In einem Labor meines Arbeitgebers befindet sich ein Kraftmess-Stuhl. Ein Hebel wird mit den Unterschenkeln nach oben gedrückt. Dabei wird über einen Inkrementalgeber der Weg, den der Hebel zurückgelegt hat, bzw. dessen Position (vermutlich Absolutwertgeber) und die auf den Hebel wirkende Kraft gemessen. Die Sensoren/Geber sind an jeweils eine Schnittstelle angeschlossen, die in einem Rechner eingebaut sind. Da der Rechner speziell für diese Konstruktion eingesetzt wird und eine ebenso spezielle Software enthält, soll daran nichts verändert werden. Gleichzeitig wird nun gewünscht, die beiden von den Sensoren gelieferten Messwerte einer separaten Analaog-Digital-Wandler-Unit (Fertiggerät) zuzuführen. Die D/A-Unit besitzt für jeden der acht Kanäle jeweils eine BNC-Buchse. Da ich von Wege- und Kraftmessung bisher keine praktische Erfahrung habe und zum letzten Mal vor 10 Jahren bei meiner Technikerausbildung damit zu tun hatte, fehlt mir leider die Erfahrung auf diesem Gebiet. Meine bisherige Lösung sieht so aus: In die Zuleitungen der beiden Sensoren habe ich jeweils ein Adapterkabel eingeschliffen, an dem parallel eine D-Sub-Stiftleiste angeschlossen ist. Die Adern werden an den Buchsen im Alu-Gehäuse direkt wieder auf die zur Schnittstelle führende Leitung weitergeleitet. So lassen sich die Signale auf der Leitung innerhalb des Alu-Gehäuses parallel abgreifen. Der Positionssensor liefert eine zur Position proportionale Ausgangsspannung von 0-10V und wird mit 24V betrieben. Das lässt sich mit der DA-Schnittstelle prima auswerten. Aber die Kraftmessung war für mich zunächst ein Rätsel. Nach einigem Recherchieren bin ich nun wenigstens so schlau, dass ich immerhin weiß, dass es sich um einen Wägesensor handelt. Dieser ist S-Förmig aufgebaut und enthält eine Messbrückenschaltung mit DMS. Auf dem Aufkleber findet man die Angabe 2mV/V. Was das bedeutet ist mir inzwischen auch klar. Die vier Pins des Sensors sind mit +5V, Masse und 2x rund 2,3V belegt, so wie es für die Brückenschaltung eben üblich ist. Zum Problem: Soviel ich richtig verstanden habe, ist die Spannungsdifferenz zwischen den beiden im Ruhezustand 2,3V führenden Klemmen, die Brückenspannung und damit mehr oder weniger proportional mit der Kraft, die auf den Sensor wirkt. Die D/A-Schnittstelle an die nun das Kraft-Signal angeschlossen werden soll, ist nicht empfindlich genug um die 0-10mV auf dem Schirm als Kurve deutlich darzustellen. Es wird also ein Verstärker benötigt. Ich dachte, ich könnte einen Differenzierer mittels OP aufbauen und damit das Problem lösen, aber ich komme mit der Schaltung einfach nicht zurecht. Ich suche nun eine Schaltung, mit der ich diesen Verstärker aufbauen kann. Leider bin ich bei der Suche im Netz nicht so richtig fündig geworden. Mit jeder weiteren Schaltung, die ich fand ist meine Verunsicherung nur größer geworden... Vielleicht kann mir jemand von Euch mit einer Schaltung und/oder einem Praxisbeispiel weiterhelfen. An OPs hätte ich noch bergeweise uralte 741er und drei MC1458P. Für Eure Aufmerksamkeit und Hilfe möchte ich mich an dieser Stelle schon einmal bedanken... Gruß, Daniel
Daniel B. schrieb: > Soviel ich richtig verstanden habe, ist die Spannungsdifferenz zwischen > den beiden im Ruhezustand 2,3V führenden Klemmen, die Brückenspannung > und damit mehr oder weniger proportional mit der Kraft, > Ich dachte, ich könnte einen Differenzierer mittels OP aufbauen... Nimm lieber einen Intrumentenverstärker (Instrumentation Amplifier). Gibts von mehreren Herstellern. Bekannter Namen: INA126
