Celle di carico a 3 fili e ponti in pietra naturale da una bilancia pesapersone

Sono coinvolto in un progetto 4H che cerca di prendere alcune misure di peso con alveari e sto cercando di capire alcuni sensori di carico a 3 fili per fare proprio questo.

Ho quattro sensori a 3 fili (sensori di carico / estensimetri) da una bilancia da bagno (ogni sensore era ad angolo). Ogni sensore ha un filo rosso, bianco e nero. La resistenza tra il filo rosso e il filo bianco o nero è di 1k ohm. La resistenza tra i fili bianco e nero è 2k ohm (la resistenza tra i conduttori sulle mie celle di carico e ciascuna è venuta via con R-> B = 1K, R-> W = 1K, B-> W = 2k).

Per questo motivo, mi è stato detto che ogni sensore di carico a 3 fili rappresenta 1/2 di un ponte di Wheatstone (ogni sensore contenente due gambe di resistenza da 1k).

Riesco a capire come funziona la singola applicazione di Wheatstone ma sono confuso su come una bilancia funzionerebbe se fatta da due ponti di Wheatstone. La mia domanda è, se è così, perché una bilancia richiederebbe due ponti Wheatstone (ricordate, tutti e quattro i sensori a 3 fili provengono da una bilancia da bagno)?

Gli elementi dell'estensimetro sono dotati di una porzione sensibile allo stress positiva e di una porzione sensibile allo stress negativo. Se li cablate attentamente capovolgendoli in modo che le parti sensibili allo stress sbilancino costruttivamente il ponte, è possibile utilizzare tutti e quattro i sensori senza resistori aggiuntivi. Il link di jonk al post sul blog all'indirizzo http://www.nerdkits.com/forum/thread/900/ ha un buon suggerimento con il diagramma di Mongo (copiato di seguito) e il jonk - anche l'utente37977 commenti sulla risposta di jonk aiutano.

Fondamentalmente, due lati diagonalmente opposti di un ponte di pietra di grano sono formati dagli elementi di deformazione positiva di due calibri collegati in serie, mentre gli altri due lati del ponte sono formati da due elementi di deformazione negativa.

Con la compressione su tutti i sensori di deformazione positiva, le resistenze attive vengono ridotte e si estrae il ponte dall'equilibrio in un modo e, sotto tensione, le resistenze di deformazione positiva aumentano, estraendo il ponte dall'altro modo.

Cablare tutti e quattro i sensori in un grande anello con la massima resistenza, abbinando i colori e inizialmente ignorando i fili del rubinetto centrale. Scegli due tocchi centrali opposti come E + ed E- e i restanti due tocchi centrali come S +, S-. Inserire la tensione di eccitazione su E + / E- dal diagramma sopra e leggere una differenza di tensione sensibile alla forza su S + / S-.

Vedi https://electronics.stackexchange.com/a/75717/30711 per un buon schema e Arduino Leonardo + Celle di carico a 3 fili + INA125P - Rimbalzo / rumore del segnale analogico per uno schema di cablaggio dei fili colorati che si combinano in un ponte di Wheatstone.

Modifica: In realtà, non sono sicuro se le celle di carico a tre fili di OP abbiano solo un estensimetro attivo come nel diagramma di Mongo. Se sono come la cella di carico da 50 kg di SparkFun https://www.sparkfun.com/products/10245 o Ebay http://www.ebay.com/itm/4pcs-Body-Load-Scale-Weighing-Sensor-Resistance -Streno-Half-bridge-Sensors-50kg- / 251873576571 avrebbero potuto avere un manometro di compressione e tensione entrambi sulla superficie superiore. Il sito Ebay ha un diagramma come:

... che indica un estensimetro positivo sul rosso-bianco e uno strain negativo sul rosso-nero. (si noti che l'ordine di colorazione in questo diagramma non corrisponde all'ordine di colorazione in questa immagine. Ho un indicatore simile con i colori blu-rosso-nero e l'estensimetro positivo è la coppia destra, negativo a sinistra.) Il calibro la superficie sulla barra centrale tra le 'E' faccia a faccia accoppiate nel sensore dovrebbe agire come una barra parallela e ha porzioni sotto compressione e sotto tensione, piuttosto che puramente sotto tensione. Nella sezione trasversale, la barra misurata al centro è una specie di traversa in una molla a forma di Z. In questo caso, i ceppi si oppongono e, se prodotti bene, la riduzione della resistenza nella porzione di deformazione negativa compenserà l'aumento della resistenza nella porzione di deformazione positiva e la resistenza bianco-nera totale dovrebbe essere costante. È ancora necessario impostare il ponte in modo che i divisori di tensione si muovano in direzioni opposte con carico aggiunto e 4 dispositivi cablati in un circuito da bianco a bianco e da nero a nero dovrebbero funzionare come sopra.

Ecco uno schema con i calibri 1-4 come G1 G2, G3, G4 secondo le specifiche sopra, applicando un'eccitazione sui rossi G1 e G3 e leggendo i segnali dai rossi G2 e G4. L'indicatore G4 viene caricato un po 'con una deformazione positiva che aumenta la resistenza G4 + e una deformazione negativa che riduce la resistenza G4. Idealmente, caricare G4 con 25 kg produrrebbe 0,5 mV / V volte la sua tensione di eccitazione di 2,5 V, producendo 1,250 mV attraverso Sig + / Sig- e allungando R8 a 1001 ohm e comprimendo R7 a 999 ohm come mostrato. Si potrebbe aumentare la sensibilità di un fattore 4 aumentando V1 fino alla specifica 20 V (= 2 * 10 V) (La cosa dello schema / simulatore è piuttosto interessante.)

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Con solo due dispositivi, uno dovrebbe agganciarsi da bianco a nero e da nero a bianco, imponendo una tensione di eccitazione tra queste due giunzioni e leggendo le differenze tra i rossi, poiché l'aumento del carico porta un lato in alto e l'altro in basso.

Se tutti i sensori a mezzo ponte cambiassero esattamente la stessa resistenza quando veniva applicato un carico, vedi che potevano essere montati in parallelo - la resistenza end-to-end effettiva scendeva da 2 kohm a 1 kohm ma questo è di nessuna conseguenza per un circuito di misurazione a ponte. Anche se ci sono disparità nella resistenza tra due dispositivi in ​​parallelo, scommetterei che l'errore introdotto è insignificante.

Forse hanno usato due ponti di Wheatstone e due amplificatori differenziali e hanno sommato i segnali internamente per ottenere una media, ma ne dubito perché il costo sarebbe un problema per loro.

Perché non potevano usare due semiponti e due celle di carico fittizie? Probabilmente è più economico e più preciso usare quattro semiponti.

Penso che Omega possa discutere di una possibile spiegazione e schema.

Vengono utilizzati quattro estensimetri per ottenere la massima sensibilità e compensazione della temperatura. Due degli indicatori sono di solito in tensione e due in compressione e sono cablati con regolazioni di compensazione come mostrato nella Figura 7-2 (a cura di: vedi sotto.) Quando si applica il peso, la deformazione modifica la resistenza elettrica degli indicatori in proporzione al carico.

Fonte da Omega per la descrizione sopra

Ho anche trovato un blog del 2010 che potrebbe essere d'aiuto.
Blog sull'hacking di calibri a tre fili

Il modo in cui esegui questi lavori consiste nel trasformare ogni estensimetro in un ponte a tutta tonalità utilizzando resistori fissi da 1k per compensare l'altra metà. In questo modo le scale prendono il peso su ciascuno dei quattro angoli e li somma per dare il peso totale sulla piastra.