Kraftsensor - Bedeutung der Anschlussbelegung

  • Hallo zusammen,


    ich möchten den Kraftsensor (Datenblatt angehängt) gerne an den AD-Wandler (vgl. ebenfalls Dateianhänge) anschließen. (Dieser ist mit einem Raspberry Pi 3B verbunden.)

    Ich bin mir aber bei der Anschlussbelegung aus dem Datenblatt nicht sicher. Ich gehe davon aus "+input" muss mit der 5V Versorgungsspannung und "-input" mit GND verbunden werden (?). Nun weiß ich nicht, wie ich "+output" und "-output" zu verstehen habe. Es handelt sich ja um eine Wheatstone-Brücke (?).


    Sind beide output-Kabel mit je einem analogen Eingang des AD-Wandlers zu verbinden und die Differenz selbst zu berechnen oder "+output" mit einem Eingang und "-output" mit GND oder vielleicht auch ganz anders?

    Und verstehe ich das richtig, dass ich den Sensor gefahrlos verbinden kann, da die Spannung immer unter den 3,3V bleibt, die die Pins des Raspberry Pis vertragen?


    Liebe Grüße

  • Moin Fkjmp,


    Ich gehe davon aus "+input" muss mit der 5V Versorgungsspannung und "-input" mit GND verbunden werden (?).

    Ja, das siehst du richtig. Diese Referenzspannung sollte aber stabil sein.


    Nun weiß ich nicht, wie ich "+output" und "-output" zu verstehen habe.

    Normalerweise hängt an +- Output ein Messinstrument., das sowohl positive und negative Spannungen darstellen kann. ich kenne das als Mitteninstrument. In der Mitte ist Null.


    Es handelt sich ja um eine Wheatstone-Brücke (?).

    Auch das ist richtig.


    Kommen wir nun zu den Problemen.

    Wenn du einen Output an einen AD-Wandlereingang legst und den anderen Output an GND , dann misst du nur die halbe Messbrücke.

    Das willst du aber sicher nicht. Sinn würde es machen, wenn je ein Output an einen Eingang des AD-Wandlers hängt und man die Differenz auswertet.


    Dazu kommt das die AD-Wandler nur positive Spannungen messen können.


    Ich weiß nicht wie hoch die Auflösung des Wandlers ist, aber auch wenn sie 1023 ist, ergibt es eine Auflösung des Messbereichs von ca. 5mV.

    Keine Ahnung ob es reicht.


    Und verstehe ich das richtig, dass ich den Sensor gefahrlos verbinden kann, da die Spannung immer unter den 3,3V bleibt, die die Pins des Raspberry Pis vertragen?

    Sicherheitshalber nimm ein Messgerät, schließe es an die Outputs und miss. Dann bist du auf der sicheren Seite.


    73 de Bernd


    Ob der Ansatz mit den beiden ad-Wandler funktioniert, kannst du nur austesten. Es kann auch sein, das es nicht geht.

    Ich habe KEINE Ahnung und davon GANZ VIEL!!
    Bei einer Lösung freue ich mich über ein ":thumbup:"

    Vielleicht trifft man sich in der RPi-Plauderecke.

    Edited once, last by Bernd666 ().

  • Das Ausgangssignal wirst Du ziemlich sicher aufbereiten müssen, bevor Du in den ADC gehst (oder Du müsstest spezielle ADCs verwenden).

    Elektronik zur Signalauswertung

    Da die Widerstandsänderung von Dehnungsmessstreifen relativ klein ist, muss diese durch geeignete Verfahren ausgewertet werden. ... Messverfahren für Dehnungsmessstreifen:

    1. Gleichspannungs-Differenzverstärker

    Ich habe Dir mal den relevanten Teil raus kopiert - also ich tendiere dazu, dass Du einen Differenzverstärker dazwischenschaltest. Da die Messbrücke bei Belastung in eine Richtung immer in die Gleiche Richtung ausschlägt, kannst brauchst Du den OPV nicht mit einer Symmetrischen Spannungsversorgung (z.B. +/-5V) versorgen.

