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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verstärker für Messbrücke


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Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Hallo zusammen,

ich möchte gerne eine DMS-Vollbrücke mit einem PIC16 Prozessor über den 
Analogeingang auswerten. Hierfür muss die Eingangsspannung der 
Voll-Messbrücke entsprechend verstärkt werden. Verwenden möchte ich 
einen MCP6002.

Ich weiß wohl dass die Spannung nicht linear zum Druck auf die 
Dehnungsmessstreifen sein soll. Aber man muss ordentlich drücken und es 
passiert erst mal nichts, dann hat man das Gefühl dass es einigermaßen 
proportional weitergeht. Irgendwie ist es nicht das Wahre...

Meinen Ansatz habe ich auch in der beigefügten Schaltung wiedergefunden 
(rot eingekreist). Den Rest der Beschaltung verstehe ich nicht wirklich.

Vielleicht kennt sich jemand in Sachen Messtechnik besser aus und kann 
hier ein paar Tipps geben, wie man mit dem MCP6002 am einfachsten eine 
DMS-Vollbrücke auswerten könnte.

Besten Dank
Olaf

: Verschoben durch Moderator
Autor: Max H. (hartl192)
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Olaf Rechtner schrieb:
> Aber man muss ordentlich drücken und es
> passiert erst mal nichts,
Es könnte sein, dass die Brück einen negativen Offset hat, den der OPV 
nicht ausgeben kann, wenn er Vss des OPVs auf GND liegt.

> Den Rest der Beschaltung verstehe ich nicht wirklich.
Die Schaltung aus den beiden OPVs ist ein Differenzverstärker mit 2 
OPVs:
https://de.wikipedia.org/wiki/Instrumentenverst%C3%A4rker#Zwei_OPVs

: Bearbeitet durch User
Autor: Name H. (hacky)
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> MCP6002 ... Offset 4.5mV max.

Lass das sein. so wird das nichts. Da fehlen viel zuviele Grundlagen.

Autor: Max H. (hartl192)
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Zum auswerden solcher Brücken gibt es von Microchip die Appnote AN1030. 
Da wird nicht der interne ADC des PICs verwenden, seine 10bit könnten je 
nach Anwendung auch etwas wenig sein.

: Bearbeitet durch User
Autor: Thomas F. (igel)
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Olaf Rechtner schrieb:
> Verwenden möchte ich einen MCP6002.

Warum nimmst du nicht beispielsweise einen INA125?
Der ist für sowas gemacht.

Autor: Ulrich (Gast)
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Der INA125 ist vergleichsweise teuer.

Wenn schon aus einzelnen OPs aufgebaut, dann besser die Schaltung mit 3 
OPs, die ist weniger Empfindlich auf Fehler der Widerstände und OPs. 
Sinnvoll wären dabei 2 bessere OPs mit wenig Offset, etwa MCP6v27. Der 
3. OP ist unkritisch.

Autor: MaWin (Gast)
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Olaf Rechtner schrieb:
> wie man mit dem MCP6002 am einfachsten eine
> DMS-Vollbrücke auswerten könnte

Deine Schaltung kann so nicht funktionieren.

Du musst DIE DIFFERENZ zwischen den Messbrückenanschlüssen ermitteln und 
auf GND beziehen (oder auf VCC/2 weil man nicht nur drücken sondern auch 
ziehen kann ?)

Ein Differenzverstärker wäre einfach, wenn deine Messbrücke tatsächlich 
3 und 15 Ohm hat, also so niederohzmig wäre.

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm

Vermutlich ist sie aber hochohmiger, so daß ein Instrumentenverstärker 
her sollte

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/diffamp.htm

Das kann man fertig kaufen (siehe INA115) oder sich nach Bild 4 aus dem 
MCP6001 und einer Handvoll echt präziser Widerstände selber aufbauen.

Wenn deine Messbrücke nicht abgeglichen ist, und ohne Druck nicht exakt 
gleiche Spannungen liefert, dann könnte die Ausgangsspannung ohne Druck 
negativ sein, was nicht gemessen werden kann. Man kann dann die 
Messbrücke abgleichen durch einen zusätzlichen Widerstand (eventuell 
einstellbar als Poti). Damit auch bei leichten Druck die Sapnnung schon 
0V überschreitet und gleich Änderungen im Messwert ergibt.

Autor: Name H. (hacky)
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>Der INA125 ist vergleichsweise teuer.

Eine DMS Messbruecke liest man nun mal nicht vergleichsweille guenstig 
aus. Mich wuerde es wundern, wenn ein einfacher Instrumentenverstaerker 
es tun koennte..

