Hallo Forum,
ich würde mir gerne eine Waage bauen, dabei sollte folgende Wägezelle
zum Einsatz kommen:
https://www.bosche.eu/waagenkomponenten/waegezellen/plattform-waegezellen/plattform-waegezellen-h40a
Nun habe ich ein paar fragen:
laut dem Datenblatt und Informationen aus dem Internet:
https://www.me-systeme.de/de/support/faq/2299-technische-daten#2
Funktioniert das ganze wie folgt:
Die Wägezelle wird an 10V betrieben, laut Datenblatt habe ich einen
Bereich von 2 mV/V. Bei 10V Brückenspeisespannung bekomme ich also 20mV
Ausgangssignal (als Differenzspannung zwischen +Brückenausgang und
-Brückenausgang) Wenn ich meine Wägezelle mit der Nennlast in meinem
Fall von 100Kg belaste, sehe ich das richtig?
Nun würde ich gerne das Ausgangssignal verstärken mit einem
Operationsverstärker (Differenzverstärker) mein Mikrocontroller wird mit
3,3V betrieben und hat einen 10Bit AD Wandler. Nun meine zweite fragen.
Macht dies Sinn? Wieviel kann ich mit Oversampling herausholen? ein
16Bit oder 24Bit macht in meinen Augen auch keinen Sinn. Geschwindigkeit
spielt bei meiner Anwendung keine Rolle.
Wenn ich den OPV als Differenzverstärker betreibe, dann muss ich meine
Widerstände wie folgt auslegen:
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm
R1 und R3 = 10K
R2 = 165K
und R4 = 500K
sehe ich das richtig?
Bitte um kurze Rückantwort
vielen Dank im voraus
Hallo Christian,
Christian schrieb:> Funktioniert das ganze wie folgt:> Die Wägezelle wird an 10V betrieben, laut Datenblatt habe ich einen> Bereich von 2 mV/V. Bei 10V Brückenspeisespannung bekomme ich also 20mV> Ausgangssignal (als Differenzspannung zwischen +Brückenausgang und> -Brückenausgang) Wenn ich meine Wägezelle mit der Nennlast in meinem> Fall von 100Kg belaste, sehe ich das richtig?
Das sollte so richtig sein.
Christian schrieb:> Nun würde ich gerne das Ausgangssignal verstärken mit einem> Operationsverstärker (Differenzverstärker) mein Mikrocontroller wird mit> 3,3V betrieben und hat einen 10Bit AD Wandler. Nun meine zweite fragen.> Macht dies Sinn? Wieviel kann ich mit Oversampling herausholen? ein> 16Bit oder 24Bit macht in meinen Augen auch keinen Sinn. Geschwindigkeit> spielt bei meiner Anwendung keine Rolle.
Hast du bezüglich des ADC mal in das Datenblatt von deinem uC geschaut?
Oftmals sind die ADCs nochmal anders spezifiziert, nur weil dein
Controller mit 3,3V läuft muss das nicht bedeuten dass der ADC einen
3,3V Messbereich hat. Die Frage "Macht dies Sinn" kann man nun wirklich
nicht beantworten, man versteht leider nicht worauf du damit hinaus
willst. Wenn es dir um die Auflösung geht, lässt sich das ja recht
einfach berechnen: 1^10 Bit = 1024 mögliche Werte. Auf den Messbereich
deines ADC passend verstärkt also 100gk / 1024 = 0.097, also eine
Auflösung von ca. 10g. Ob das für deine Zwecke ausreichend ist kann man
so pauschal nicht sagen.
Christian schrieb:> Wenn ich den OPV als Differenzverstärker betreibe, dann muss ich meine> Widerstände wie folgt auslegen:> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm
Möchtest du uns an deinem Rechenweg teilhaben lassen? Ich habs grade mal
mit deinen Werten in den Taschenrechner reingepackt, kommt allerdings
165V Ausgangsspannung raus. Kann aber auch sein dass ich da n' Fehler
habe :D
Nun habe ich zu deinem Messergebnis noch eine Frage:
100 kg = 100.000g
100.000g/1024 = 97,65g, das heißt, ich habe eine Genauigkeit von ca.
100g
sehe ich das Richtig?
