Hallo Leute, nachdem ich mithilfe des Forums einen dummen Denkfehler ausräumen konnte (siehe Beitrag "Re: Anlenkung einer DMS-Wägezelle"), geht's nun ums Tuning. Die Schaltung als offener Aufbau (Biegestab mit 4 DMS, Auswertung mit HX711 - siehe Foto) läuft so weit, die Messwerte sind allerdings noch "etwas verrauscht". Wo würdet ihr gefühlsmäßig zuerst suchen? - Brummspannung? - Temperatureinflüsse? - Mikrophonie? - Ein Einfluss, an den ich im Moment nicht denke? Der HX711 unterdrückt scheinbar 50Hz-Brumm (Auszug Datenblatt: Simultaneous 50 and 60Hz supply rejection). Lohnt es sich dem Teil einen Quarz zu spendieren, damit er die 50Hz genauer trifft? Dicht neben dem uC/PC/Monitor gibt es aber sicher noch andere Störer - dann ist 50HZ vielleicht gar nicht entscheidend... Was haltet ihr von einer Temperatur-Isolierung für den Biegestab mit Temperaturkompensation? Wie würde eine Standard-Kompensation aussehen? (analog/digital) Oder besser doch gleich einen "Ofen" (temperaturgeregelte Kammer)? Gibt es hierzu praktische Erfahrungen? Lange "Einbrennzeit" ist bei meiner Anwendung kein Problem. Gruß Joe
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Die Sensorspeisespannung ist über einen Transistor mit der Versorgungsspannung gekoppelt. Schau sie dir mit einem Oszi mal an und speise den HX ggf aus einer besseren Quelle.
Erst mal den Messing-Grundkörper + Biegebalken mit Masse verbinden, damit eine Abschirmung der DMS-Brücke vorhanden ist. Was die Mechanik angeht: Bei so einem Aufbau ist die Temperaturabhängigkeit das geringste Problem. Schrauben lockern sich bei Benutzung und damit die Auflagepunkte und Hebelarme. FR4-Glasfasermaterial verbiegt sich unter Last und Temperatur. Schau Dir mal die Mechanik einer guten Waage an: Da sind die Schrauben bis an die Fließgrenze des Materials festgeknallt und die Berührflächen der Teile sind, möglichst großflächig, luftspaltfrei aufeinander geschraubt. Einfachste Temperaturkompensation: Temperaturfühler z.B. DS18B20 anbringen und per Software Temperatur-Korrektur durchführen. Dazu müsste die Mechanik aber so aufgebaut sein, dass an ihr keine Temperaturunterschiede entstehen, also aus gut wärmeleitfähigem Material,mit großflächigen Verbindungen.
Noch gar keinen Gedanken hast Du Dir wohl um die Orts- und Richtungsabhängigkeit der auf das Centstück wirksamen Kraft gemacht. Je nach Richtung und Wirkungspunkt der Kraft ergibt sich ein andres Biegemoment.
Hey Joe, in Deinen beiden Threads konnte ich keine Info zu Deinem Wägebalken finden. Welche Empfindlichkeit hat denn der Balken (V/(V*Nm)) bzw. (V/(V*N)) und wo hast Du den denn her? Für konkrete Antworten wären quantitative Angaben wichtig. Eine qualitative Aussage wie "es rauscht" hilft da nicht viel. ;) Rauschleistung ist abhängig von der verwendeten Bandbreite. Je länger Du dem ADC Zeit gibst, die Signale zu integrieren, desto ruhiger wird das Ausgangssignal. marcus
Danke für die vielen Anregungen. Ich werde diese nach und nach in meinen Versuchsaufbau einfließen lassen. @ths Irgendwo hab ich noch Referenzchips liegen. Werd ich mal versuchen. @ Peter R. Den Aufbau auf Masse gelegt hat tatsächlich einen ziemlichen Einfluss. Hätte ich so nicht erwartet. Der Versuchsaufbau bleibt natürlich nicht so. Entstanden ist dieser wegen einiger mech. Tests (siehe: Beitrag "Re: Anlenkung einer DMS-Wägezelle"). Die verwendeten Teile lagen zufällig in meiner Krabbelkiste. Diesen Tests zeigten übrigens, dass es egal ist, wo auf der „FR4-Wägschale“ die Probe (Cent-Stück) liegt. Dein Tipp bezüglich digitaler Temperaturkompensation