Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie funktioniert meine Personenwaage?


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von Tim B. (timberland)


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Hallo

ich habe meine Personenwaage auseinandergenommen um zu sehen wie sie 
funktioniert und nach welchem Prinzip sie misst.

Wie zu erwarten, habe ich 4 Kraftaufnehmer gefunden auf welche je zwei 
DMS in Reihe aufgebracht wurden. Auf dem Schaltplan könnt ihr sehen wie 
sie verschaltet sind. Verbindung 1 und 2 laufen über die Platine wo ich 
keinen anderen Kontakt erkennen kann.

Nun zu meinen Fragen:

Was ist das für ein IC auf der kleinen Platine? (Verstärker? AD 
Wandler?)

Welches Messprinzip wird verwendet?

Wie läuft die Spannungsversorgung ab und welches Signal misst man.

Hoffe ihr könnt mir helfen. Vielen Dank

von Heiko (Gast)


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von Daniel H. (Firma: keine) (commander)


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Tim Appenroth schrieb im Beitrag #2460076:
> Wieso antwortet mir nie einer? Sind meine Fragen zu dumm?

Wahnsinn, ich glaube das ist ein neuer Negativrekord! 17 Minuten 
zwischen Erstellen des Threads und Motzerei, dass keiner antwortet. 
Zahlst du hier Geld dass du Echtzeit-Support erwartest oder was?

von Alex W. (a20q90)


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Tim Appenroth schrieb im Beitrag #2460076:
> Wieso antwortet mir nie einer? Sind meine Fragen zu dumm?

Du bist zu ungeduldig!

Andere sind um dieser Zeit entweder beim Arbeiten und können nicht 
sofort Antworten, oder sind auf dem Heimweg!

von Heiko (Gast)


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Nachtrag zu meinem Post: schwarzen Punkt kannst Du verschieben.
Das IC ist ein Instrumentenverstärker mit integriertem A/D Wandler.

Vorteil der ganzen Geschichte: Unempfindliche gegenüber 
Temperaturschwankungen, da sich diese Komponensieren.

Ansonsten gebe ich Daniel recht.

von Tim B. (timberland)


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Danke schonmal für die Antwort. Ich hatte DMS und Wheatstonsche Brücke 
im Studium. Aber eben das habe ich nicht vorgefunden. All DMS sind 
jeweils auf der Außenseite der Biegung und die Verschaltung sieht auch 
nicht nach Wheatstone aus.

von Benjamin U. (utzus)


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Tim Appenroth schrieb:
> Verbindung 1 und 2 laufen über die Platine wo ich
> keinen anderen Kontakt erkennen kann.
Na, da werden wohl schon irgendwo welche versteckt sein. Kann man aber 
auf den Bildern schlecht zuordnen

> Nun zu meinen Fragen:
> Was ist das für ein IC auf der kleinen Platine? (Verstärker? AD
> Wandler?)
Das musst du schon selber raus finden, da kann man doch ganz leicht 
Schrift erkennen. Nur auf dem Foto nicht lesen. Aber wenn da die 4 
R-Leitungen hingehen, wird das schon was damit zu tun haben.

>Wieso antwortet mir nie einer? Sind meine Fragen zu dumm?
Ne, du bist nur zu ungeduldig!

von Andy D. (rackandboneman)


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Was kann es denn ausser DC oder AC erregt gross an Messprinzipien für 
eine DMS-Brücke geben?

Vor Jahren hab ich mal die Brücke einer solchen Waage "von Hand" 
angeschlossen, bei ein paar Volt DC Erregung kam man auf etwa -1mV bis 
+1mV je nach Belastung der Waage.

von Tim B. (timberland)


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Oh tut mir wirklich leid so war es wirklich nicht gemeint. Ich seh nur 
immer wie andere Einträge immer mehr Antworten bekommen und meiner 
versinkt. Also Entschuldigung an Alle das nächste mal warte ich einfach.


Ich versteh/seh nicht wie die DMS mit Spannung versorgt werden und was 
genau gemessen bzw verstärkt wird. Kann mir das bitte noch jemand sagen?

von Tim B. (timberland)


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Benjamin Utz schrieb:
> Das musst du schon selber raus finden, da kann man doch ganz leicht
> Schrift erkennen. Nur auf dem Foto nicht lesen.

