浴室磅秤的3线称重传感器和惠斯通电桥

10

我参与了一个4H项目，希望对蜂箱进行一些体重测量，并试图找出一些3线负载传感器来做到这一点。

我有一个浴室秤上的四个3线制传感器（负载传感器/应变计）（每个传感器都在一个角落）。每个传感器都有一条红色，黑色和白色导线。红线与黑线或白线之间的电阻为1k欧姆。白线和黑线之间的电阻为2k欧姆（我的称重传感器上的引线之间的电阻分别为R-> B = 1K，R-> W = 1K，B-> W = 2k）。

因此，我被告知每个3线负载传感器代表惠斯通电桥的1/2（每个传感器包含两个1k电阻腿）。

我可以单用惠斯通应用，但我对由两个惠斯通电桥制成的秤如何工作感到困惑。我的问题是，如果是这样，为什么一个秤需要两个惠斯通电桥（请记住，所有四个3线制传感器都来自一个浴室秤）？

load-cell wheatstone-bridge

— 用户名
source

三线式浴室磅秤负载传感器具有两个电阻元件，其中一个是力敏感的，另一个是不敏感的。对于您而言，中心抽头是红线，但不清楚力敏感的是R-> B还是R-> W。

— 戴夫X

1

该人告诉您一些误导。每个传感器可能只是一个桥的一半，但您可能希望将每个传感器视为一个桥的四分之一或八分之二，并且您希望分配传感器的可变电阻部分以创建一个平衡，灵敏的桥衡量您想要的。

— 戴夫X

1

请记住，这些浴室磅秤传感器具有不确定的时间和温度漂移，因此不适用于就地应用。它们旨在在每次读数之前将其重新调零，因此在做出昂贵的选择之前，需要进行一些工作以表征设备。

— KalleMP '16

13

应变仪元件具有正应力敏感部分和负应力敏感部分。如果通过将它们翻转来仔细地将它们连接起来，以使应力敏感部分建设性地使桥不平衡，则可以使用所有四个传感器而无需任何额外的电阻器。jonk到http://www.nerdkits.com/forum/thread/900/上的博客文章的链接很好地暗示了Mongo的图表（复制在下面），并且jonk-user37977对jonk答案的评论也有帮助。

基本上，惠斯通电桥的两个斜对边由串联的两个量规的正应变元件形成，而电桥的另两个侧面由两个负应变元件形成。

通过对所有正应变传感器进行压缩，可减小主动电阻，并以一种方式使电桥不平衡，而在拉力下，正应变电阻增加，以另一种方式将电桥不平衡。

将所有四个传感器以最大电阻连接到一个大的环中，以匹配颜色，并且最初忽略中心抽头导线。选择两个相对的中心抽头作为E +和E-，其余两个中心抽头作为S +，S-。从上图将激励电压放在E + / E-上，并读取S + / S-两端的力敏电压差。

参见https://electronics.stackexchange.com/a/75717/30711以获得良好的原理图，并使用Arduino Leonardo + 3线称重传感器+ INA125P –模拟信号反弹/噪声了解将彩色电线组合成惠斯通电桥的接线图。

编辑：实际上，我不确定OP的三个线式称重传感器是否只有一个活动应变仪，如Mongo的图中所示。如果它们像来自SparkFun的https://www.sparkfun.com/products/10245 或Ebay的http://www.ebay.com/itm/4pcs-Body-Load-Scale-Weighing-Sensor-Resistance的50kg称重传感器-Strain-Half-bridge-Sensors-50kg- / 251873576571，它们在顶面上均具有压缩和拉力计。Ebay网站上的图表如下：

...表示红白色上为正应变仪，红黑色上为负应变。（请注意，此图中的着色顺序与这张图中的着色顺序不匹配。我有一个类似的量规，具有蓝红黑黑色，正应变仪是右对，负应变仪在左。）传感器中面对面耦合的“ E”之间的中心杆上的表面应像平行杆一样工作，并且其部分受压和受拉，而不是单纯受拉。在横截面中，中央的量杆类似于Z形弹簧中的横杆。在这种情况下，应变彼此相对，如果制作得好，负应变部分中电阻的减小将抵消正应变部分中电阻的增加，并且总的白黑电阻应保持恒定。仍然需要设置一个电桥，以便分压器在增加负载的情况下沿相反的方向移动，并且以白色到白色和黑色到黑色回路连接的4个设备应如上所述工作。