Die Ausgangsspannung meines Differenzverstärkers berechne ich wie folgt:
Ua = -R2/R4 * (0V-10V)
Ua = -165kOhm/500kOhm * - 10V = 3,3V
Hakllo,
> Christian schrieb:> ich würde mir gerne eine Waage bauen, dabei sollte folgende Wägezelle> zum Einsatz kommen:> https://www.bosche.eu/waagenkomponenten/waegezellen/plattform-waegezellen/plattform-waegezellen-h40a> Die Wägezelle wird an 10V betrieben, laut Datenblatt habe ich einen> Bereich von 2 mV/V. Bei 10V Brückenspeisespannung bekomme ich also 20mV> Ausgangssignal (als Differenzspannung zwischen +Brückenausgang und> -Brückenausgang) Wenn ich meine Wägezelle mit der Nennlast in meinem> Fall von 100Kg belaste, sehe ich das richtig?
Sollte so sein.
> Nun würde ich gerne das Ausgangssignal verstärken mit einem> Operationsverstärker (Differenzverstärker)
Da ist aus Gründen der Genauigkeit ein Instrumentenverstärker
empfehlenswert.
https://de.wikipedia.org/wiki/Instrumentenverst%C3%A4rker
Bei der Auswahl ist zu beachten, dass Offset und Drift die
Gesamtgenauigkeit des Meßsystem beinflussen.
Offset kannst du auch softwaremäßig leicht korr. Drift grundsätzlich
auch, aber viel einfacher ist es, wenn der Verstärker mit der
Offsetdrift unter deiner Genauigkeitsfoderung bleibt.
> mein Mikrocontroller wird mit> 3,3V betrieben und hat einen 10Bit AD Wandler.
Ja nachdem, mit welcher Referenz der arbeitet, kann der
Eingangsspannungsbereich typ. zwischen 2,5V....3,3V ... 4V liegen.
> Nun meine zweite fragen.> Macht dies Sinn? Wieviel
Was soll Sinn machen? Das mußt du dir doch selber beantworten.
> kann ich mit Oversampling herausholen? ein>
Nur, wenn die Schaltung durch Störspannungen und rauschen etwas dynamik
hat. Ansonsten hängst du bei innerhalb eines LSB fest.
OK, rauschen und Störspannungen gibt es immer, da kann man zumindest
etwas unter ein LSB kommen.
> Wenn ich den OPV als Differenzverstärker betreibe, dann muss ich meine> Widerstände wie folgt auslegen:> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm
Bei dieser Schaltung ist die Genauigkeit von der Toleranz und dem dem
Gleichlauf der Widerstandswerte abhängig. Du bräuchtest
Präsisionswiderstaände. Deshalb der Hinweis auf einen
Instrumentenverstärker, der passend auszuwählen ist.
Beachte dabei aber auch den Aussteuerbereich des Verstärkers am
Ausgang. Der müßte schließlich bis runter auf 0V kommen. Mit einer
bipolaren SV sicher kein Problem, aber mit uniporer SV schon.
Gruß Öletronika
Natürlich hast du Recht mit den 100g, ich habe mich um eine Kommastelle
vertan, sorry.
Wie kommst du denn auf 10V? Die Ausgänge der Messbrücke müssen doch bei
+10mV und -10mV liegen?
Hallo,
> Christian schrieb:> Nun habe ich zu deinem Messergebnis noch eine Frage:> 100 kg = 100.000g> 100.000g/1024 = 97,65g, das heißt, ich habe eine Genauigkeit von ca.> 100g
Nein, du hast erstmal eine max. Auflösung durch den ADC von 1 LSB = ca.
100g.
Die Genauigkeit wird durch sehr viel mehr Einflüsse bestimmt
-> Stabilität der Brückenversorgung (Drift und Störspannungen)
-> Stabilität der Referenz des ADC (Drift und Störspannungen)
-> Offsetspannungsdrift des verstärkers, Biasströme,
-> Linearität der Verstärkerschaltung
-> Gleichtaktunterdrückung das Verstärkers
-> Drift verstärkungsbestimmender BE (Rückkopplungs-R)
-> evtl. auch Dropspannungen nach 0V (bei unipol. SV),
-> Störspannungen (auch in der Schaltung gleichgerichtete).