Ja das hab ich schon versucht aber kanns beim besten Willen nicht 
erkennen.Ist glaub extra schwarzer Lack aufgetragen wurden damit man es 
nicht so gut erkennt. Ich bilde mir ein beginnt mit LM

Andy D. schrieb:
> Was kann es denn ausser DC oder AC erregt gross an Messprinzipien für
> eine DMS-Brücke geben?

Es gibt noch die Möglichkeit einen aufgeladenen Kondensator über den DMS 
zu entladen und diese Zeit exakt mit einem Time to Digital Converter zu 
messen. Je nachdem wie lange das dauert kann man den Widerstand 
berechnen.

von Peter R. (pnu)


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für die Signalverarbeitung zusammen mit DMS gibt es heute viele 
Methoden. Welche gerade benutzt wird, lässt sich nur durch Messung der 
Signale ermitteln, aber nicht so aus der Kugel heraus beantworten,

Einfachst: DC-Versorgung der Brücke, nachfolgender 
Mess(Chopper)Verstärker, anschließender A/D Wandler.

oder:
Feinableich der grob abgeglichenen Brücke durch eine vom Kontroller 
gesteuerte Schaltung: Der Kontroller kompensiert zunächst die 
"Fehlspannung" an der unbelasteten Brücke mit einem (z.B 100 kOhm) per 
PWM zugeschalteten Widerstand. Das Tastverhältnis der PWM wird dann als 
Bezugswert gespeichert.
Bei Belastung verschiebt sich die Brückenausgangsspannung. Der 
Kontroller ändert das Tastverhältnis bis zum neuen Nullabgleich. Die 
Änderung des Tastverhältnisses ist ein Maß für ddie Belastung.
oder:
das Teilverhältnis am Spannungsteiler wird mit einem hochauflösenden 
A/D-Wandler gemessen. Aus der Änderung dieser 12 oder 16 bit wird die 
Belastung errechnet.
oder:
usw.

von Andy D. (rackandboneman)


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Wobei AC zumindest bei Brücken wie meiner die in der Bereichsmitte 
umpolen wohl eher nicht taugen wird ....

von Tim B. (timberland)


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Hab jetzt mal die Lackschicht auf dem IC abgekratzt. Es ist ein LM324DG.

Von diesem gehen wie im Schaltbild zu sehen 4 Kabel zu dem 
"Sensorsystem". Ich versteh nicht wie man da ein Gewicht bestimmen kann? 
Zwei Kabel zur Spannungsversorgung und zwei zur Signalaufnahme. Alle DMS 
werden beim betreten der Waage gestreckt.
Habe es auch mit Pspice simuliert aber das bringt mich auch nicht 
wirklich weiter. Vielleicht muss ich sie mal mit Batterien betreiben und 
Spannungen messen.
Hat sonst jemand ne Idee? Danke

von gk (Gast)


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Andy D. schrieb:
> Wobei AC zumindest bei Brücken wie meiner die in der Bereichsmitte
> umpolen wohl eher nicht taugen wird ....

Das stimmt so nicht, siehe phasenempfindliche Gleichrichtung bzw. 
Lock-In Verstärker. Das Kriterium ist wohl eher der Preis, bzw. Aufwand.

gk

von gk (Gast)


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Tim Appenroth schrieb:
> Es ist ein LM324DG.

Oh welch Wunder ! Einen INA hätte ich auch nicht erwartet, wenn die 
ganze Waage vielleicht nur 10 - 15 Euronen kostet.

Wenn es insgesammt 8 DMS sind, deutet vieles darauf hin, dass die 
mechanisch so angeordnet sind, das jeweils 4 DMS Zug messen und 4 DMS 
Druck. Da wäre mal ein Bild von der Messfeder (Suchwort) nützlich. Und 
wenn man obiges Schaltbild noch einmal anders hinzeichnet, kommt 
vielleicht doch noch eine Brückenschaltung raus. Es könnten auch 
Halbleiter-DMS sein, die sind viel empfindlicher, aber nicht so 
temperaturstabil und man braucht nicht so eine hohe Verstärkung. Die 
Temperaturdrift bekommt man dadurch in den Griff, dass man vor jedem 
Wiegevorgang einen Nullabgleich macht.

gk

von Klaus (Gast)


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Tim Appenroth schrieb:
> Hab jetzt mal die Lackschicht auf dem IC abgekratzt. Es ist ein LM324DG.