ist angekommen. Danke! @Marcus H. (... where you goin' with that gun in your hand? <beg>) Der Wägebalken kommt aus einer geschlachteten 20€-China-Feinwaage für 30g Maximallast bei 1mg Auflösung. Die Waage konnte grob das, was ich wollte, allerdings mit folgenden Nachteilen: 1: Auto-Off nach 30 Sekunden. Innerhalb der ersten paar Minuten (*) lief die Anzeige wie blöd, die Waage war so lange unbrauchbar. Danach hatte sich die Anzeige einigermaßen stabilisiert. (* dazu musste man die Waage beschäftigen, durch wechselndes Auflegen von Proben) 2: Auch im stabilisierten Zustand ist das „Anzeige-Rauschen“ (10 mg) noch um ca. Faktor 3 zu hoch. 3: Das Teil hat keinen Datenausgang (auf LCD-Signale decodieren habe ich keine Lust). Datenblatt für den Wägebalken hab ich nicht. Nur soviel: Der Balken misst l=70mm, h=6mm und b=5,2mm. Die Empfindlichkeit des Balkens habe ich mithilfe des HX711 bestimmt. Das Datenblatt spricht von einem Messbereich von +-20mV bei AVDD = 5V und Verstärkung *128. Mein AVDD ist 3,3V entsprechend +-13,2 mV Messbereich und einem LSB von 1,6 nV. Durch Auflegen der 1ct-Münze (2.3g) ändert sich der Messwert um rund 92800 counts entsprechend einer Brückenspannung von 148uV. Damit komme ich auf eine Empfindlichkeit von 65uV/g bzw. 6,6mV/N. Wenn man die 3,3V Brückenspeisung rausrechnet sind‘s dann 2.2mV/(V*N) Gruß joe
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Hey Joe, danke für die präzise Beantwortung meiner Frage. Um kurz zu zeigen, was möglich ist: http://harerod.de/applications_ger.html#LoadcellADC Diese Baugruppe sollte rechnerisch, unter den von Dir geschilderten Randbedingungen, bei 2Hz Datenrate, sowie einem Messbereich von 30g, eine rauschfreie Auflösung von ca. 17bit erreichen, die Genauigkeit wird praktisch nur von der (Elektro-)Mechanik bestimmt. Der Wandler ist ein AD7195. Die Eingangsbeschaltung wurde inspiriert von den dazugehörigen Appnotes. Allerdings sind ein paar EMI-Anpassungen drin, die undokumentierte "Features" des Analog-Frontends beachten. Ich hatte dazu einen regen Austausch mit ADI in D und USA. Ein paar Anregungen kannst Du Dir sicher auch für Deine HX711-Schaltung holen, z.B. 6-Draht-Anschluss und Oversampling. Grüße, Marcus P.S.: written while listening to Jimi
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Es gibt von Analog den "Designers guide to instrumentation amplifieres"... danach die Beschaltung auslegen... die 10Hz samplingrate unterdrücken 50 und 60Hz (5 Perioden 50Hz= 6 Perioden 60Hz) ein halbwegs sauberes design zum hx711 (mit usb) kommt demnächst von mir als open hardware... muss das aber noch besser charakterisieren 73
Joe L. schrieb: > Innerhalb der ersten paar Minuten (*) lief > die Anzeige wie blöd, die Waage war so lange unbrauchbar. Danach hatte > sich die Anzeige einigermaßen stabilisiert. (* dazu musste man die Waage > beschäftigen, durch wechselndes Auflegen von Proben) Das liest sich allerdings nicht so gut. Entweder hatte das Teil einen heftigen Temperaturgang oder der Kleber ist zähplastisch - es reichen ja ein paar µm schon aus, um das Ganze zur Farce werden zu lassen. Ich hatte vor vielen Jahren mal eine gekaufte Personenwaage von Soehnle umgerüstet, weil deren Elektronik gestorben war (war der reinste Billigst-Mist). Mein Konstrukt: AD7714, danach ein PIC16, dann ein Sanyo-LCD-Treiber. Diese Kombi hat praktisch keinerlei Einlauf-Effekte, aber ich mußte zum Ruhigstellen einen laufenden Mittelwert aus 16 Messungen machen. Einen spürbaren Temperaturgang hat sowas allerdings, Größenordnung etwa im Promillebereich. W.S.
