Hallo zusammen, ich möchte eine möglichst genaue Waage bauen mit einem Messbereich von bis zu 300g. Dazu habe ich zwei passende Sensoren gefunden. Die Sensoren unterscheiden sich in ihren technischen Daten und der Bauart. Nach meinen Recherchen scheint die Nennleistung die relevante Größe für die Genauigkeit zu sein. Die Nennleistung ist die Spannung, welche am Ausgang der Messbrücke anliegt, wenn die Messbrücke mit Maximalgewicht (300g) belastet wird. Je größer diese Spannung, desto genauer kann ein Analog/Digitalwandler auswerten. Oder liege ich hier falsch und ein anderer Wert ist relevant? Als Analog/Digitalwandler wird folgender eingestzt (Spannung 5V): HX711: Chip low noise programmable amplifier, selectable gain of 64 and 128 On-chip voltage regulator circuit provides power directly to the external sensor and on-chip A / D converter On-chip clock oscillator requires no external components, if necessary, use an external crystal or clock Automatic power-on reset circuit Simple digital control and serial communication: All are controlled by input pins, the chip registers without programming Output data rate: 10Hz or 80Hz optional Simultaneous rejection of 50Hz and 60Hz power interference Power consumption (including power supply circuit): Typical operating current: < 1.7mA, shutdown current: < 1μA Operating voltage range: 2.6 ~ 5.5V Operating temperature range: -20 ~ + 85 ℃ Chip FootPrint:SOP-16 16-pin Sensor 1: (Siehe Bild 1) Produktname: Waegezelle Nennlast: 0-300g Nennleistung: 1.0946mV / V Linearitaet: Weniger als oder gleich 0,005% F.S; Nullsaldo: +/- 2% F.S Temp-Effekt auf Null:Weniger als oder gleich 0,005% F.S; Ausgangsimpedanz : 350 +/- 3Ω; Isolierung: groesser als 5000MOmega / 50V DC; Kompensierten Temperaturbereich : -10 Celsius ~ 40 Celsius; Betriebstemperaturbereich : -20 Celsius ~ 60 Celsius; ueberlastschutz: 150% F.S Ultimative ueberlastung: 200% F.S Eingang Ende: Rot +, Schwarz- Output Ende: Gruen +, Weiss- Pruefgeraet: E2000 Ausruestung Kraft-: Tatsaechliche Last; Speisespannung : 5-10V DC Gesamtgroesse: 4.7 x 1.2 x 0.6 cm / 1.9 "x 0.5" x 0.2" (L x B x T) Gewindebohrung -Durchmesser: 2.3 mm / 0.09 " Kabellaenge: 12 cm / 4.7 " Diese Waegesensors Waegezelle ist weit verbreitet in elektronischen Zaehlwaagen, Plattformwaagen usw. Die Reichweite betraegt 0-300g. Paket-Inhalt: 1 x Waegezelle Hinweis: Wegen der Lichtstrahlung und Bildschirme koennte der Farbeton in den Fotos sowie des tatsaechlichen Produkts etwas unterschiedlich sein. Der erlaubte Messfehler ist +/-1-3 cm. Sensor 2: (Siehe Bild 2) Produktname Wägezelle Modell YAC-191 Nennlast 300g / 0.66 lbs Nennleistung 4±0.1mV/V Insgesamt Präzision 0.02%F.S Widerstand Input/Output 1000 Ohm Verarbeitungstemperatur -20°C~ 65°C Kompensierter Temperaturbereich -10°C~ 55°C Sicherheit-Überladung 150% Erregerspannung empfehlen 3V DC Max Erregerspannung 6V DC Gesamtgröße 45 x 10.5 x 6mm /1.7" x 0.4" x 0.24"(L*W*T) Thead Loch Diameter 5mm / 0.2" 3mm / 0.12" Kable Länge 95mm/ 3.7'' Material Aluminium Alloy Farbe Silver Tone Gewicht 7g Lieferumfang 1 x Wägewelle
Michael B. schrieb: > Oder liege ich hier falsch Ja. Der von die angeführte Wert zeigt nur, wie viel die Ausgangsspannung verstärkt werden muss, um den ADC sinnvoll bedienen zu können. Das Signal der Zelle 1 muss 4-mal mehr verstärkt werden um den selben Pegel wie das Signal der Zelle 2 zu haben. Allerdings wirst du dann auch das Rauschen 4 mal mehr verstärken. Deshalb ist die 2. Zelle einfacher handzuhaben. > und ein anderer Wert ist relevant? Für (Wiederhol-)Genauigkeit und Drift zuständig sind die Wert mit den Prozentangaben. > Der erlaubte Messfehler ist +/-1-3 cm. Das würde mir zu Denken geben... ;-) Wenn du diesem Wert schon nicht glauben kannst, wie gut sind dann die anderen Zahlen in der Beschreibung?