Autor: Erich (Gast)
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GOOGLE fragen: strain gauge bridge excitation

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb:
>>Der INA125 ist vergleichsweise teuer.
>
> Eine DMS Messbruecke liest man nun mal nicht vergleichsweille guenstig
> aus.

Mich wundert da immer wieder, wie "vergleichsweise günstig" da dann
die Fertigwaagen angeboten werden.
Gruss
Harald

Autor: Name H. (hacky)
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Eine Fertigwaage ist guenstig, weil ... eine starke Drift und 
Temperaturabhaengigkeit faellt weg, wenn man einen Tara machen kann.

Ohne Tara, dh langzeitstabil, wird's teuer...

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb:

> Eine Fertigwaage ist guenstig, weil ... eine starke Drift und
> Temperaturabhaengigkeit faellt weg, wenn man einen Tara machen kann.

...fragt sich, ob Olaf vor Beginn der Messung nicht auch einen
Kalibrierzyklus machen kann.
Gruss
Harald

Autor: Olaf Rechnter (Gast)
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Vielen Dank für die vielen Rückmeldungen! Ich werde die von Max H im 
ersten Beitrag genannte Schaltung einmal ausprobieren. Die scheint mir 
noch recht günstig und ausreichend genau. Da ich eine schwankende 
Eingangsspannung habe und über längere Zeit nur wenig Driften zulassen 
kann (Thema Versorgungsspannungsdurchgriff) macht es meines Erachtens 
Sinn einen zweiten OPV zu spendieren. Ich schreibe noch mal für die 
Nachwelt was dabei rausgekommen ist.. kann aber ein paar Tage dauern.

Grüße
Olaf

Autor: Max H. (hartl192)
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Olaf Rechnter schrieb:
> Da ich eine schwankende
> Eingangsspannung habe
Wenn du die Versorgungsspannung der Brücke auch als Referenzspannung für 
den ADC verwendest, dann verursacht eine Änderung der 
Versorgungsspannung keinen Messfehler, die Drift der Offsetspannung des 
OPVs macht dir aber immer noch einen Strich durch die Rechnung, wenn du 
nicht ab und zu einen Offsetabgleich (Tara) machst.

Autor: beingupcitizen (Gast)
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Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb:
> Eine DMS Messbruecke liest man nun mal nicht vergleichsweille guenstig
> aus.

Widerstände oder Brückenspannungen werden überhaupt nicht "ausgelesen", 
allerhöchstens gemessen oder weiterverarbeitet.

Das "auslesen" kommt gleich nach Standart und Wiederstand.

Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Max H. schrieb:
> Olaf Rechnter schrieb:
>> Da ich eine schwankende
>> Eingangsspannung habe
> Wenn du die Versorgungsspannung der Brücke auch als Referenzspannung für
> den ADC verwendest, dann verursacht eine Änderung der
> Versorgungsspannung keinen Messfehler

Ja genauso habe ich es vor (Anschluss Vref an VDD)

> die Drift der Offsetspannung des
> OPVs macht dir aber immer noch einen Strich durch die Rechnung, wenn du
> nicht ab und zu einen Offsetabgleich (Tara) machst.

Ich verstehe dass so, dass es einmal eine Verschiebung gibt bei 
Temperaturänderungen (beim MCP6002 wohl typischerweise 2,0 µV/°C) und 
zum anderen wegen Alterungseffekte (in gleicher Größenordnung?).Ich habe 
aber kein Gefühl dafür, was das am Ende ausmacht. Ich möchte mit dem 
Verstärker mit Hilfe eines DMS über längere Zeit eine Gewichtsmessung 
vornehmen (0-5kg), ein Tara wäre allerdings nur rund alle 6 Monate 
möglich.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Olaf Rechtner schrieb:

> Ich möchte mit dem
> Verstärker mit Hilfe eines DMS über längere Zeit eine Gewichtsmessung
> vornehmen (0-5kg), ein Tara wäre allerdings nur rund alle 6 Monate
> möglich.

Bei solchen Extremforderungen wirst Du auch einen extrem guten
Verstärker brauchen. Wobei auch der mechanische Aufbau selbst
und die DMS-Streifen zusätzliche Fehler erzeugen (sog. Kriechen).
Gruss
Harald

Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Du hast Recht, die mechanischen Teile liefern auch Fehler... Seitens der 
Genauigkeit wäre ein Fehler <10% ausreichend - aber ich glaube ich muss 
am Ende den fertigen Aufbau über eine längere Zeit austesten um das 
Messergebnis vernünftig bewerten zu können ;-)

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Olaf Rechtner schrieb:

> Du hast Recht, die mechanischen Teile liefern auch Fehler... Seitens der
> Genauigkeit wäre ein Fehler <10% ausreichend - aber ich glaube ich muss
> am Ende den fertigen Aufbau über eine längere Zeit austesten um das
> Messergebnis vernünftig bewerten zu können ;-)

Das wäre auch für uns interessant. Ich habe mich beruflich mit
Präzisionsmessungen beschäftigt. Da wurde sogar darüber gesprochen,
das ein Gehäuse, welches auch als Montagebasis verwendet wurde,
am besten 10 Jahre ruhen sollte, damit es sich setzt.
Gruss
Harald

Autor: Name H. (hacky)
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Ein Gehaeuse kann man auch tempern um die Spannungen von der 
Verarbeitung loszuwerden.