Daniel B. schrieb: > Da ich von Wege- und Kraftmessung bisher keine praktische Erfahrung habe > und zum letzten Mal vor 10 Jahren bei meiner Technikerausbildung damit ... > Aber die Kraftmessung war für mich zunächst ein Rätsel. ... > An OPs hätte ich noch bergeweise uralte 741er und drei MC1458P. Oh. Unter diesen Umständen bietet sich vielleicht ein Fertigprodukt an? Die Verstärkung so kleiner Messspannungen ist einerseits eine durchaus anspruchsvolle Aufgabe, andererseits gibt es unzählige Hersteller die das hervorragend im Griff haben, da Standardaufgabe in der Industrie. http://www.inelta.de/produkte/signalkonditionierer/ http://haehne.de/messelektronik/messverstaerker/ https://www.atrie.de/msr-technik-elektronik-entwicklung/online-katalog-msr-elektronik/messverstaerker-signalwandler http://honigmann.com/k8/g64/Messverst%C3%A4rker-DMS.html
So eine DMS Brücke parallel zu einer anderen Elektronik auszuwerten ist problematisch. Wenn möglich sollte man das bereits verstärkte Signal, als z.B. +-5 V abgreifen. Sofern die Anregung mit DC und stabil ist, geht es noch. Wie viele Kabel gehen zum Sensor ? Je nach Ausführung sind vor allem 4 oder 6 übliche. Als Verstärker ist ein Instrumentenverstärker (eher als fertiger chip statt im Eigenbau mit OPs) passender. Die alten 741 / 1458 reichen nicht wirklich aus, bzw. man sollte es sich nicht mehr antun.
Hallo Thomas, Danke für den Tip. Ich habe nach einigem Brainstorming u.a. beim "Elektronik-Kompendium", eine Grundschaltung für einen Instrumentenverstärker gefunden, die ich eigentlich nachbauen wollte. Als OP habe ich einen OPA404 gewählt, da ich von diesen noch einige aus Schlachtungen hier habe. Bei der Durchsicht des Datenblattes ist mir auf den letzten Seiten (Seite 10) die Schaltungsapplikation für einen Instrumentenverstärker aufgefallen. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/56770/BURR-BROWN/OPA404.html Ich habe mittels einer schnell zusammengestrickten Excel-kalkulation nach der Formel "Differential Voltage Gain = 1+ (2RF/RG)", die Widerstände für einen Verstärkungsfaktor 500 errechnet. Nach einigem Hin- und Herschieben der Zahlen bin ich auf folgende Widerstände gekommen: RF = 49,92 kOhm (47k + 2,2k + 220) und RG = 2*100 Ohm Wenn ich keinen Fehler gemacht habe, dann müsste so eine Verstärkung von ca. 500,2 herauskommen. Wichtig ist eigentlich ja nur, dass der Messwert derart verstärkt wird, dass eine deutlicher Signalanstieg am DA-Wandler ankommt. Soo präzise muss das nicht sein, da die Kanäle des DA-Wandlers falls erforderlich geeicht werden können. Wichtig ist, dass die Verstärkung einigermaßen linear ist. Die Schaltung baue ich gerade ordentlich mit einem Drahtigel-Verhau auf Lochraster auf, da ich das IC, was Du vorgeschlagen hast sowieso erst noch bestellen (lassen) muss. Sollte die Schaltung funktionieren wäre das prima. Wenn nicht verwende ich halt das IC INA126
VOA schrieb: > Unter diesen Umständen bietet sich vielleicht ein Fertigprodukt an? Das klingt zwar verlockend, ist aber nicht unbedingt zielführend, denn man kann zwar die Brückenausgangsspannung u.U. paralell abgreifen, aber man kann nicht die Brückenversorgung paralell schalten. Instrumentebverstärker war schon das richtige Stichwort. Der müßte für 10mV (5V * 2mV/ V)Brückensignal und 10 V Ausgang eine Verstärkung (Gain) von 1000 haben. gk
gk schrieb: > ist aber nicht unbedingt zielführend, Ich glaube schon daß es das ist. gk schrieb: > denn > man kann zwar die Brückenausgangsspannung u.U. paralell abgreifen, aber > man kann nicht die Brückenversorgung paralell schalten. Das muß man ja auch nicht. Die entsprechenden Anschlüsse des Meßverstärkers bleiben frei, bei potentialtrennenden Verstärkern ist zusätzlich eine "Masseverbindung" möglich, aber nicht erforderlich. Wer sich zutraut einen Meßverstärker selbst zu bauen, sollte eigentlich mit dem sinnvollen anschließen eines Fertiggeräts nicht überfordert sein...?
