来自浴室秤的 3 线称重传感器和惠斯通电桥

电器工程 称重传感器 惠斯通桥
2022-01-26 03:37:47

我参与了一个 4H 项目,希望对蜂箱进行一些重量测量,并试图找出一些 3 线负载传感器来做到这一点。

我有四个来自一个浴室秤的 3 线传感器(负载传感器/应变计)(每个传感器都在一个角落)。每个传感器都有一条红、黑和白线。红线与黑线或白线之间的电阻为 1k 欧姆。白线和黑线之间的电阻是 2k 欧姆(我的称重传感器上的引线之间的电阻,每根线的电阻 R->B=1K,R->W=1K,B->W=2k)。

因此,有人告诉我每个 3 线负载传感器代表惠斯通电桥的 1/2(每个传感器包含两个 1k 电阻腿)。

我可以理解单个惠斯通应用程序,但我对由两个惠斯通电桥制成的秤如何工作感到困惑。我的问题是,如果是这样,为什么秤需要两个惠斯通电桥(请记住,所有四个 3 线传感器都来自一个浴室秤)?

4个回答

应变仪元件带有一个正应力敏感部分和一个负应力敏感部分。如果您通过翻转它们小心地将它们连接起来,以便应力敏感部分建设性地不平衡电桥,您可以使用所有四个传感器而无需任何额外的电阻器。jonk 在http://www.nerdkits.com/forum/thread/900/上的博客文章链接对Mongo 的图表有很好的提示(复制如下),jonk - user37977 对 jonk 的回答的评论也有帮助。

基本上,惠斯通电桥的两个对角相对侧由串联连接的两个应变计的正应变元件形成,而电桥的另外两侧由两个负应变元件形成。

随着对所有正应变传感器的压缩,有源电阻减小,它以一种方式使电桥失去平衡,而在张力下,正应变电阻增加,以另一种方式使电桥失去平衡。

Mondo 在博文中的照片

将所有四个传感器连接成一个大环,以最大电阻、匹配颜色并最初忽略中心抽头线。选择两个相对的中心抽头为 E+ 和 E-,其余两个中心抽头为 S+,S-。从上图中将激励电压放在 E+/E- 上,并读取 S+/S- 两端的力敏电压差。

请参阅https://electronics.stackexchange.com/a/75717/30711以获得良好的原理图和Arduino Leonardo + 3 线称重传感器 + INA125P – 模拟信号反弹/噪声,以了解组合成惠斯通电桥的彩色电线的接线图。

编辑:实际上,我不确定 OP 的三线称重传感器是否只有一个有源应变计,如 Mongo 的图表所示。如果它们像 SparkFun 的https://www.sparkfun.com/products/10245 或 Ebay 的http://www.ebay.com/itm/4pcs-Body-Load-Scale-Weighing-Sensor-Resistance的 50kg 称重传感器-Strain-Half-bridge-Sensors-50kg-/251873576571它们必须在顶面上都有压力和张力计。Ebay 网站有一个图表,如下所示:

三线 50kg 称重传感器 ... 表示红白为正应变计,红黑为负应变。(请注意,此图中的着色顺序与此图中的着色顺序不匹配。我有一个类似的应变计,蓝-红-黑颜色,正应变计是右对,负应变计在左边。)传感器中面对面耦合的“E”之间的中心杆上的表面应该像平行杆一样,并且有部分处于压缩和拉伸状态,而不是纯粹处于拉伸状态。在横截面中,中心的测量杆类似于 Z 形弹簧中的横梁。在这种情况下,菌株相互对抗,如果制造得好,负应变部分电阻的降低将抵消正应变部分电阻的增加,并且总的白-黑电阻应该是恒定的。仍然需要设置电桥,以便分压器在增加负载的情况下沿相反方向移动,并且在白到白和黑到黑回路中连接的 4 个设备应该像上面那样工作。

这是一个示意图,按照上述规格,仪表 1-4 作为 G1 G2、G3、G4,在 G1 和 G3 红色上施加激励,并从 G2 和 G4 红色上读取信号。G4 量规加载了一些正应变,增加了 G4+ 电阻,一些负应变降低了 G4- 电阻。理想情况下,用 25kg 加载 G4 将产生 0.5mV/V 乘以 2.5V 激励电压,在 Sig+/Sig- 上产生 1.250mV,并将 R8 拉伸为 1001 欧姆并将 R7 压缩为 999 欧姆,如图所示。通过将 V1 增加到 20V (=2*10V) 规格,可以将灵敏度提高 4 倍(原理图/模拟器非常酷。)

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

只有两个设备,一个应该钩白色到黑色和黑色到白色,从这两个结之间施加一个激励电压,并读取红色之间的差异,因为增加的负载将一侧拉高而另一侧拉低。

如果所有半桥传感器在施加负载时改变它们的电阻完全相同,你能看到它们可以并联安装吗 - 有效的端到端电阻将从 2 kohm 下降到 1 kohm 但这是对电桥测量电路没有影响。即使两个并联设备之间的电阻存在差异,我也敢打赌引入的误差是微不足道的。

也许他们使用了两个惠斯通电桥和两个差分放大器,并在内部对信号求和以获得平均值,但我对此表示怀疑,因为成本对他们来说是个问题。

为什么他们不能使用两个半桥和两个虚拟称重传感器?使用四个半桥可能更便宜、更准确。

我认为 Omega 可能会讨论一个可能的解释和示意图。

四个应变计用于获得最大灵敏度和温度补偿。其中两个压力表通常处于拉伸状态,两个压力表处于压力状态,并带有补偿调整,如图 7-2 所示(编辑:见下文。)当施加重量时,应变按比例改变压力表的电阻到负载。

欧米茄应变计图

以上描述来自 Omega

我还发现了一个 2010 年的博客,它也可能有所帮助。
关于破解三线刻度规的博客

你如何做这些工作是通过使用固定的 1k 电阻来弥补另一半,使每个应变计成为一个完整的惠斯通电桥。通过这种方式,秤会在四个角的每一个角上承受重量,然后将它们相加以得出盘子上的总重量。