Como conectar uma célula de carga de 3 fios / extensômetro e um amplificador?

Eu tenho um sensor de carga de 3 fios que se parece com isso:

Estou tentando conectá-lo ao meu Arduino para detectar alterações no peso. Pelo que entendi, as mudanças na tensão são tão pequenas que o Arduino não pode detectar as mudanças sem amplificar a tensão. Então, comprei um LM741CN de 8 pinos no Radio Shack que se parece com isso:

Encontrei este vídeo que mostra como conectar tudo. No entanto, não consigo descobrir o esquema e por que eles estão usando dois sensores de carga em vez de apenas um. Eles também mencionam resistores, mas não sei por que os estão usando (e por que tamanhos escolheram) ou onde estão no circuito para colocá-los.

Alguém por favor pode me ajudar a descobrir como conectar esta coisa para detectar mudanças na tensão? Além disso, existe uma maneira de fazer isso usando apenas um desses sensores? Isto é o que eu fiz até agora:

O amplificador também tem alguns pinos que eu não entendo: Offset null, NC. Para que servem esses pinos? Devo usá-los?

Atualização: Agora estou trabalhando com um amplificador de instrumentação ( AD623 ). Agora também tenho um sensor de carga de 4 fios com o qual estou brincando. Ainda não consigo fazê-lo funcionar, mas pensei em tentar entender isso antes de passar para o sensor de carga de 3 fios.

O medidor de tensão é um resistor variável, portanto, sua primeira idéia pode construir um divisor de resistor com um segundo resistor fixo para detectar as variações como uma mudança na tensão.
Infelizmente, os extensômetros são resistores variáveis muito insensíveis , cuja resistência muda muito pouco quando o peso é aplicado a eles. Um divisor de resistor não é sensível o suficiente para detectar as alterações. Então, precisamos de outra abordagem.
Uma ponte de Wheatstone é a solução.

O strain gage, juntamente com o R2, ainda forma um divisor de resistor, então como isso é diferente? Vamos supor que todos os resistores tenham o mesmo valor, igual à resistência do extensômetro em repouso. Em seguida, a voltagem no medidor será zero em vez de metade da fonte de alimentação. Como nossa leitura é zero referenciada, podemos amplificá-la facilmente para obter uma sensibilidade mais alta para o circuito completo.
Oli mencionou o amplificador diferencial , mas isso não será suficiente. Não queremos afetar a leitura colocando uma carga nela, como faria o amplificador diferencial. Precisamos de um amplificador de instrumentação , que é um amplificador diferencial com uma impedância de entrada muito alta. Esta é a configuração do amplificador de instrumentação mais usada,

que usa um único resistor ( ) para definir a amplificação. Você terá que definir a amplificação para um valor alto, possivelmente entre 100 e 1000 (não muito claro; a chamada folha de dados do strain gage simplesmente fede). $R_G$$\times$$\times$

Agora, como conectamos o extensômetro, porque ele tem três fios, não os dois como no esquema acima? Novamente, a folha de dados não pode ser usada aqui, mas você provavelmente a conecta assim:

Esse modo de conexão compensa a resistência do fio , o que afetaria a leitura. $R_{WIRE 1}$

Outra possibilidade é que os fios representem os pontos superior, direito e inferior da ponte Wheatstone, resp. Qual deles pode ser facilmente determinado medindo a resistência entre os fios. No primeiro caso, você não terá resistência entre o e o . No segundo caso, você medirá uma resistência igual entre vermelho-branco e branco-preto (talvez seja necessário alternar os fios. Novamente, a folha de dados não ajuda).$WIRE 1$$WIRE 3$

Você conecta as conexões do medidor de voltagem da ponte Wheatstone às entradas do amplificador de instrumentação.

imagens deste site

Não vou comentar sobre o design do circuito, pois isso parece estar recebendo muita atenção, mas construí um projeto em que hackeei uma balança de banheiro para que ela fosse ativada em rede e tenha um servidor da web para atender ao peso atual, e eu tenha alguns pensamentos em montar a coisa toda.

Antes de montar seu amplificador, para ter uma idéia aproximada de como definir o ganho, crie primeiro o circuito do extensômetro, ligue-o e use um multímetro (que é muito mais sensível que os ADCs do seu Arduino) para medir a saída tensão do circuito do extensômetro com a carga máxima esperada aplicada. Então, quando você construir seu circuito amplificador, poderá selecionar resistores de ganho que elevem a saída máxima do amplificador para 5V (os ADCs do Arduino amostram 0-5V), e você obterá o maior alcance do seu ADC.

A razão para fazer isso é que o alcance e a resolução dos ADCs são limitados e discretos; portanto, se você deseja medir 0-1000 libras, com a resolução de 10 bits dos ADCs do AVR, você deve, na melhor das hipóteses, ter precisão dentro de um libra se o sinal de saída do seu amplificador passar de 0-5V à medida que o peso aumenta de 0-1000 lbs. Se você apenas fizer uma tentativa ou adivinhar com os resistores de ganho, ou começar com pura tentativa e erro e ficar entediado e não usar toda a gama, você jogará fora a precisão. Digamos que você junte um amplificador e ele produz apenas 0-2,5V, então você estará jogando fora metade da faixa e com precisão de apenas 2 libras. para a mesma faixa de 1000 lb.