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Michael B. schrieb: > eine möglichst genaue Waage Lass bitte das mit "möglichst genau" erstmal in der Ecke stehen. Bau die Waage erstmal und stell dann fest, was sie tut. Für die Genauigkeit von Wägezellen ist nicht nur die Zelle maßgebend sondern auch ganz wesentlich die Einleitung der Kraft auf die Zelle, zum Beispiel auch, wie die Zelle festgeschraubt ist. Beide Zellen sind wunderbar geeignet erstmal die Arbeitsweise von DMS (Dehnungsmessstreifen) kennen zu lernen. An der Sorgfalt wie die Daten der Zelle 1 angegeben werden, kann man schon ersehen, dass es die bessere Zelle ist, aber nur dann wenn sie in der entsprechenden Meachanik und der entsprechenden Elektronik untergebracht ist. Ohne Kenntnisse der Probleme wie sie bei Waagen auftreten können, ist die billige Nr2 mit HX711 zusammen sicher die passendere Lösung.
Die erste Zelle ist mit 0,005% Linearität angegeben. Das entspricht bei 300g max. 15mg Abweichung --> 300,015. Du bekommst also 5-stellige Genauigkeit. Die zweite Zelle ist um den Faktor 4 schlechter. Paßt auch zu den käuflichen Taschenwaagen, die haben bei 100g max. 10mg Fehler. Übliche Laborwaagen haben 6-stellige Genauigkeit, ist also nicht so schlecht. Gruß - Werner
1 oder 4 mV/V - woher kommen die großen Unterschiede? Die Mechanik? DMS Eigenschaften? 1 oder 4 DMS verklebt? ?
µPTB schrieb: > 1 oder 4 mV/V - woher kommen die großen Unterschiede? > > Die Mechanik? Ja, von der Mechanik. Die DMS messen ja nicht direkt das Gewicht sondern die Durchbiegung des Balkens (bzw. die damit verbundene Dehung der Balkenoberseite). Beim ersten Balken wurde viel mehr Material rausgenommen, entsprechend verbiegt er sich stärker bei gleichem Gewicht.
Oder einfacher gesagt, unterschiedliche Federkonstante des Biegelementes an dem der Meßstreifen hängt. Wenn man mehr als ein Meßelement aufbringt und die Dehnung daher klein hält, dann erreicht man höhere Genauigkeiten. Bei großen Dehnungen gerät man immer weiter in den nichtliniearen Bereich der Dehnungsmeßstreifen und auch des Federstahls.
Achim S. schrieb: > Ja, von der Mechanik. Die DMS messen ja nicht direkt das Gewicht sondern > die Durchbiegung des Balkens (bzw. die damit verbundene Dehung der > Balkenoberseite). Beim ersten Balken wurde viel mehr Material > rausgenommen, entsprechend verbiegt er sich stärker bei gleichem > Gewicht. Es muss nicht von der Mechanik sein, kann genauso von der Anzahl und den Eigenschaften der DMS kommen. Beim 2. Sensor sind z.B. 1000 Ohm DMS verbaut. Wenn es so genau wie möglch sein soll, braucht man 6-Leiter-Technik und Betrieb mit Wechselstrom.
Biegebalkenwagen sind übrigens im hohen Maße auch von der korrekten Lasteinleitung abhängig. Liegt die masse nicht zentrisch auf dem Sollpunkt, dann hat man eine andere Biegung, weil anderer Hebelarm. Von der Mechanik her sind Hängewaagen mit S-förmigen Aufnehmern so ziemlich das beste.
Karl schrieb: > Biegebalkenwagen sind übrigens im hohen Maße auch von der korrekten > Lasteinleitung abhängig. Liegt die masse nicht zentrisch auf dem > Sollpunkt, dann hat man eine andere Biegung, weil anderer Hebelarm. Das ist das wichtigste bei der ganzen Waagenbauerei. Durch jeweils 2 Bohrungen in beiden Schenkeln ist außerdem überhaupt nicht klar, wo der Punkt für die Krafteinleitung liegt.
