バスルームスケールの3線式ロードセルとウィートストーンブリッジ

私はミツバチの巣箱でいくつかの重量測定を行うことを検討している4Hプロジェクトに関与しており、それを行うためにいくつかの3線式荷重センサーを理解しようとしています。

私は1つのバスルームスケールから4つの3線式センサー（負荷センサー/ひずみゲージ）を持っています（各センサーは隅にありました）。各センサーには、赤、黒、白のワイヤーがあります。赤いワイヤーと黒いワイヤーまたは白いワイヤーの間の抵抗は1kオームです。白と黒のワイヤー間の抵抗は2kオームです（私のロードセルのリード間の抵抗はそれぞれR-> B = 1K、R-> W = 1K、B-> W = 2kでなくなりました）。

このため、各3線式負荷センサーはホイートストンブリッジの2分の1を表すと言われました（各センサーには2つの1k抵抗レッグが含まれています）。

単一のウィートストーンアプリケーションに頭を悩ませることはできますが、2つのウィートストーンブリッジから作成したスケールがどのように機能するのか混乱しています。私の質問は、もしそうなら、なぜスケールに2つのホイートストンブリッジが必要なのですか（4つの3線式センサーすべてが1つのバスルームスケールから来たことを思い出してください）？

ひずみゲージ要素には、正の応力に敏感な部分と負の応力に敏感な部分があります。ストレスに敏感な部分がブリッジを建設的に不均衡にするようにそれらを裏返して慎重に配線すると、追加の抵抗なしで4つのセンサーすべてを使用できます。jonkのブログ投稿（http://www.nerdkits.com/forum/thread/900/）へのリンクには、Mongoの図（下にコピー）に関するヒントがあり、jonk-user37977によるjonkの回答へのコメントも役立ちます。

基本的に、ウィートストーンブリッジの対角線上にある2つの側面は、直列に配線された2つのゲージの正のひずみ要素によって形成され、ブリッジの他の2つの側面は、2つの負のひずみ要素から形成されます。

すべての正ひずみセンサーが圧縮されると、アクティブな抵抗が減少し、ブリッジが一方向にバランスを失います。張力下では、正ひずみの抵抗が増加し、ブリッジが他の方法でバランスを失います。

最大の抵抗で色を一致させ、最初はセンタータップワイヤーを無視して、4つのセンサーすべてを大きなリングに配線します。E +とE-として反対側の2つのセンタータップを選択し、S +、S-として残りの2つのセンタータップを選択します。上の図からE + / E-に励起電圧を加え、S + / S-間の力に敏感な電圧差を読み取ります。

優れた回路図についてはhttps://electronics.stackexchange.com/a/75717/30711を、Arduino Leonardo + 3線式ロードセル+ INA125P –アナログ信号のバウンス/ノイズをご覧ください。

編集：実際には、モンゴの図のように、OPの3つのワイヤーロードセルにアクティブなひずみゲージが1つしかないかどうかはわかりません。SparkFunのhttps://www.sparkfun.com/products/10245 またはEbayのhttp://www.ebay.com/itm/4pcs-Body-Load-Scale-Weighing-Sensor-Resistanceの50kgロードセルのような場合-Strain-Half-bridge-Sensors-50kg- / 251873576571それらは、上面と表面の両方に圧縮ゲージと張力ゲージを備えている必要があります。Ebayサイトには次のような図があります。

...これは、赤白に正のひずみゲージ、赤黒に負のひずみゲージを示します。（この図の色順はこの写真の色順と一致しないことに注意してください。青赤黒の色の同様のゲージがあり、正のひずみゲージは右側のペア、左側は負です。）センサーの向かい合って結合された「E」間のセンターバーの表面は、平行棒のように機能し、純粋に張力がかかっているのではなく、圧縮と張力がかかっている部分があります。断面では、中​​央のゲージバーは、Z字型のばねのクロスピースのようなものです。この場合、菌株は互いに向かい合い、うまく製造された場合、負の歪み部分での抵抗の減少は、正の歪み部分での抵抗の増加を相殺し、合計の白黒抵抗は一定でなければなりません。さらに、負荷を追加して分圧器が反対方向に移動するようにブリッジを設定する必要があります。白から白および黒から黒のループで配線された4つのデバイスは上記のように動作します。

上記の仕様に従ってG1 G2、G3、G4としてゲージ1〜4を備えた回路図は、G1とG3の赤に励起を適用し、G2とG4の赤から信号を読み取ります。G4ゲージには、G4 +の抵抗を増加させる正のひずみと、G4-の抵抗を減少させる負のひずみが少し負荷されています。理想的には、G4に25kgを負荷すると、0.5mV / Vの2.5V励起電圧が生成され、Sig + / Sig-全体で1.250mVが生成され、R8が1001オームにストレッチされ、R7が999オームに圧縮されます。V1を20V（= 2 * 10V）仕様まで上げることで、感度を4倍に増やすことができます（回路図/シミュレーターはかなりクールです）。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

デバイスが2つしかない場合、負荷を増やすと片側が高くなり、反対側が低くなるため、白から黒と黒から白にフックして、これら2つのジャンクションの間に励起電圧を加え、赤の差を読み取る必要があります。

負荷が加えられたときにすべてのハーフブリッジセンサーの抵抗がまったく同じに変化した場合、それらを並列に取り付けることができることがわかりますか？有効なエンドツーエンドの抵抗は2 kohmから1 kohmに低下しますが、それはブリッジ測定回路には影響しません。並列接続された2つのデバイス間の抵抗に差異がある場合でも、導入されたエラーは重要ではないと私は確信しています。

多分彼らは2つのウィートストーンブリッジと2つの差動増幅器を使用し、信号を内部で合計して平均を得ましたが、コストが問題になるので、私はそれを疑っています。

2つのハーフブリッジと2つのダミーロードセルを使用できないのはなぜですか。4つのハーフブリッジを使用する方が、おそらく安くて正確です。

オメガは可能な説明と回路図を議論するかもしれないと思います。

最大の感度と温度補償を得るために、4つのひずみゲージが使用されています。図7-2に示すように、ゲージのうち2つは通常は張力があり、2つは圧縮されており、補正調整で配線されています（ed：以下を参照）。重量が加えられると、ひずみによってゲージの電気抵抗が比例して変化します負荷に。

上記の説明のオメガからのソース

2010年に役立つブログも見つけました。
3線式スケールゲージのハッキングに関するブログ

これらの作業を行う方法は、固定された1k抵抗を使用して残りの半分を構成することにより、各ひずみゲージを完全なウィートストーンブリッジにすることです。このようにして、はかりは四隅のそれぞれの重量を受け取り、それらを合計してプレート上の合計重量を与えます。