    ...wenn Software nicht so hard-ware ;) ...

    Freue mich über jeden like :thumbup:

  • Also ich hab das jetzt mal ohne Verstärker angeschlossen und wenn ich den Messwert des Sensors feststellen will, kommt immer 0 dabei raus. Ich werde dann wohl einen Differenzverstärker brauchen. Nun habe ich aber keine Ahnung, worauf ich dabei achten muss, um einen passenden zu finden. Gibt es da bestimmte Vorgaben und Kennwerte an denen ich mich orientieren kann?

    Und wenn ich einen Differenzverstärker habe der einen möglichen Output hat, der für die Pins des Raspberry Pis zu groß ist, wie schaffe ich es, den Wert zu verringern?

  • Du solltest den A/D Wandler nicht "single endet" verwenden, sondern im (pseudo)-differential Mode.

    Ohne Datenblatt des MCP3008 kommst Du auch nicht wirklich weiter.

    Auszug daraus:

    "The MCP3008 can beconfigured to provide four pseudo-differential inputpairs or eight single-ended inputs"



    Servus !


    PS:

    Sensor + output ----> analog IN 0

    Sensor - output -----> analog IN 1

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

    Edited once, last by RTFM ().

  • Du solltest den A/D Wandler nicht "single endet" verwenden, sondern im (pseudo)-differential Mode.

    Heißt das, wenn ich das so konfiguriere, brauche ich keinen Differenzverstärker oder ist das einfach etwas, das ich unabhängig davon beachten sollte?

  • Also, wenn ich das Datenblatt des Sensors richtig verstehe ist Dein Ausgangssignal 20mV - bei VREF 3,3V und 10 Bit (1024 Werte) Auflösung ist ein Digit ca 3mV - also Vollausschlag sind ca. 6 Digit. An der Auflösung ändert der Differenzial mode auch nichts...

    Um die Auflösung zu erhöhen musst Du das Signal verstärken - du könntest auch eine niedrigere Referenzspannung am MCP3008 verwenden - da die Schaltung aber schon aufgebaut ist, hast Du diese Option nicht...

    Aber RTFM hat recht: Wenn Du keinen Differenzverstärker dazwischenschaltest, musst Du im Differential Mode messen, da Du ja sonst Input- und Output- das gleiche Potential (nämlich GND) haben - du überbrückst somit einen Teil des Sensors!!!


    Miss doch das Sensorsignal mal mit einem Digitalmultimeter bei dem Gewicht das Du erwartest, ...


    Und wenn ich einen Differenzverstärker habe der einen möglichen Output hat, der für die Pins des Raspberry Pis zu groß ist, wie schaffe ich es, den Wert zu verringern?

    Wenn Du den Verstärker mit 3,3V betreibst, kann er kein Signal generieren das für den PI zu groß ist.

    Nun habe ich aber keine Ahnung, worauf ich dabei achten muss, um einen passenden zu finden. Gibt es da bestimmte Vorgaben und Kennwerte an denen ich mich orientieren kann?

    Also OPV ist schon nicht gerade trivial für einen Einsteiger. Die Beschaltung müsstest Du ggf. selbst auslegen und aufbauen (ich unterstütze mit Rat, falls Du den Weg gehen willst). Zumindest ein Multimeter solltest Du haben, damit wir den Aufbau später überprüfen können.

    Als OPV sind folgende Rahmenbedingungen wichtig: Soll mit 3,3V Betriebsspannung funktionieren und am besten Rail to Rail sein. Mir ist da gleich mal der MCP601 bzw. 602... unter gekommen. Die technischen Daten sehen für mich vielversprechend aus...


    Du könntest Dir mal diese Bienenwaage ansehen - hier wurde das Problem mit einem anderen Baustein gelöst

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  • Miss doch das Sensorsignal mal mit einem Digitalmultimeter bei dem Gewicht das Du erwartest, ...