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Marcus H. schrieb: > ... > Um kurz zu zeigen, was möglich ist: > http://harerod.de/applications_ger.html#LoadcellADC > ... > Allerdings sind ein paar EMI-Anpassungen > drin, die undokumentierte "Features" des Analog-Frontends beachten. > ... > P.S.: written while listening to Jimi Hi Marcus! Soso - listening to Jimi - also auch ein etwas älteres Semester :P. Danke für den Link. „Was geht“ ist schon deshalb interessant, um abschätzen zu können, ob es für meine Anwendung überhaupt hinhauen könnte. Die von Dir beschriebene Art von „Features“ sind mir hinreichend bekannt. Als verhältnismäßig zahm hatten sich bei mir immer LT (jetzt AD) herausgestellt. Wenn ich noch Zugriff darauf und Lust aufs Platinenätzen hätte - würde ich mich glatt mal in deren Portfolio umsehen (LTC23xx oder 24xx) und mir AN-96 neben ran legen. Dem HX711 traue ich nicht viel zu. Nach meinen Tests sind vom Chip alleine nicht mehr als 15 bits zu erwarten - würd also gerade so hinhauen. Damit der Thread nicht ganz so langweilig ist, anbei einige Testergebnisse. Zuerst hab ich mal die HX-Platine modifiziert und die Masse nach -E durchverbunden sowie einen Elko ergänzt. Man weiß ja nie ... Einen DS-1820 hatte ich leider nicht gefunden (ich hab welche - aber wo?), für erste Schätzungen tut es aber auch eine Diode. Der Aufbau sieht nun etwas anders aus, siehe Foto (Setup_1.low.jpg). Klimaschrank hab ich keinen - drum saß ich hier ab und zu bei offener Tür und Fenster - und fror mir bildlich gesprochen den A* ab. Open.png zeigt die gemittelten Daten vom HX (rot) sowie die Temperatur (blau). In Open.mean-temp.png sind die Daten gegen die Temperatur aufgetragen. Man sieht deutlich den Temperaturgang. Ob‘s der Wägebalken ist oder der HX muss ich noch rausmessen. Ganz linear ist die Sache nicht, auch verstehe ich die horizontale Punktwolke bei -85400 nicht. Ich mach morgen mal mein Styroporhäubchen drauf und messe das ganz noch mal bei langsamem Temperaturgradienten. Gruß joe
Joe L. schrieb: > Dem HX711 traue ich nicht viel zu. Nach meinen Tests sind vom Chip > alleine nicht mehr als 15 bits zu erwarten - würd also gerade so > hinhauen. Naja wenn du eine 200kg 2mV/V Zelle hast und der hx711 mit x128 Verstärkung (20mV FS) läuft, entsprechen 15bit so in etwa 61g Auflösung laut https://forum.arduino.cc/index.php?topic=365107.0 sollten die sogar noise-free sein... Habe mal bei HBM mir schnell ein Datenblatt rausgeholt... http://www.hbm.cz/wp-content/uploads/b3649.pdf 0.0175%/10K... ich habe jetzt -10 - +40° Temperaturbereich... also 0.0875% fehler (jaja bin außerhalb des spezifizierten Bereichs geht ja nur um einen überschlagsmäßige rechnung...) also werden bei FS aus den 2mV 1,99825...2,00175mV 200kg+-0.175kg! Was ich damit sagen will, wenn der HX711 wirklich 15bit genau(!) sein sollte, dann ist er besser als die Wägezelle! und HBM ist nicht unbedingt für seine miese Qualität bekannt ;) Nachdem das bei mir demnächst ohnehin in eine Kompensationsorgie ausarten wird, ist der HX711 gut genug... 73
Joe L. schrieb: > Soso - listening to Jimi - also auch ein etwas älteres Semester :P. Naja - hatte aufgrund des Threads einfach mal wieder Lust dazu. Und ich kann noch ohne fremde Hilfe zum Auto wackeln. ;) > Die von Dir beschriebene Art von „Features“ sind mir hinreichend > bekannt. Als verhältnismäßig zahm hatten sich bei mir immer LT (jetzt > AD) herausgestellt. Wenn ich noch Zugriff darauf und Lust aufs > Platinenätzen hätte - würde ich mich glatt mal in deren Portfolio > umsehen (LTC23xx oder 24xx) und mir AN-96 neben ran legen. Platinen habe ich das letzte Mal in den frühen 1990ern geätzt. Bei mir geht eigentlich keine Baugruppe unter 4 Lagen zur Tür raus, dafür habe ich auch seit Jahren keinen EMV-Test zweimal gemacht. Was anderes wäre natürlich, wenn 10er-Cent in der Serie von Bedeutung wären. In die Wägezellenelektronik habe ich im Vorfeld sehr viel Recherche gesteckt (die der Kunde natürlich nicht verrechnet bekommen hat), dafür hat's im ersten Durchgang geklappt. Insbesondere war ich angenehm überrascht, wie viel Reserve in der Stabilität und Störfestigkeit vorhanden ist. Insofern ein schlechtes Design, weil deutlich besser, als gefordert. ;)
