Hallo, ich habe folgendes Problem zu lösen: Ich möchte eine DMS-Wägezelle simulieren. Der Nutzer soll also softwareseitig ein Gewicht vorgeben, welches dann als äquivalente Spannung an den Signalleitungen SIG+- ausgegeben wird. Hierbei sollen +-1mV/V bis +-4mV/V Zellen abgebildet werden. Die Speisespannung beträgt 10V, die Ausgangsspannung muss somit maximal 40mV (differentiell) sein (also +20mV auf SIG+ und -20mV auf SIG-). Ich habe drei Analogspannungen (0 - 10V, 1mV-Schritte) zur Verfügung, um das Signal zu generieren. Die Impedanz der Zelle ist hier egal. Meine aktuelle Idee sieht folgendermaßen aus (siehe auch Anhang): Beide Signalleitungen sind im unbelasteten Fall auf einer Spannung (VGT genannt) die irgendwo in der Mitte der Speisespannung liegt (z.B. 5V). Die zwei verbleibenden Ausgänge werden von 0 - 10V auf jeweils 0 - 20mV mit Spannungsteilern skaliert. Über einen OpAmp-Addierer mit Inverter wird die eine 0 - 20mV Spannung für SIG+ auf VGT addiert. Ein OpAmp-Subtrahierer subtrahiert das zweite 0 - 20mV Signal von VGT für SIG-. Hiermit hätte ich dann eine steuerbaren 0 - 40mV Spannungsdifferenz für die Signalleitungen generiert. Die LTSpice Simulation hierzu zeigt auch das gewünschte Verhalten, nur bin ich aufgrund der recht geringen Spannungen und meiner mangelnden Erfahrung äußerst skeptisch ob die Schaltung so auch real funktioniert. Ich habe vor allem Bedenken was die Rauschfreiheit angeht, also die OpAmp Versorgung und EMV. Denkt ihr das könnte bezüglich Genauigkeit und Rauschverhalten funktionieren, oder ist das so nicht machbar? Ich bin über jedes Feedback dankbar
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> Der Nutzer soll also > softwareseitig ein Gewicht vorgeben, welches dann als äquivalente > Spannung an den Signalleitungen SIG+- ausgegeben wird. Falls es kein akademische Problem (Schulaufgabe) sein sollte: wozu willst du ein "Gewicht vorgeben" ? Und ausgerechnet mit 0-20mV. Leg den Bereich mal größer aus. Bei digitaler 'Simulation' eh wurscht . Die Schaltung ist schon ziemlich aufwendig. ! Oder willst damit Wiegezellen testen? Aber da gibts sicher auch unterschiedliche. Oder was passiert mit dieser äquivalenten Spannung weiter ? Die mußt ja wo 'verarbeiten. Das 'Vorgeben eines Gewichts' besorgt üblicherweise die TARA-Taste. Oder auch das Gewicht der Waagschale. Also vor der Schaltung einfach die Bedingungen weiter präzisieren.
Es gibt an Waagen oft auch eine "Stückzahlfunktion" , da mußt ein Gewicht vorgeben. Aber da legst eben 10 Stück drauf, dann drückst auf die Taste.. und die Präzision ist eben von der --Wiegezelle-- abhängig. Man kann eine 'Waage' also nicht isoliert irgendwie 'simulieren'. Mit Spannungen . Freilich ist das keine Antwort auf deine Frage, aber vielleicht hilfts .. das Projekt zu perfektionieren .