这是一个根据上述规格将1-4的量规分别表示为G1 G2，G3，G4的示意图，对G1和G3红色施加激励，并从G2和G4红色读取信号。G4量规的负载有些正，增加了G4 +电阻，有些负应变降低了G4-电阻。理想情况下，将25kg的G4负载将产生其2.5V激励电压的0.5mV / V，在Sig + / Sig-两端产生1.250mV，并将R8拉伸至1001欧姆，并将R7压缩至999欧姆。通过将V1增大到20V（= 2 * 10V）规格，可以将灵敏度提高4倍（原理图/仿真器很酷。）

原理图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

在只有两个器件的情况下，一个应钩住白黑与黑白，从这两个结之间施加激励电压，并读取红色之间的差异，因为增加的负载将一侧拉高而另一侧拉低。

— 戴夫X
source

3

如果所有半桥传感器在施加负载时改变其电阻完全相同，那么您是否可以看到它们可以并联安装-有效的端到端电阻将从2 kohm降低到1 kohm，但这是对电桥测量电路没有影响。即使两个并联器件之间的电阻存在差异，我也敢打赌引入的误差微不足道。

也许他们使用了两个惠斯通电桥和两个差分放大器，并在内部对信号求和以获得平均值，但我对此表示怀疑，因为成本对他们而言是个问题。

他们为什么不能使用两个半桥和两个虚拟称重传感器？使用四个半桥可能更便宜，更准确。

— 安迪（aka）
source

2

这是答案还是猜测？浴室磅秤上的总重量是每个支架上重量的总和（不一定相等），使用四个支架可在上下秤时最大程度地提高稳定性。因此，使用了四个称重传感器，并对它们的输出进行了适当的求和。

— Dave Tweed 2014年

@DaveTweed不，这不是猜测。我以前曾并行使用过仪表，它们工作正常。

— 安迪（aka Andy）2014年

2

那么，如何改写它以消除所有“我敢打赌”，“也许”，“我怀疑”，“可能”等字眼呢？

— Dave Tweed14年

@DaveTweed很久以前（大概在1990年左右），我不记得错误信息是如何产生的以及它是否需要非线性补偿。我不认为有，但是，鉴于我对此领域的怀疑，并且因为我没有坐在模拟器前进行检查（这是一种懒惰的方式），所以我将保持现状，直到我更加确定为止。

— 安迪（aka Andy）2014年

1

我认为Omega可能会讨论可能的解释和示意图。

四个应变计用于获得最大的灵敏度和温度补偿。其中的两个压力表通常处于拉伸状态，而两个压力表通常处于压缩状态，并且按补偿调整方式进行接线，如图7-2所示（编辑：请参见下文。）施加重量后，应变会按比例改变电阻的电阻负载。

欧米茄应变仪图

以上描述来自欧米茄

我还在2010年找到了一个博客，该博客也可能会有所帮助。
关于破解三线制刻度尺的博客

— nk
source

1

博客底部的电路看起来是有可能的。他建议将四个3线制称重传感器实际连接到一个大惠斯通电桥中，白色连接在一起，黑色连接在一起，红色用作E +，E-，S +，S-。从来没有想过。我会看到的（希望在周末）。谢谢（你的）信息。

— user37997 2014年

是的，那个也引起了我的注意！

— 2014年

1

我想知道哪个红色导线用于S +和S-（脚趾或脚跟）和哪个红色导线用于E +和E-是否重要？

— user37997 2014年

1

没关系它是对称的，无需担心PN结。但是，您可能需要一个电路来充分利用它。不只是ADC输入和代码。

— 2014年

如果所有压力表都处于张紧状态，或者所有压力表都处于受压状态，那么您必须注意如何连接它们，以免它们相互抵消。博客帖子图很好地说明了这一点-E +和S-之间有两个压力敏感的Rs，E-和S +之间有两个压力敏感的Rs，另一对则有成对的不敏感电阻。然后，如果所有压力表同时压缩，则R下降，并且S-被拉向E +，而S +被拉向E-。反之亦然。凉。

— 戴夫X

0

如何进行这些工作，是通过使用固定的1k电阻来构成另一半，从而使每个应变仪成为完整的惠斯通电桥。这样，秤可以在四个角的每个角上取重量，并将它们相加，得出板上的总重量。

— 道格
source