: Bearbeitet durch User
Autor: Name H. (hacky)
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Wenn man praezisere Messungen mit einer DMS Messbruecke machen moechte, 
muss man die DC Fehler wegmachen, indem man zB mit AC anregt.

Autor: Arc N. (arc)
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Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb:
> Wenn man praezisere Messungen mit einer DMS Messbruecke machen moechte,
> muss man die DC Fehler wegmachen, indem man zB mit AC anregt.

Geht auch ohne, correlated double sampling bzw. schlicht und ergreifend 
eine differentielle Messung einmal A+ - A- und einmal A- - A+ machen, 
passend verrechnen und der Fehler ist raus (solange die Messung nicht 
extrem lange dauert...)

: Bearbeitet durch User
Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Ich möchte gerne die beigefügte Wikipedia-Schaltung realisieren. Spricht 
etwas dagegen, die Widerstände R1 und R2 gleich auszulegen? Wenn ich es 
richtig verstehe ist es nur wichtig, dass die Verhältnisse R2/R1 auf 
beiden seiten gleich sind wegen der Offsetspannung.
Wenn eine Verstärkung von rund 1.000 eingestellt werden sollwären dass 
dann R1 = R2 = 51 kOhm, Rgain = 91 Ohm. Rein rechnerisch käme dann eine 
Verstärkung von 1.123 raus. Sind das geeignete Widerstandswerte oder 
sollte man besser Mega-Ohm Widerstände verwenden - gibt es da Vor- und 
Nachteile?

Grüße
Olaf

Autor: Hm (Gast)
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Lass das sein, und kauf dir einen Instrumentenverstaerker.

Autor: MaWin (Gast)
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Olaf Rechtner schrieb:
> Rein rechnerisch käme dann eine Verstärkung von 1.123 raus.

Wenn du 1000 haben wolltest, wäre das eine erhebliche Abweichung.

> Sind das geeignete Widerstandswerte oder
> sollte man besser Mega-Ohm Widerstände verwenden

Keine Mega-Ohm weil dann die Eingangsströme des OpAmps verfälschend 
wirken, aber auch nicht unter 1k Ohm weil dann die Treiberleistung des 
OpAmp nicht reicht, deine 51k sind in Ordnung.

Autor: Roland F. (opale)
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Nimm ein fertiges IC, dass darauf spezialisiert ist DMS-Bruecken 
auszuwerten. Der HX711 bietet Dir eine Konstantspannungsquelle fuer die 
Versorgung der Bruecke, einen Verstaerker und einen 24-bit AD-Wandler, 
der Dir den Messwert seriell ausgibt, den kannst Du dann mit dem PIC 
weiterverarbeiten. Teuer ist der auch nicht, Breakoutboards gibts in 
China in zwei Ausfuehrungen (geschirmt und ungeschirmt) fuer ca. 4 bzw. 
2 Euro.

: Bearbeitet durch User
Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Der integrierte Verstärker schaut ganz gut aus ist aber doch zu teuer. 
Das ganze sollte mit dem "Drumherum" nicht mehr als 5 Euro kosten - für 
den Fall dass ich es mal zur Produktionsreife schaffe :-)

Ich teste es erst einmal mit den o.g. Widerständen - mal sehen wie die 
Ergebnisse sind.

Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Stop... habe gesehen dass die Chinesen das Teil für unter 1 EUR 
anbieten. Insofern ist der Baustein doch interessant. Leider muss ich 
aber für meine Messung 4 Halbbrücken auswerten. Ich habe jeweils 2 
zusammengeschaltet so dass ich auf 2 Vollbrücken komme. Die Ergebnisse 
der beiden Messungen wollte ich im Prozessor addieren und so auswerten.

Der HX711 hat allerdings nur einen "richtigen" Messkanal für die 
Auswertung des DMS - gibt es die Teile auch mit 2 vollwertigen 
Messeingängen?

Grüße
Olaf

Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Habe gelesen dass jemand Teile der Messbrücken parallel geschaltet hat 
so dass man mit einem HX711 auskommen würde - ist das gängige Praxis?