VOA schrieb: > Ich glaube schon daß es das ist. Immerhin bin ich mit meiner Meinung nicht allein: Lurchi schrieb: > So eine DMS Brücke parallel zu einer anderen Elektronik auszuwerten ist > problematisch. Egal, ob mit INA oder mit Fertigmodul muss man schon wissen was man tut. Es kann zum Beispiel sein, dass das Fertigmodul mit einer höhren Brückenspeisespannung arbeitet, z.B. 1. Link. Dann braucht der dort verbaute INA nur eine geringere Verstärkung. Ausserdem könnte der Eingangsgleichtaktbereich nicht ausreichen. u.a. Da man nicht unbedingt alle Spezifikationen von Fertigmodulen kennt, ist es ggf. doch einfacher eine eigene Schaltung zu verwenden. In dem vorliegenden Fall reicht ein INA, der mit der 5V Brückenspeisung klar kommt, mit Ref auf Masse. Etwas trickreich wird noch die Einstellung des Nullpunktes. gk
gk schrieb: > Es kann zum Beispiel sein, ... > Ausserdem könnte der ... > Da man nicht unbedingt alle Spezifikationen kennt ... > ist es ggf. doch einfacher Jaja, langwierige Streitereien sind meine Sache nicht, zum großen Leidwesen aller vergangenen, gegenwärtigen und zukünftigen LAGs.:-) TO wird schon irgend etwas passendes zusammenknoten...
Lurchi schrieb: > So eine DMS Brücke parallel zu einer anderen Elektronik auszuwerten ist > problematisch Unter welchen Umständen kann's problematisch sein? Heutige Instrumenten Verstärker haben sehr hohe Eingangsimpedanz, belastet die Brücke so gut wie nix. Mancher ADC mit intern gain bis zu 128 kann sogar direkt diese Spannung messen.
Tany schrieb: > Heutige Instrumenten Verstärker haben sehr hohe Eingangsimpedanz, > belastet die Brücke so gut wie nix. Das ist auch nicht das Problem. Zwei relevante Aspekte siehe oben. Manche fertige Komponenten machen die Nullpunktkompensation paralell zur Brücke, das funktioniert nicht mehr, wenn die Speisespannung (ausser Masse) nicht mehr anliegt. Das gibt dann einen einseitigen Widerstandspfad gegen Masse, der die Brücke konstant verstimmt. Einen Abgleich des Nullpunktes braucht man, z.b um den Ofsett des Kraftaufnehmers zu kompensieren. Richtig, das kann man notfalls auch in Software machen. Wenn der Sensor allerdings positive und negative Kräfte misst, dann ist auch sein Ausgang positiv und negativ ( z.B. +-2mV/V). Berstärkt gibt das dann z.B. +-10V. Und die passen nicht unbedingt an einen Mikrokontrollereingang von z.b 0..3(5)V. Durch Anpassen der Verstärkung und addieren eines Offsets läßt sich das aber lösen. Ganz fatal wird es, wenn einer der Verstärker oder Beide mit Trägerfrequenz arbeiten, das geht dann voll in die Hose. gk
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