Ein LM324 hat 14 Pins, ich sehe aber nur einen 8-Beiner auf dem Bild?

MfG Klaus

von Gerhard. (Gast)


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Hallo Tim,

Vor ein paar Jahren zeichnete ich aus Neugier die Schaltung einer 
kleinen Taschenwaage heraus. Es ist durchaus möglich dass Deine 
Personenwaage ähnlich aufgebaut ist.

Der AD Wandler beruht auf das Prinzip des einfachen Integrieriers 
(Single Slope). Der letzte OPAMP arbeitet als Vergleicher. Der 3800 IC 
ist wahrscheinlich ein kleiner Mikrocomputer. Allerdings konnte ich 
nichts näheres darüber finden. Die Waage hatte einen 500g Messbereich. 
Dass es bei der hohen Auflösung von 0.1g ein LM324 tut ist ein bisschen 
erstaunlich.

Gruss,
Gerhard

von Sehender (Gast)


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> Ein LM324 hat 14 Pins, ich sehe aber nur einen 8-Beiner auf dem Bild?

Blind?

von Dickerchen (Gast)


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Tim Appenroth schrieb:
> Wie funktioniert meine Personenwaage?

Nachdem ich mich draufgestellt habe, wahrscheinlich überhaupt nicht 
mehr!

von eProfi (Gast)


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Na ihr seid ja wieder nett zueinander.
Auf Bild IMAG0049 ist der LM324 mit 14 Pins, auf IMAG0050 ist ein 
weiteres IC, das hat 8 Pins.


> Alle DMS werden beim betreten der Waage gestreckt.
Da täusch Dich mal nicht. Wenn sie auf der selben Seite angeklebt sind, 
heißt das noch lange nicht, dass beide gleich deformiert werden.

von Klaus (Gast)


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Sehender schrieb:
>> Ein LM324 hat 14 Pins, ich sehe aber nur einen 8-Beiner auf dem Bild?
>
> Blind?

Ja, habe das linke Bild nicht wirklich ernst genommen.

MfG Klaus

von Jens G. (jensig)


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>> Alle DMS werden beim betreten der Waage gestreckt.
>Da täusch Dich mal nicht. Wenn sie auf der selben Seite angeklebt sind,
>heißt das noch lange nicht, dass beide gleich deformiert werden.

Eben. Wenn das Biegeelement einigermaßen sinnvoll gestaltet ist, dann 
biegt sich die eine Hälfte so rum, die andere Hälfte ander herrum - also 
einmal Strecken, einmal stauchen. Das ist eigentlich auch bei 
Billigstwaagen so, soweit ich es gesehen habe, denn das Biegeelement ist 
letztlich nur ein einfaches Stanzprodukt mit einer wohldefinierten 
Geometrie (hat sicherlich auch einen fachlichen Namen, kenne ich aber 
jetzt nicht)

von Tim B. (timberland)


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Hallo
danke für die vielen guten Antworten übers Wochenende

gk schrieb:
> Da wäre mal ein Bild von der Messfeder (Suchwort) nützlich


Jens G. schrieb:
> Wenn das Biegeelement einigermaßen sinnvoll gestaltet ist, dann
> biegt sich die eine Hälfte so rum, die andere Hälfte ander herrum - also
> einmal Strecken, einmal stauchen.


Im folgenden Beitrag hat Tobias schon mal Bilder von Kraftaufnehmer wie 
ich sie in der Waage vorgefunden habe reingestellt. 
Beitrag "4 DMS aus Personenwaage - was für eine Schaltung"
Es sind also immer 2 DMS auf einem Kraftaufnehmer. Von der Kontruktion 
der Waage und wie die Kraftaufnehmer verbaut sind werden definitiv alle 
gestreckt. Fand es ja auch erstaunlich. Irgendwie muss das ganze 
elektronisch geregelt werden.