    Also hier werden maximal 10 mV gemessen. Vermutlich sind das dann in der richtigen Anwendung sogar eher noch weniger (vielleicht halb so viel oder noch weniger). Das wären ja dann nur 1-2 oder maximal 3 Digit, wenn ich das jetzt richtig verstanden habe. Das reicht mir aber definitiv nicht. Also werde ich dann doch auf jeden Fall einen Differenzverstärker kaufen.


    Der MCP601 oder 602, bzw. das was ich auf dem Datenblatt davon verstehe, klingt für mich schon mal ganz gut. Ist es egal, ob ich da den MCP601 oder 602 nehme?

    Und brauche ich dann noch weitere Komponenten für die Schaltung? Und woher weiß ich wie stark die Verstärkung ist? Bzw. ist das nur ein Operationsverstärker und ich muss mit eigenen Widerständen daraus einen Differenzverstärker machen? Und falls das so ist, gibt es da fertige Komponenten die z. B. schon eine 100-fache Verstärkung haben?

  • Mit 1 bis 3 Digit wird es vermutlich schon schwierig Rauschen von Messen zu unterscheiden.

    Ich habe auf die Schnelle nichts fertiges gefunden.

    OK, dann packen wir es an... Der Unterschied zwischen MCP601 und 602 müsste wie meist nur der sein, dass der xx1 einen OPV und der XX2 zwei OPVs in einem Gehäuse hat (rate mal wie viel der xx4 hat ;) ) Das ist bei vielen OPVs so (z.B. LM321/322/324)

    Du brauchst noch Widerstände, damit stellst Du die Verstärkung ein.

    Schau mal hier: Hier kannst Du den Verstärkungsfaktor berechnen und siehst auch wie die Schaltung aufgebaut wird. Solltest meiner Meinung nach R1 und R2 im Bereich von 10K sein, sonst könnte es leicht sein, dass der Stromfluss Einfluss auf den Sensor hat (Eingangsimpedanz). Nimm am besten einige Abstufungen der Widerstände zum Variieren, damit Du die Schaltung etwas abändern kannst.

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  • Du brauchst noch Widerstände, damit stellst Du die Verstärkung ein.

    In dem Datenblatt zum Sensor steht etwas von "Output Resistance" mit dem Wert 2,2 kOhm. Ist das dann schon ein Widerstand, den ich mit einplanen muss (Auf der Internetseite entsprechend als R1 und R2) oder hat das keine Bedeutung dafür?

  • Jain, den musst Du für die Verstärkung nicht wirklich einplanen. Aber das ist genau der Punkt, warum ich Dir mindestens 10K als R1/R2 vorschlagen würde (zumindest für die ersten Versuche). Vereinfacht gesagt "belasten" diese Widerstände nämlich Deinen Sensor und verringern somit das Sensorsignal. Diese "Output Resistance" ist eben der Widerstand im Sensor der "belastet" wird. Ich würde Dir aber vorschlagen, dass Du einfach mal den Verstärker auf Faktor 100 auslegst (R1, R2=10K, R3, R4 1M) und Messungen vornimmst (z.B. Sensor ohne Verstärker, mit Verstärker,...). Das Vorab im Detail auszurechnen ist sehr aufwändig und es kann sein, dass beim Messen ohnehin andere Werte raus kommen...


    Ach ja, Du fragtest nach etwas "fertigem". Hast Du Dir die Bienenwaage (Empfehlung in Beitrag #7) mal angesehen? Da wurde ja was "fertiges" verwendet nämlich das HX711-Board. Vielleicht solltest Du dir das gleich mit besorgen? Ich kann nämlich auch nicht 100%ig sagen, ob das mit dem Differentialverstärker und Deinem Sensor zufriedenstellend klappt...

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  • So, hier melde ich mich auch mal wieder. Ich habe den OPV und die Widerstände gekauft und alles als Differentialverstärker verbunden und es hat funktioniert. Die Verstärkung ist ungefähr um den Faktor 100 und nach der Kalibrierung ergeben sie auch Sinn. Vielen Dank!