Depende do projeto e quanto você se importa. Quando construí minha balança hackeada, precisava de um intervalo de 0 a 200 libras., Mas não estava muito preocupado com a precisão. Basicamente, meu objetivo era determinar se um contêiner na balança estava vazio ou cheio, com talvez uma resolução muito baixa além de 1/8 cheio, 3/4 cheio, esse tipo de coisa. Acabei de construir o circuito mais simples do amplificador diferencial de opamp único que pude encontrar com o primeiro opamp de baixa tensão que eu tinha na bolsa de peças, com o ganho definido para saturar o ADC a ~ 200 libras. Mesmo com essa construção super simples, é surpreendentemente precisa e linear, certamente boa para a libra (é consideravelmente melhor do que isso, mas eu nem precisava de precisão de lb. por isso, quando a calibrei, adicionei peso em incrementos de 5 lb para construir minha tabela de dados de calibração).

Esquema adicionado por solicitação:

Esse é mais ou menos o esquema do circuito que eu construí, mas eu o montei em uma placa de ensaio sem solda, então espero que não exista muita engenharia de campo no que eu realmente trabalho. A parte excluída era um resistor e um potenciômetro extras que deveriam ajustar o circuito do extensômetro para que a saída fosse exatamente 0v sem carga, mas acabei com uma tensão positiva muito leve, independentemente do que fizesse, e não foi. é significativo, então não me preocupei em depurá-lo. Sig + / Sig- é onde os extensômetros são conectados ao circuito do amplificador. Não construí meu circuito de strain gage, usei a balança, então, na verdade, não me sinto tão bem informada sobre os detalhes de trabalhar com strain gages, apenas descobri como usar o que havia lá. A mina tinha dois pares de medidores, e cada par tinha um fio V +, V- e sinal.

Os valores do resistor no meu circuito não significam necessariamente nada para você, porque foram escolhidos para dar o ganho que eu preciso. Escolha o seu de acordo com suas necessidades.

Nota - Deixei a parte inferior como outra opção, pois não percebi a diferença de pacote imediatamente. Edite ainda sem ter certeza de quantos opamps estão disponíveis.

Você pode ler sobre a teoria do opamp (básica) (na qual eu não entrei, pois é explicada melhor do que em muitos lugares e pode encher livros) antes de tentar qualquer coisa, pois é muito fácil para você. coisas dão errado (mesmo quando você supostamente sabe o que está fazendo) Eles não são como alguns CIs que "simplesmente funcionam" e a fonte frequente de muita frustração para o novo usuário deles.

A parte à qual você vincula é um opamp duplo (dois opamps em um pacote) sem pinos nulos ou NC mais ofensivos (veja abaixo para obter uma explicação deles) Aqui está a pinagem da folha de dados:

Você ainda pode fazer a opção de amplificador único abaixo, mas como você tem dois opamps, a versão dos dois opamps na página 4 da nota do aplicativo TI é uma escolha melhor (funciona um pouco melhor, pois não afeta tanto o sinal de entrada) os valores podem ser calculados com a equação, objetivando um ganho (a parte Vo da equação) de> 100. Observe que Steven entra em mais detalhes sobre a desvantagem dessa opção e diz que não será "suficiente". Não concordo inteiramente - está longe de ser o ideal, mas pode funcionar se você ajustar o ganho para compensar o carregamento, conforme explicado na nota do aplicativo de TI vinculada acima. No entanto, o resultado será um pouco não linear, pois a impedância muda com a tensão de entrada na entrada de inversão. Portanto, se você tiver mais de um opamp, o amplificador de instrumentação é o caminho a seguir.

Opamp único

Você precisa fazer um amplificador diferencial, como este:

Para o seu aplicativo, algo como os valores na página 3 desta nota de aplicativo seria apropriado. É preferível usar algo chamado de amplificador de instrumentação para isso, que usa 3 opamps, mas você pode fazê-lo funcionar bem com um. Os resistores definem o ganho do opamp.

O NC significa "No Connect", então não se preocupe com esse pino. O deslocamento nulo é usado para aparar o deslocamento muito pequeno (geralmente um mV aproximadamente) entre as duas entradas (idealmente não teria deslocamento)

Nota - uma pergunta muito semelhante foi feita aqui há alguns dias. O solicitante estava usando um amplificador de instrumentação 3 opamp, mas ainda assim deve ser informativo.

Tente reverter a tensão para um dos dois extensômetros. Isso tem o efeito de dobrar a quantidade de alteração de tensão. Ligá-los da mesma forma gera ~ a mesma tensão nas duas entradas do amplificador, que é igual ao diferencial zero.