Células de carga de 3 fios e pontes de wheatstone de uma balança de banheiro

Estou envolvido em um projeto 4H procurando fazer algumas medições de peso com colméias e estou tentando descobrir alguns sensores de carga de 3 fios para fazer exatamente isso.

Eu tenho quatro sensores de 3 fios (sensores de carga / extensômetros) de uma balança de banheiro (cada sensor estava em um canto). Cada sensor possui um fio vermelho, preto e branco. A resistência entre o fio vermelho e o fio preto ou branco é de 1k ohms. A resistência entre os fios branco e preto é de 2k ohms (a resistência entre os fios nas minhas células de carga e cada uma saiu com R-> B = 1K, R-> W = 1K, B-> W = 2k).

Por isso, disseram-me que cada sensor de carga de 3 fios representa 1/2 de uma ponte Wheatstone (cada sensor contém duas pernas de resistência de 1k).

Posso entender o aplicativo de wheatstone, mas estou confuso sobre como uma escala funcionaria quando feita a partir de duas pontes de wheatstone. Minha pergunta é: se é assim, por que uma balança exigiria duas pontes de Wheatstone (lembre-se, todos os quatro sensores de 3 fios vieram de uma balança de banheiro)?

Os elementos do strain gage vêm com uma porção sensível ao estresse positivamente e uma porção sensível ao estresse negativamente. Se você conectá-los cuidadosamente, girando-os para que as partes sensíveis ao estresse desequilibrem a ponte de forma construtiva, você poderá usar todos os quatro sensores sem resistores extras. O link de jonk para a postagem do blog em http://www.nerdkits.com/forum/thread/900/ tem uma boa dica com o diagrama do Mongo (copiado abaixo), e os comentários de jonk - user37977 na resposta de jonk também ajudam.

Basicamente, dois lados diagonalmente opostos de uma ponte de wheatstone são formados pelos elementos de deformação positiva de dois medidores conectados em série, enquanto os outros dois lados da ponte são formados a partir dos dois elementos de deformação negativa.

Com a compressão em todos os sensores de deformação positiva, as resistências ativas são reduzidas e isso desequilibra a ponte e, sob tensão, as resistências de tensão positiva aumentam, desequilibrando a ponte.

Conecte todos os quatro sensores em um anel grande com resistência máxima, combinando cores e ignorando inicialmente os fios da derivação central. Escolha dois toques centrais opostos como E + e E- e os dois toques centrais restantes como S +, S-. Coloque a tensão de excitação no E + / E- do diagrama acima e leia uma diferença de tensão sensível à força em S + / S-.

Consulte /electronics//a/75717/30711 para obter boas células esquemáticas e de carga do Arduino Leonardo + 3 fios + INA125P - Salto / ruído de sinal analógico para obter um diagrama de fiação dos fios coloridos combinados em uma ponte de trigos.

Edit: Na verdade, não tenho certeza se as três células de carga do OP têm apenas um strain gage ativo, como no diagrama de Mongo. Se eles são como a célula de carga de 50 kg do https://www.sparkfun.com/products/10245 do SparkFun ou http://www.ebay.com/itm/4pcs-Body-Load-Scale-Weighing-Sensor-Resistance do Ebay - Sensores de tensão e meia ponte - 50kg- / 251873576571, eles devem ter um manômetro de compressão e tensão na superfície superior. O site do Ebay tem um diagrama como:

... que indica um strain gage positivo no vermelho-branco e um strain negativo no vermelho-preto. (Observe que a ordem de coloração neste diagrama não corresponde à ordem de coloração nesta figura. Eu tenho um medidor semelhante com cores azul-vermelho-preto e o strain gauge positivo é o par direito, negativo à esquerda.) A superfície da barra central entre os E's acoplados face a face no sensor deve agir como uma barra paralela e possuir partes sob compressão e sob tensão, em vez de sob tensão. Na seção transversal, a barra calibrada no centro é uma espécie de peça transversal em uma mola em forma de Z. Nesse caso, as deformações se opõem e, se bem fabricadas, a redução da resistência na porção de deformação negativa compensará o aumento na resistência na porção de deformação positiva e a resistência total branco-preto deve ser constante. Ainda é necessário configurar a ponte para que os divisores de tensão se movam em direções opostas com carga adicional, e 4 dispositivos conectados em um loop branco-branco e preto-preto devem funcionar como acima.

Aqui está um esquema com medidores de 1 a 4 como G1 G2, G3, G4 de acordo com as especificações acima, aplicando uma excitação nos vermelhos G1 e G3 e lendo os sinais dos vermelhos G2 e G4. O medidor G4 é carregado um pouco com alguma tensão positiva aumentando a resistência do G4 +, e alguma tensão negativa reduzindo a resistência do G4-. Idealmente, carregar G4 com 25kg produziria 0,5mV / V vezes sua tensão de excitação de 2,5V, produzindo 1.250mV em Sig + / Sig- e estendendo R8 para 1001 ohms e comprimindo R7 para 999 ohms, como mostrado. Pode-se aumentar a sensibilidade por um fator de 4, aumentando V1 até a especificação de 20V (= 2 * 10V) (a coisa do esquema / simulador é bem legal).

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Com apenas dois dispositivos, deve-se conectar o branco ao preto e o preto ao branco, impondo uma tensão de excitação entre essas duas junções e lendo as diferenças entre os vermelhos, à medida que o aumento da carga puxa um lado para cima e o outro lado para baixo.

Se todos os sensores de meia ponte alterassem sua resistência exatamente da mesma maneira quando uma carga fosse aplicada, você pode ver que eles poderiam ser montados em paralelo - a resistência efetiva de ponta a ponta cairia de 2 kohm para 1 kohm, mas isso é de nenhuma conseqüência para um circuito de medição de ponte. Mesmo se houver disparidades na resistência entre dois dispositivos paralelos, aposto que o erro introduzido é insignificante.

Talvez eles usaram duas pontes de wheatstone e dois amplificadores diferenciais e somaram os sinais internamente para obter uma média, mas duvido disso, porque o custo seria um problema para eles.

Por que eles não podiam usar duas meias-pontes e duas células de carga simuladas? Provavelmente é mais barato e mais preciso usar quatro meias-pontes.

Eu acho que Omega pode discutir uma possível explicação e esquema.

São utilizados quatro extensômetros para obter a máxima sensibilidade e compensação de temperatura. Dois dos medidores geralmente estão em tensão, e dois em compressão, e são conectados com ajustes de compensação, como mostrado na Figura 7-2 (ed: veja abaixo.) Quando o peso é aplicado, a tensão altera a resistência elétrica dos medidores em proporção para a carga.

Fonte do Omega para a descrição acima

Eu também encontrei um blog de 2010 que também pode ajudar.
Blog sobre hackers de medidores de escala de três fios

Como você faz esses trabalhos é transformar cada strain gage em uma ponte de wheatstone completa, usando resistores fixos de 1k para formar a outra metade. Dessa forma, as balanças recebem o peso em cada um dos quatro cantos e as somam para dar o peso total na placa.