Dieter D. schrieb: > Meine aktuelle Idee sieht folgendermaßen aus (siehe > auch Anhang): > > Beide Signalleitungen sind im unbelasteten Fall auf > einer Spannung (VGT genannt) die irgendwo in der Mitte > der Speisespannung liegt (z.B. 5V). Wenn Du ohnehin einen Offset von 5V hast, brauchst Du keine symmetrische Versorgung. GND und +10V genügt dann. > Die zwei verbleibenden Ausgänge werden von 0 - 10V auf > jeweils 0 - 20mV mit Spannungsteilern skaliert. Über > einen OpAmp-Addierer mit Inverter wird die eine 0 - 20mV > Spannung für SIG+ auf VGT addiert. Sehr ungünstig. Bessere Stufenfolge: 1. Spannungsteiler 1:5 (Ua 0V..2.0V) 2. Spannungsfolger 3. invertierender Verstärker (V=1; U+ = 5V) 4. Spannungsfolger An BEIDE Spannungsfolger kommt jeweil ein Spannungsteiler 1:100, z.B. 10kOhm/100 Ohm. Diese bilden die beiden Ausgänge. HTH
Egon D. schrieb: >> Beide Signalleitungen sind im unbelasteten Fall auf >> einer Spannung (VGT genannt) die irgendwo in der Mitte >> der Speisespannung liegt (z.B. 5V). > > Wenn Du ohnehin einen Offset von 5V hast, brauchst Du > keine symmetrische Versorgung. GND und +10V genügt dann. Irrtum vom Amt: U_e und U_a liegen ja gegen GND an, also ist symmetrische Versorgung notwendig.
Dieter D. schrieb: > oder ist das so nicht machbar? Hängt davon ab. ein Normaler Op-Amp hat bis zu 10 mV Offsetspannung (also 25% Deines Bereiches). Über Temperatur driftet der bis zu 5uV/K. Deine gewünschte Auflösung 40mV/10000 = 4uV. Dieter D. schrieb: > Die Impedanz der Zelle ist hier egal. Ein mögliches Problem ist die nachfolgende Auswerteschaltung. Üblicherweise ein Sigma-Delta Wandler ohne Spannungspufferung der auf niedrige Quellimpedanzen optimiert ist. Der kann durchaus starke kurze Stromspitzen am Eingang verursachen der dir deinen Op-Amp an out1 + out2 beeinflußt. Ich hatte schon mal 30uV Offsetdrift durch einen sigma-Delta wandler. Ein weiteres Augenmerk sollte auf die Widerstände gelegt werden. Übliche 1% Widerstände driften auch bis zu 100 ppm/K. Was Deiner 1:10000 Auflösung (pro Grad C) entspricht. Ich würde einfach nur die Steuerspannung an den 5V invertieren und dann mit 2 Widerständen die Steuerspannung und die invertierte Steuerspannung an eine Widerstandsbrücke (aus driftarmen Widerständen <= 15ppm/K) einspeisen. Gruß Anja
Ich nehme mal an, dass damit ein mit Gleichspannung arbeitender DMS-Messverstärker überprüft werden kann. Bei DMS Vollbrücken geht die Speisespannung des Geräts proportional in die Ausgangsspannung der Brücke ein. Das ist besonders zu beachten, wenn die Speisespannung nicht auf z.B. 5,0000 V abgeglichen ist, sondern meinetwegen 4,9 V beträgt. Weiterhin kann der Brückenwiderstand besonders bei Schaltungen ohne Fühlerleitungen die Speisespannung belasten, sie geht um z.B. 1% zurück. Das wäre zu ebenfalls berücksichtigen. --> Aus der mit z.B. 350 Ohm belasteten Sensorspeisespannung muss die Ausgangsspannung abgeleitet werden. Nehmen wir an, dass du vernünftige DMS-Messverstärker verwendest, deren Eingangsverstärker eine gute Gleichtaktunterdrückung aufweist. --> Es genügt, z.B. den (-)Eingang auf das Potential der halben Sensorspeisung zu legen. Der (+) Eingang wird dann mit Bezug auf den (-) eingang angeregt. Was den Aufwand halbiert. Eine Wägezelle liefert typisch 10 mV. Um 2000 Digits präzise zu sein (was nicht besonders anspruchsvoll ist), musst du Spannungen unterhalb von 6 µV stabil halten können, sowohl thermische aus auch zeitliche Driften sind zu berücksichtigen. Es ist daher keine besonders reizvolle Idee, generierte Spannungen zuerst herunterzuteilen und dann analog zu verarbeiten. Der umgekehrte Weg wäre deutlich einfacher zu realisieren. Wenn ich die obige Schaltung richtig interpretiere, möchtest du mit PWM aus dem Prozessor stabile Spannungen erzeugen. Kann man zwar theoretisch machen, aber deutlich besser geht das mit multiplizierenden DA-Wandlern. Insgesamt scheint mir dein Lösungsansatz nur im Prinzip machbar, aber in der praktischen Umsetzung wenig geeignet, selbst preiswerte DMS-Verstärker auch nur annähernd zu beurteilen. Du hast eine längeren Weg vor dir, das zu realisieren. Es gibt käufliche Lösungen, z.B. burster 7281. Falls ich die Aufgabenstellung falsch interpretiert habe, vergiss das Geschriebene - mindestens teilweise.