Autor: Roland F. (opale)
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siehe: HBM - Anwendung und Einbau von Wägezellen ( 
www.hbm.com.pl/pdf/hbm-wt-book_de.pdf ) ab Abschnitt 9.5.6 Seite 116

Autor: eProfi (Gast)
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Ja, das ist gängige Praxis. Dafür müssen aber ein paar Veraussetzungen 
erfüllt sein (z.B. Ruhespannung).
Gut, 10% ist keine zu große Anforderung, aber glaube dem Hacky, Dir 
fehlen viele Grundlagen. Es treten Effekte auf, von denen Du nicht mal 
ahnst, dass sie existieren (z.B. Ecklastabhängigkeit, 
Biegemomentabhänigkeit, Befestigung. Kriechen wurde ja schon genannt).

Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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OK - wenn ich es richtig sehe einfach die Versorgungsspannung parallel, 
genauso wie die Messleitungen. Dadurch sinkt natürlich der 
Messwiderstand - ich hoffe der HX711 stört sich nicht daran ;-)

Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Hat jemand vielleicht noch 1-2 Stück von den HX711 Bauteilen? Die gibt 
es sonst leider nur auf fertigen Modulen zu kaufen... das ist nicht das 
was ich brauche. Wenn jemand vielleicht 2 Stück hat würde ich sie gerne 
für rund 10 EUR pauschal kaufen wollen.

Grüße
Olaf

Autor: Johannes V. (j-v)
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Hallo Olaf,

ich habe mir 20 Stk. bei Aliexpress bestellt. Ich gebe gerne welche ab,
wenn die IC's in Ordnung und hier eingetroffen sind, kann aber etwas 
dauern.

Gruß Johannes

Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Das hört sich gut an Johannes - ich wäre Dir echt dankbar wenn Du Dich 
dann melden würdest.

Eine Frage zum Anschluss. Weiß jemand ob meine Anschluss-Skizze anbei so 
stimmt? Ich möchte 4 Halbbrücken zu 2 Vollbrücken verschalten, die dann 
parallel durch den HX711 ausgewertet werden können.

Grüße
Olaf

Autor: Ulrich H. (lurchi)
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Die Verbindung passt so.

Autor: Amateur (Gast)
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Hältst Du es wirklich für sinnvoll zwei Brücken parallel zu schalten?

Irgendwie klappen sich dabei, bei mir die Zehnägel hoch.

Die ursprüngliche Idee der Brücke war doch mal eine, von vielen 
Toleranzen befreite, relative Spannung, zur Verfügung zu stellen.

Wirf doch mal eine halbe Pupille auf die Theorie der Brücke.

Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Amateur schrieb:
> Hältst Du es wirklich für sinnvoll zwei Brücken parallel zu schalten?
>
> Irgendwie klappen sich dabei, bei mir die Zehnägel hoch.
>
>

Das hört sich schmerzhaft an.

Aber es scheint oftmals so gemacht zu werden, wurde oben im Thread 
bereits bestätigt. Ich denke wichtig ist den "Wirksinn" der DMS-Teile zu 
beachten, im "sw"-Ast (Zeichnung oben) sollte meines Erachtens bei Druck 
eine Widerstandsvergrößerung stattfinden, in dem "r"-Ast dagegen eine 
Widerstandsverringerung.

Ich lasse mich aber gerne eines Besseren belehren...

Autor: mse (Gast)
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Harald Wilhelms schrieb:
> Das wäre auch für uns interessant. Ich habe mich beruflich mit
> Präzisionsmessungen beschäftigt. Da wurde sogar darüber gesprochen,
> das ein Gehäuse, welches auch als Montagebasis verwendet wurde,
> am besten 10 Jahre ruhen sollte, damit es sich setzt.
> Gruss
> Harald
Gleich neben dem Weinkeller wird ein Gehäusekeller eingerichtet.  ;D

Autor: Olaf Rechtner (Gast)
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Johannes? Hast du mittlerweile was von den HX711 gehört?

Grüße
Olaf

Autor: Johannes V. (j-v)
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Hallo Olaf,

teil mir mal mit wie man Dich erreicht.

Gruß Johannes

Autor: Johannes V. (j-v)
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Olaf Rechtner schrieb:
> Johannes? Hast du mittlerweile was von den HX711 gehört?
>
> Grüße
> Olaf

Kein Bedarf mehr?

Gruß Johannes

Autor: Olaf R. (gruser)
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Hallo Johannes - habe Dir eine separate Mail geschickt. Bin immer noch 
daran interessiert.

Grüße
Olaf

Autor: Olaf R. (gruser)
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Hallo Johannes - bitte schicke mir noch einmal Deine vollständige 
Adresse per Mail. Die Post hat Deinen Namen leider überstempelt - bitte 
nutze folgende e-Mail Adresse: osrech@arcor.de

Vielen Dank noch mal!

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