Dickerchen schrieb:
> Nachdem ich mich draufgestellt habe, wahrscheinlich überhaupt nicht
> mehr!

HAHA

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Jeder der vier Kraftaufnehmer besteht aus zwei DMS, von denen einer
gedehnt und der andere gestaucht wird. Vermutlich sind die einzelnen DMS
geschaltet wie im Anhang gezeigt. Rxd ist dabei ein gedehnter und Rxs
ein gestauchter DMS. Da in einer Diagonale alle gedehnten und in der
anderen alle gestauchten DMS liegen, führt eine Belastung auf der Waage
immer zu einer Erhöhung der Brückenspannung U1-U2. Bei kleinen
Auslenkungen gehen dabei die Widerstandsänderungen aller acht DMS
vorzeichenrichtig in mit gleichem Faktor in das Ergebnis ein. Damit ist
die Brückenspannung bei vorangegangenem Nullabgleich proportional zur
Summe der Gewichtskomponenten auf allen vier Kraftaufnehmer und damit
zum Gewicht der auf der Waage stehenden Person.

von Tim B. (timberland)


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Hab mir nochmal gedanken gemacht. Es kann doch sein, dass auch DMS 
gestaucht werden. Nämlich wenn der Kraftaufnehmer einen 
Doppelbiegebalken darstellt siehe meine Skizze.


Außerdem habe ich die Schaltung nochmal in pSpice realisiert und 
bisschen simmuliert. Dabei bin ich von einem einfachen Biegebalken 
ausgegangen und habe gesagt die hinteren DMS werden nicht gestaucht oder 
gestreckt bleiben daher immer auf 1kOhm. Ich kenn den LM324 ist nicht so 
gut. Kann der auch als Strom oder Spannungsquelle fungieren und 
gleichzeitig auf anderen Kanälen eine Spannung verstärken und zum AD 
Wandler geben. Wenn ja könnte eine der beiden Schaltungen zutreffen.

von Tim B. (timberland)


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Vielen Dank Yalu X. manchmal hilft es schon es bisschen anders 
aufzumalen. Aber das müsste dann auch bedeuten dass meine Kraftaufnehmer 
als doppelbiegebalken wirken.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Tim Appenroth schrieb:
> Aber das müsste dann auch bedeuten dass meine Kraftaufnehmer
> als doppelbiegebalken wirken.

Ja, das ist auch so. Schau mal, wo bei den Kraftaufnehmern der Punkt
liegt, über den die Kraft eingeleitet wird (die kleine Halbkugel an der
Oberseite):

  Beitrag "Re: 4 DMS aus Personenwaage - was für eine Schaltung"

Sie liegt genau in der Mitte zwischen den beiden DMS. Der Federbalken
wird damit symmetrisch S-förmig gebogen, und die DMS liegen jeweils in
einer der beiden Biegungen des S.

von gk (Gast)


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Das mit dem anders hinmalen hatte ich Dir ja schon weiter oben 
empfohlen. Jetzt sehe ich auf dem Bild der Messfeder aus dem zitierten 
Link zwischen den beiden DMS eine Einbuchtung. Die Krafteinleitung in 
den Biegebalken ist ja eher wie in Deiner Zeichnung Doppelbiegebalken 
und nicht wie beim einfachen Biegebalken. Der Aufsatz, den Du auch 
rechts skizziert hast, bewirkt, das die Messfeder S-förmig gebogen wird.

gk

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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So wie im Anhang sieht ein Kraftaufnehmer doch ungefähr aus.

Dadurch, dass die Krafteinleitung genau in der Mitte stattfindet, ist
das Biegemoment auf beide Häften der Feder entgegengesetzt gleich groß.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Und so wird die Symmetrie des Ganzen noch etwas deutlicher.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Nein, das war noch nicht ganz symmetrisch, aber so sollte es perfekt
sein :)

von Tim Appenroth (Gast)


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Ja ich versteh was du meinst :) Dankeschön an Alle

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