Hallo zusammen, erst einmal Danke für die vielen Antworten. Ich bin sehr froh das es hier so viele Fachleute gibt :) Ich fasse zusammen: 1. Gernerell ist es wichtig bei dieser Art von Zellen die Kraft richtig einzuleiten. 2. Bei der ersten Zelle muss das Signal 4 Fach mehr verstärkt werden, da die Nennleistung geringer ist. Das führt zu mehr Signalrauschen. 3. Bei der ersten Zelle die Linearität 4 Fach genauer, was zu einem genaueren Wiegeergebnis führt. Noch einmal Danke für die wertvollen Hinweise. Interessant das der Faktor 4 so oft auftritt. Ich hätte folgende Fragen dazu: -Zu 1.: Mein Gedanke wäre die Kraft direkt über bzw. unter den Schraubpunkten über plan aufliegende Flächen Ein- und Auszuleiten. Gibt es dazu genauere Vorgaben? -Zu 2.: Wie kann das Signalrauschen entfernt werden? Ich würde spontan an einen einen Low-Pass-Filter denken mit einem gleitenden Mittelwert über die letzten 10 Messwerte!? -Mir ist außerdem aufgefallen das der HX711 möglicherweise für die erste Zelle ungeeigent ist. Bei dem höchsten Gain von 128 geht der Messbereich bis 20mV. Mit dem ersten Sensor wird eine Differenzspannung bei Nennlast bei 5V von 5mV erzeugt--> Hier wird nur 1/4 des Messbereiches genutzt. Gibt es eine ähnlich preisgünstige Alternative? Gruß Michael
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Karl schrieb: > Es muss nicht von der Mechanik sein, kann genauso von der Anzahl und den > Eigenschaften der DMS kommen. Beim 2. Sensor sind z.B. 1000 Ohm DMS > verbaut. Ob 1000Ohm oder 350Ohm: der absolute Widerstand der DMS spielt für die Brückenempfindlichkeit keine Rolle. Er kürzt sich aus der Berechnungsformel für den Widerstand einfach heraus. (Der Widerstand ist zwar nicht egal, aber auf die Brückenemfindlichkeit hat er in erster Ordnung keinen Einfluss.) Und metallische DMS haben auch alle ungefähr die gleiche Dehnungsempfindlichkeit (k ist jeweils ~2, weil die identische Formänderung bei allen Metallen ungefähr zur gleichen Widerstandsänderung führt). Du hast recht: theoretisch könnten unterschiedlich viele DMS verschaltet sein. Aber alle Billig-Wägezellen, die ich bisher in der Hand hatte, waren diesbezüglich gleich aufgebaut. Und da bei beiden Produkten von einem kompensierten Temperaturbereich die Rede ist, gehe ich auch hier von der identischen Verschaltung in der Brücke aus. Den mechanischen Unterschied sieht man den beiden Prokutfotos allerdings auf den ersten Blick an - was es sehr wahrscheinlich macht, dass er für den Unterschied relevant ist.
Achim S. schrieb: > Er kürzt sich aus der > Berechnungsformel für den Widerstand einfach heraus Ups, sorry - das sollte eigentlich heißen: der absolute DMS-Widerstand kürzt sich aus der Berechnungsformel für die Brückenempfindlichkeit einfach heraus.
Sensor 1 ist der Sensor mit der größeren "Bohrung", allerdings mit der geringeren Differenzspannung. Hätte ich genau anders herum erwartet.
Michael B. schrieb: > 2. Bei der ersten Zelle muss das Signal 4 Fach mehr verstärkt werden, da > die Nennleistung geringer ist. Das führt zu mehr Signalrauschen. Der Begriff "Nennleistung" ist eine unschöne, automatische Übersetzung des englischen Begriffs "rated output". Ich finde ihn im Deutschen eher irreführend. Wenn du stattdessen von der Empfindlichkeit der Wägezelle sprechen würdest, fände ich das passender. Aber von der Begrifflichkeit abgesehen passen deine Überlegungen. Michael B. schrieb: > Wie kann das Signalrauschen entfernt werden? Ich würde spontan an einen > einen Low-Pass-Filter denken mit einem gleitenden Mittelwert über die > letzten 10 Messwerte!? Vom Ansatz her richtig. Den größten Teil der Mittelung übernimmt schon der HX711 als Delta-Sigma ADC für dich. Wenn du seine Datenrate auf 10 Samples pro Sekunde runtersetzt mittelt er schon über längere Zeitbereiche. Außerdem ist sein Mittelungsintervall dann ein ganzzahliges Vielfaches der Netzperiode, was dir eine gute Unterdrückung von Netzstörungen gibt. Nur mit solchen Ansätzen kommt man überhaupt in einen sinnvollen Betrieb von so hochauflösenden ADCs für so kleine Signale. Wenn du besser als das werden wolltest (was eher eine Sache für Profis ist) bliebe der von Karl vorgeschlagene AC-Betrieb der Brücke mit einer phasenrichtigen Gleichrichtung des Ausgangs. Michael B. schrieb: > Mit dem ersten Sensor wird eine Differenzspannung bei Nennlast > bei 5V von 5mV erzeugt--> Hier wird nur 1/4 des Messbereiches genutzt. ein Viertel des Messbereichs ist zwar nicht optimal. Aber 22 von 24 Bit sind immer noch mehr, als du mit normalen "Haushaltsmitteln" ausreizen kannst.
Peter R. schrieb: > Beide Zellen sind wunderbar geeignet erstmal die Arbeitsweise von DMS > (Dehnungsmessstreifen) kennen zu lernen. Hallo, ich meine mich zu erinnern, dass "früher" Messungen mit Dehnungsmessstreifen per Wechselstrombrücke mit nachfolgendem Lock-In-Verstärker gemacht wurden. Und bei der angegeben Toleranz- bzw. Genauigkeitsvorstellung wäre das auch hier anzuraten. Sonst quälst du dich bei den kleinen Messspannungen allein schon mit dem 50Hz-Brumm ausreichend herum, gar nicht zu Reden von Rauschen oder der nötigen Genauigkeit in der Verstärkung deines OP's, die du erreichen mußt! Und wie ja schon gesagt, der mechanische Aufbau der Messeinrichtung ist auch nicht ohne! Ich schätze mal, dass da genau soviel Zeit reingeht, wie in den Bau der Elektronik. Ich wünsche dir jedoch viel Erfolg... Gruß Rainer
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