras vid last) och inte common-spänningen (6 Volt på båda pinnarna) och till detta blir det knöligt att hitta motstånd med exakt lika värden samt offset-felen på OP-amparna måste korrigeras.

Det är av denna orsak man använder färdiga 'instrumental Amplifyer' då all denna trimminingsjobb är redan gjord med lasertrimmning mm. inne på chippet, även om man teoretiskt kan bygga en sådan själv med vanliga OP-ampar - med då oftast faller på att dina motstånd du har i komponenthyllan inte är tillräckligt lika då vi pratar om önskad likhet på en promille och ännu bättre.

- när man har gjort denna processen med instrumentförstärkare så kan man sedan spänningsdela ned spänningen så att det passar en A/D:s ingångar samt ställa offset och förstärkning så att A/D-omvandlarens område nyttjas så bra som möjligt för hög upplösning av mätområdet.

---

chipset som kopplas direkt mot tex. sensorn i en elektronisk däcktryckmätare billigt på biltema etc. där sensorn också använder weatstone-brygga har allt det här inbyggt i sig redan från början redan vid design - för i stora serier så är även ganska komplicerade ingsångssteg billiga att producera.

[silhas]

Tack xxargs för det tidiga svaret!

Då fick jag lite mer förståelse på den biten, då får jag jobba vidare på min Industrial amplifyer istället.

----

Repetition:
Industrial Amplifyers är 3 st OP-amplifyers som mha av en resistor (ofta kallad Rg) mellan ingångarna skapar en Gain. Mha en IA kan jag skala bort min common current (som är halva matarvärdet till lastcellen?) och enbart få ut de mV som är skillnaden baserat på lasten. IA:n skalar sedan även upp mina mV jag får ut så att jag lättare kan se skillnaden i olika laster.
Är det korrekt än sålänge?

Applikationen:
Till min lastcell har jag en INA125 till mitt förfogande (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina125.pdf).
Jag har kopplat den på följande sätt.

(gick tyvärr inte att ladda upp via forumet)
Dock får känns det som att min common voltage inte kopplas bort då jag får väldigt höga värden. Några förslag på vad som kan vara fel?

[barbarossa]

Det sitter en instrumentförstärkare på ingången i din picologger och kanske i din multimeter också, så det är nog lite onödigt att pula med en sådan.

Det är nog mer givande att köpa en spänningsregulator, förslagsvis 7405, så att du kan gå ner i matningsspänning.

[silhas]

Instrumentförstärkare? Är det något man behöver koppla in eller menar du att Picologgern kan hantera de små voltskillnaderna och jag enbart behöver subtrahera common voltagen vid datahanteringen?

Borde man inte då kunna använda sig av 5V källan från loggern direkt, det blir 2.5V signal vilket picologgern borde klara av...

Hittade ingen spänningsregulator med betecknignen 7405...
Spänningsregulatorn ska ta emot 24V och ge ut 2.5V, borde väll gå att hitta på elfa eller motsvarande distributör.

[barbarossa]

Förlåt, 7805.

Spänningskällorna på picologgern är för klena, de specade till 2 mA du behöver 10 mA eller mer beroende på spänning.

Picologgern har differentiell ingång. Skillnaden mellan två signaler mäts och du kan förstärka skillnaden ganska mycket. Dock får skillanden mellan common och ingången inte vara mer än 3,0 eller 1,9 Volt.

[barbarossa]

Du kan använda spänningsdelare för att få ner spänningen. Lägg ett 1000 Ohm motstånd i serie med 12V matningen. Du bör hamna på runt 4 Volt i matning till bryggan då.

[silhas]

Ursäkta missförståndet, har en 24V källa.

Och om jag refererar till xxargs tidigare uttalande:

Och nej, du kan inte använda spänningsdelning med motstånd till jord då dessa kopplar sig parallellt med dom undre motstånden i brygga om du refererar med dess samma jord och introducerar väldigt stora skalfel - dessutom måste dom motstånden vara extremt lika, annars försvinner balansen mellan sidorna och du har svårhanterbara värden.

Så spännignsdelare verkar inte fungera med tanke på det resonemanget.

-----

En spänningsregulator är då tex http://www.conrad.se/SP%c4NNINGSREGULAT ... 1=tablink2

och ska då kopplas såhär


Hur reglerar man vilket output jag får?

[xxargs]

det jag avsåg var att spänningsdela på båda sensorsignalerna in till PIC som jag tolkade detta. Det blir inte heller helt bra om man inför en resistans på matningen till bryggan då olika lastlägen medför att det varierar lite strömförbrukningen eftersom motstånden på de olika benen drar mer eller mindre med ström vilket gör att matningsspänningen till sensorn också påverkas och överlagrar mätsignalen och vet man inte om det är bara ett _enda_ som ändras per gång så kan man inte räkna ut om spänningsändringen berodde på en viktändring eller att den flukturerade för att tex. båda nedre motstånden i bryggan minskade värdet samtidigt.

men det beror på hur noga man vill mäta förståss...

[barbarossa]

En 7805 ger 5 Volt. Det kan eventuellt vara bättre med en LM337 som är reglerbar, kolla datablad för schema.

Att spänningsdela matningen fungerar alldeles utmärkt för att se så att prylarna fungerar, men du bör ha regulator till den färdiga produkten.

Lastcellen är specad för upp till 12 V. Om du har haft 24 Volt inkopplat så kolla resistansen mellan matningarna, de skall ligga på ca 350 Ohm.

[silhas]

396 ohm mellan matningen på lastcellen, 350 ohm mellan utsignalkablaget

[barbarossa]

Det låter OK. Om du sätter ett 1000 Ohm motstånd i serie med 24V matningen så kan du fortsätta testa utan att överlasta cellen. Om du sätter två , edit: eller tre om du vill ha förstärkning, 1000 Ohm i serie så kan du även testa PICO loggern.