Hans schrieb: > ... > laut > https://forum.arduino.cc/index.php?topic=365107.0 > sollten die sogar noise-free sein... > > Was ich damit sagen will, wenn der HX711 wirklich 15bit genau(!) sein > sollte, dann ist er besser als die Wägezelle! und HBM ist nicht > unbedingt für seine miese Qualität bekannt ;) Hi Hans, Danke für die Info. Besonders der Link zum Arduino-Forum ist interessant. Post #1 halte ich sogar für sehr hilfreich, beantwortet er doch ein paar meiner Eingangsfragen. Post #6 erwähnt auch den von mir beobachteten Temperaturgang. Ich denke, an dem Punkt werde ich sicher ansetzen. Ob‘s mit Kompensation alleine hinhaut, kann ich noch nicht sagen, aber ich werde mal mit den aufgezeichneten Daten (umfassen jeweils mehrere Stunden) etwas im Spreadsheet rumspielen und erst mal dort digital Temperaturkompensieren. Auch scheint sich zu bestätigen, dass die Versorgung des Chips bzw. der Brücke von Relevanz ist. ths (Gast) hatte diesen Punkt am 21.3. hier auch schon erwähnt. Ob der HX711 gut genug ist, wird sich noch zeigen. Sicher, der in Post #2 erwähnte AD7780 hätte weit mehr Reserven, spielt aber auch preislich in einer ganz anderen Liga. Siehe hierzu auch meine Antwort an Marcus. Viele Grüße joe
Bei DMS Sensoren gibt es zwei temperaturabhängige Effekte zu berücksichtigen. Erstens den Temperaturgang des Nullpunkts. Erst mal messen:Dazu bestimmt man bei zwei Temperaturen (sagen wir bei Raumtemperatur und bei 80 °C) die Brückenausgangsspannung. Die thermische Brückenverstimmung resultiert aus Fertigungstoleranzen und daher, dass die Temperatur nicht an allen Stellen gleich ist, und schon gar nicht bei dem gegebenen länglichen Aufbau des Biegebalkens. Die Kompensation erfolgt üblicherweise durch Integration von temperaturabhängigen Widerstanden in einen Brückenzweig. Anschließend muss der Nullpunkt neu abgeglichen werden. Zweitens, und das hast du vermutlich noch gar nicht entdeckt, den Temperaturgang des FullScale Signals. Das kommt daher, dass der K-Faktor der DMS und der E-Modul des Werkstoffs beide temperaturabhängig sind. Die Empfindlichkeit des Gebildes nimmt mit steigender Temperatur zu. Das kompensiert man i. d. R. mit temperaturabhängigen Widerständen, die auf dem Sensor angebracht, in die Versorgungsleitung eingeschleift werden. Auf dem Biegebalken müssten daher fünf oder besser sechs mäanderförmige Strukturen Folien aufgeklebt sein, davon sind vier die DMS. Es gibt auch modulkompensierte DMS, dann siehst du nur vier Strukturen, die DMS kosten allerdings mehr als das oben gezeigte billige Ding wert ist. Ich möchte jedoch abraten, an der Brückenverdrahtung rumzufummeln. Das wird nie wieder stabil. Für Wägezwecke hast du ja beliebig lange Zeit, Temperatursensoren (wo anbringen?) auszulesen und das zu verrechnen, wenn du das machen möchtest. Überlege dir wie du das Ganze vor Zugluft schützen kannst. Soviel zum Sensor. Zur Elektronik wurde schon einiges geschrieben. Verstärker und ADC kauft man, die funktionieren nach Datenblatt, wenn man nix falsch macht. Man darf nicht vergessen, dass die Brückenausgangsspannung der Brückenspeisespannung direkt proportional ist. Hier wird oft einiges falsch gemacht.