-> Thermospannungen
-> Drift und Genauigkeit der Wäägezelle
-> Einflüsse durch Konstruktion (z.B. Reibung, Lageverschiebungen der
Last)
Gruß Öletronika
Max schrieb:> Wie kommst du denn auf 10V? Die Ausgänge der Messbrücke müssen doch bei> +10mV und -10mV liegen?
Stimmt, da hast du wieder Recht. Dachte, dass er bei Vollbelastung 10V
Brückenspannung hat, aber er hat ja bei Vollbelastung 20mV, war ein
Gedankenfehler von mir.
Hallo,
>Christian schrieb:>> Wie kommst du denn auf 10V? Die Ausgänge der Messbrücke müssen doch bei>> +10mV und -10mV liegen?
Nein, mit 2mV/V und Nennlast 100kg bekommt man 20mV in eine Richtung.
Man kann die Wägezelle sicher auch anders herum belasten und bekäme dann
-20mV als Meßspannung. Um eine Waage damit zu realisieren, braucht es
aber sicher nur eine Belastungsrichtung.
Gruß Öletronika
Zumindest eine mögliche Fehlerquelle lässt sich beseitigen indem man die
Speisung der Brücke und die Referenz des A/D Wandlers miteinander
koppelt.
Eventuelle Abweichungen kompensieren sich dann.
Dieter W. schrieb:> Eventuelle Abweichungen kompensieren sich dann.
Ja, aber es ändert nichts daran, dass man den Ausgang der Brücke per
Analogverstärker in einen für den ADC sinnvollen Bereich verstärken
sollte.
Manfred schrieb:> Ja, aber es ändert nichts daran, dass man den Ausgang der Brücke per> Analogverstärker in einen für den ADC sinnvollen Bereich verstärken> sollte.
Ja, aber das mache ich doch mit dem OPV:
Ua = -R2/R4 * (0V-20mV)
Ua = -165kOhm/1kOhm * - 2mV*(10V Brückenspannung) = 3,3V
d.h. bei einer Belastung von 100Kg müsste der OPV eine Spannung von 3,3V
an den Microcontroller liefern. Bei 3,3V müsste der AD Wandler den Wert
1023 annehmen.
Christian schrieb:> Bei 3,3V müsste der AD Wandler den Wert 1023 annehmen.
Nicht zwingend sondern es kommt darauf an, welche Skalierung der A/D
Wandler des
Christian schrieb:> mein Mikrocontroller ...
für das Analogsignal bietet.
Das Datenblatt sollte eine genauere Angabe dazu liefern können.
Christian schrieb:> Manfred schrieb:>> Ja, aber es ändert nichts daran, dass man den Ausgang der Brücke per>> Analogverstärker in einen für den ADC sinnvollen Bereich verstärken>> sollte.> Ja, aber das mache ich doch mit dem OPV:> Ua = -R2/R4 * (0V-20mV)> Ua = -165kOhm/1kOhm * - 2mV*(10V Brückenspannung) = 3,3V
Entschuldige, dass Du bereits einen OP eingeplant hast, habe ich
übersehen.
Die 3,3V als Referenz zu nehmen, ist so eine Sache, gefällt mir nicht.
10Bit klingt nach Atmel, da würde ich doch auf dessen interne Referenz
zugreifen.
Wenn der µC eine externe Referenzquelle erlaubt, ist folgender Hinweis
gut: Dieter W. schrieb:> die Speisung der Brücke und die Referenz des A/D Wandlers miteinander koppelt.
Heißt also, sich aus der 10V-Versorgung der Wägezelle per
Spannungsteiler die Referenz zu besorgen.
U. M. hat erklärt, dass Auflösung nicht gleich Genauigkeit ist! Die
Wägezelle ist aus Sicht des µC unendlich langsam, da würde ich zumindest
aus 20 Meßwerten mit 2ms Zeitabstand den Mittelwert bilden.
Gucke ich auf meine Meßaufbauten mit Arduino, würde ein ADS1115 vom
Chinesen für knapp 2 Euro per I2C angekoppelt eine deutlich bessere
Auflösung bieten.
Also: Es gibt viele Möglichkeiten, definiere, welche Genauigkeit Du
haben willst!
Die 10 Bit wuerd ich vergessen, das erlaubt ja nicht mal eine
Skalierung, oder digitale Offsetkorrektur. Da wuerd ich mir einen 24bit
ADC goennen. Dann kann man hin und wieder mit einen Testgewicht
kalibrieren.