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Soll das für eine bekannte Auswerteschaltung funktionieren oder eine mehr generelle Simulation einer Brücke sein? In der simplen Form siehe Bild vielleicht nur mit 6 Widerständen? Nullabgleich etc dann über Software... Zwischen S+- noch ein paar nF? ;)
Wenn es eine generelle genaue Lösung sein soll, schau mal https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/Veranstaltungen/2017/10_Beug.pdf hoffe der Link geht auch von extern...
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Rudi Ratlos schrieb: > wozu willst du ein "Gewicht vorgeben" ? Und ausgerechnet mit 0-20mV. Das Problem ist tatsächlich eher akademisch. Es geht um automatisierte Tests von Wägeanlagen, also einer Wägeelektronik eine Wägezelle "vorzutäuschen" um so ohne tatsächliche Füllanlage Gewichtswerte, Materialflüsse, Füll- und Entleervorgänge etc zu simulieren. Die Anlage bekommt hier nunmal im Normalfall die Spannung einer DMS-Wägezelle zurück, da kann ich nichts ändern. Rudi Ratlos schrieb: > Oder was passiert mit dieser äquivalenten Spannung weiter ? Die mußt ja > wo 'verarbeiten. Genau, dahinter sitzt ein fertiges Wägemodul mit ADC und allem weiteren. Anja schrieb: > Ein mögliches Problem ist die nachfolgende Auswerteschaltung. > Üblicherweise ein Sigma-Delta Wandler ohne Spannungspufferung der auf > niedrige Quellimpedanzen optimiert ist. Der kann durchaus starke kurze > Stromspitzen am Eingang verursachen der dir deinen Op-Amp an out1 + out2 > beeinflußt. Als ADC wird ein AD7193 verwendet. An den gehen die SIG-Leitungen direkt. Der ADC hat einen Buffered und einen Unbuffered Mode, ich kann aktuell nicht sagen welcher verwendet wird aber ich würde auf ersteren tippen, womit auch hohe Impedanzen kein Problem wären. DMS Freak schrieb: > Wenn ich die obige Schaltung richtig interpretiere, möchtest du mit PWM > aus dem Prozessor stabile Spannungen erzeugen. Kann man zwar theoretisch > machen, aber deutlich besser geht das mit multiplizierenden DA-Wandlern. Da kann ich leider nichts dran ändern, der Prozessor der die Analogspannungen generiert ist vorgegeben.
DMS Freak schrieb: > Es gibt käufliche Lösungen, z.B. > burster 7281. Ist ein Hochschulprojekt, da kann ich leider nicht drauf zurückgreifen :D
Dieter D. schrieb: > womit auch hohe Impedanzen kein Problem wären. Der Satz ergibt natürlich keinen Sinn.
Wenn man DMS vernuenftig arbeiten will, muss man mit Wechselspannung arbeiten und einen Lock-in aufbauen. Sonst wird das eh nichts. Da kommen maximal Milivolt raus und mach moechte noch mindestens 10 bit haben, dann ist man in den mikrovolt. Dort funktionieren nur noch Lock-in Verstaerker.
Purzel H. schrieb: > Wenn man DMS vernuenftig arbeiten will, muss man mit Wechselspannung > arbeiten und einen Lock-in aufbauen. Sonst wird das eh nichts. Da kommen > maximal Milivolt raus und mach moechte noch mindestens 10 bit haben, > dann ist man in den mikrovolt. Dort funktionieren nur noch Lock-in > Verstaerker. Verstehe ich nicht. Ich möchte das Signal erzeugen und keine Brücke messen.