Joe L. schrieb: > Auch scheint sich zu bestätigen, dass die Versorgung des Chips bzw. der > Brücke von Relevanz ist. Ja und nein... wenn du ratiometrisch misst, dann ist's egal. Das macht der hx711 dummerweise nicht... das ist zugegebenermaßen ein Schwachpunkt. Es gibt aber den hx712, der auch nicht wirklich mehr kostet und einige vorteile hätte... die Chips hätte ich schon da, das PCB muss ich bei Zeiten mal machen... aber zuviel zu tun... zur kompensation muss man noch sagen, dass das dummerweise alles nichtlinear ist... das macht die Angelegenheit recht kompliziert, da man mehrere definierte gewichte über den gesamten Bereich bräuchte damit man sich vernünftige Koeffizierenten für das Polynom ableiten kann... und das noch bei mehereren stabilen temperaturen... Ich habe zwar eine kleine "Klimakammer" aber eine 200kg referenz bekomm ich da nicht rein ;) daher ist für mich derzeit der hx711 ausreichend, da die restlichen Effekte mehr ausmachen werden als der Fehler durch den billigen Chip. 73
In der Uni hatten wir eine spezielle Feinwaage, mit der man ein 1 mg oder sogar weniger wiegen konnte. Theoretisch. Denn es erfordert neben einem ultrastabilen Wägetisch auch einen speziellen Standort im Gebäude, ansonsten wird sich jede Bodenschwingung (Strassenbahn), jede Gebäudeschwingung, Türenknallen, Luftzug etc. im Messergebnis wiederspiegeln. Je weniger Gewicht man messen will, desto mehr Störeinflüsse müssen eliminiert werden. Dadurch wird wiederum aber auch der Messfehler größer.
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ths schrieb: > Bei DMS Sensoren gibt es zwei temperaturabhängige Effekte zu > berücksichtigen. > > Erstens den Temperaturgang des Nullpunkts. > Zweitens ... den Temperaturgang des FullScale Signals. > Ich möchte jedoch abraten, an der Brückenverdrahtung rumzufummeln. Das > wird nie wieder stabil ... Überlege dir wie du das Ganze vor Zugluft > schützen kannst. Danke ths, dein Rat ist hier angekommen. Wie schon angekündigt, habe ich das Ganze allseitig mal in 2cm Styropor verpackt. Die Temperaturdifferenz verringert sich dabei von 5 auf 2 grd (wobei die Änderung der Umgebungstemperatur sicher nicht identisch war), das pp-Rauschen der Ausgangscodes aber von 1660 auf 200 (verglichen mit meinem Post vom 15.04.2017). Vermutlich werde ich die Wägezelle zusammen mit dem HX711 in einen „Ofen“ packen und die Temperatur nachregeln. Gruß joe
min schrieb: > Feinwaage, mit der man ein 1 mg oder sogar weniger > jede Bodenschwingung (Strassenbahn), jede > Gebäudeschwingung, Türenknallen, Luftzug etc. im Messergebnis > wiederspiegeln. Hi min, ist das, was ich oben als Mikrofonie bezeichnet hab. Tatsächlich ist mein Schreibtisch für die Tests nicht 100% geeignet. Irgendwann werde ich mit dem Aufbau in den Bastelkeller auf eine mit der Außenwand verschraubten Konsole ausweichen. Meine bisherige Lösung ist gegen Mikrofonie recht robust: Eine Ohaus-Balkenwaage, die nach etwas Tuning leicht 1 mg auflöst. Gruß joe
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Hans schrieb: > Es gibt aber den hx712, der auch nicht wirklich mehr kostet und einige > vorteile hätte... die Chips hätte ich schon da, das PCB muss ich bei > Zeiten mal machen... > > zur kompensation muss man noch sagen, dass das dummerweise alles > nichtlinear ist... das macht die Angelegenheit recht kompliziert > ... Hi Hans, wie schon gesagt, auf Platine machen hab ich auch keine Lust :p. Habe aber den Wägebalken mal abgeklemmt, AP eingestellt mit einem R-Teiler (Mitte über 22u ta nach Masse), jeweils 330R zu den Eingängen. Ergebnisse anbei. Seltsamerweise hat sich der Temperaturgang umgekehrt. Keine Ahnung, ob das gewollt ist. Ich habe auch keinen weiteren Chip getestet. Wie du geschrieben hast, ist die Bestimmung der TK recht aufwendig - und wenn‘s dumm läuft, auch geräte- und altersabhängig. Ist mir alles zu stressig, und ohne gescheiten Messpark auch nicht zu machen. Eine lange Einbrennzeit macht mir dagegen nichts aus (vgl. mein erster Post), sodass ich immer mehr zum „Ofen“ tendiere. Gruß joe
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