Na wenn die Messschaltung so simpel ist (ich hoffe die Brückenspeisespannung ist wenigstens ein Ration der Vref des ADC), kannst Du in meinem Schaltungsvorschlag oben auch V1 und R6 weglassen. R5 auf ~18k. V2 auf 5V (resp. halbe Speisespannung) Waage TARA V2 auf 5V +x1 , Wert w1+ von der Waage ablesen V2 auf 5V -x1, Wert W1- ablesen GAIN ausrechnen und dann fröhlich Belastungen simulieren. R1-R4 mit 330 Ohm sind etwas zu niedrig, R3 und R4 zu 470 Ohm , passt da sschon. Man könnte die Brücke auch abgleichbar machen , so dass bei V2 = 5 V die Brückenspannung um Null liegt... da aber auch der Eingebaute Sensor in der Regel nicht perfekt Null ist.. egal, dafür gibt es die TARA-Funktion.
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Dieter D. schrieb: > Das Problem ist tatsächlich eher akademisch. Es geht um automatisierte > Tests von Wägeanlagen, also einer Wägeelektronik eine Wägezelle > "vorzutäuschen" also doch. Mir ist auch kein anderer Anwendungszweck eingefallen. Was ich mich frage, ist, ob es da nicht eine einfachere Lösung gäbe. Weil Testen kannst doch nur die Elektronik, also wie testest die Wiegezelle(n) ? Ob es da nicht eine Kombinations-Quer-Test-Möglichkeit gibt? Die möglicherweise deutlich einfacher wäre. Verfeinerte MeßMethodik. Du also zwei Fliegen mit einer einzigen Klappe (ohne viel Tastengedrücke) schlägst. Für ein Hochschulprojekt sollte sich diese 'erweiterte Denkanstrengung' schon lohnen. Insb. wenn du daraus eine Dissertation machst . - Dipl.Ing.Dr. Dieter H. - "Neuartige MessMethodik zur industriellen Überprüfung von DMS-Wägezellen incl. DMS-Elektronik"
Entscheidend für die Entwicklung ist, wie universell, genau und reproduzierbar es sein muss. Will man nur schauen, ob der Messverstärker prinzipiell funktioniert? Wie konstant soll denn der Nullpunkt bleiben? Ich habe für unsere Firma schon so einen Simulator entwickelt, der für hochgenaue Kalibrierungen eingesetzt werden kann. Wenn man deutlich unter 1µV Auflösung / Genauigkeit kommen will, wird es echt spooky, weil schon Thermospannungen etliche µV/°C betragen. Mit sauteuren Präzisionswiderständen einen diskreten DAC zu bauen, scheiterte an den Analogschaltern. Im 2. Anlauf habe ich die IC-DAC Variante mit einem Präzisionsnetzwerk für die Brückenwiderstände realisiert. Trotzdem musste der Brückenteil auf der Platine ganz speziell ausgeführt werden und die ganze Schaltung musste konstant temperiert werden. Außerdem kam eine geniale DAC-Schaltung eines AD-Eval-Boards zum Einsatz.
Es ist nicht verboten, einige Monate Entwicklung in das Projekt zu stecken. Aber macht das Sinn, wenn man ein fertiges burster 7281 für ca. 1200 € kaufen kann und die Technik alles andere als trivial ist? Wobei es noch andere Hersteller gibt, da habe ich die Preise nicht.
Der TO braucht keinen Kalibrator .. siehe Titel Er möchte (mehr oder weniger dynamisch) eine DMS Wägezelle simulieren, per Software gesteurten AO 0-10V mit 1mV Auflösung. Die Auswerteschaltung ist bekannt (dem TO, uns nicht ;) ). Selbst zur Linearität dieses Ausgangs wissen wir nix, macht nix, es sind Studenten, die sollen ja praktisch was lernen. Anja und andere haben auf Fallstricke aufmerksam gemacht, ein stark vereinfachter Schaltungsvorschlag ist ebenfalls da.. braucht nicht mal Platine (OK, wenn nur SMDs da sind, wäre das hilfreich) Learning by DOING!
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Man könnte auf die Idee kommen und bei einem Hersteller erfragen, wie das funktioniert. Vielleicht wird man ein Stückchen schlauer.
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