3線式ロードセル/ひずみゲージとアンプを配線するにはどうすればよいですか？

次のような3線式荷重センサーがあります。

体重の変化を検出するために、Arduinoに接続しようとしています。私の理解では、電圧の変化は非常に小さいため、Arduinoは電圧を増幅しないと変化を検出できません。そのため、Radio Shackで次のような8ピンLM741CNオペアンプを購入しました。

すべてを配線する方法を示すこのビデオを見つけました。ただし、回路図と、1つではなく2つの荷重センサーを使用している理由を理解できません。彼らはまた抵抗器について言及していますが、なぜそれらがそれらを使用しているのか（そしてなぜ彼らが選択したサイズなのか）、または回路のどこにそれらを配置するのかはわかりません。

誰かがこのことを配線して電圧の変化を検出する方法を理解するのを手伝ってくれませんか？また、これらのセンサーの1つだけを使用してこれを行う方法はありますか？これは私がこれまでに行ったことです：

アンプには、理解できないいくつかのピンもあります。オフセットヌル、NC。これらのピンは何のためのものですか？それらを使用する必要がありますか？

更新：現在、計装アンプ（AD623）を使用しています。私はまた、私が遊んでいる4線式荷重センサーを持っています。それでも動作しませんが、3線式荷重センサーに移行する前に、それを理解しようと思いました。

ひずみゲージは可変抵抗器であるため、最初のアイデアは、変動を電圧の変化として検出するために、2番目の固定抵抗器で抵抗分割器を構築することです。
残念ながら、ひずみゲージは非常に鈍感な可変抵抗器であり、重量が加えられても抵抗値はほとんど変化しません。抵抗分圧器は、変化を検出するのに十分な感度ではありません。したがって、別のアプローチが必要です。ホイートストンブリッジは、ソリューションです。

ひずみゲージとR2はまだ抵抗分割器を形成していますが、これはどのように違うのですか？すべての抵抗器が同じ値で、ひずみゲージの静止時の抵抗に等しいと仮定します。次に、電圧計の両端の電圧は、電源の半分ではなくゼロになります。私たちの測定値はゼロ基準なので、簡単に増幅して、回路全体の感度を高めることができます。
Oliは差動増幅器について言及しましたが、これでは十分ではありません。差動アンプのように、負荷をかけることで読み取りに影響を与えたくありません。非常に高い入力インピーダンスを持つ差動アンプである計装アンプが必要です。これは、最もよく使用される計装アンプ構成です。

$R_G$$\times$$\times$

上記の回路図のように2本ではなく3本のワイヤがあるため、ひずみゲージをどのように接続しますか？ここでも、データシートはここでは使いませんが、おそらく次のように接続します。

$R_{WIRE 1}$

$WIRE 1$$WIRE 3$

ホイートストンブリッジの電圧計接続を計装アンプの入力に接続します。

このウェブサイトからの画像

回路設計についてはあまり注目されていないようですのでコメントしませんが、私はバスルームスケールをハッキングしてネットワークを有効にし、現在の重量に対応するためのWebサーバーを備えたプロジェクトを作成しました。全体をまとめることについていくつかの考えがあります。

アンプを構築する前に、ゲインの設定方法の大まかなアイデアを得るために、最初にひずみゲージ回路を構築し、電源を入れ、マルチメーター（ArduinoのADCよりもはるかに感度が高い）を使用して出力を測定します予想される最大負荷が適用されたときのひずみゲージ回路からの電圧。次に、アンプ回路を構築するときに、アンプの最大出力を5Vにするゲイン抵抗を選択できます（ArduinoのADCは0〜5Vをサンプリングします）。ADCから最大のレンジを取得できます。

これを行う理由は、ADCの範囲と解像度が制限されていて目立たないためです。そのため、AVRのADCの10ビットの解像度で0〜1000ポンドを測定する場合は、せいぜい、重量が0〜1000ポンドから増加するため、アンプの出力信号が0〜5Vになる場合はポンド。あなたがそれを半分当てるか、ゲイン抵抗で推測するか、純粋な試行錯誤で始めて退屈し、全範囲を使用しない場合は、精度が失われます。あなたがアンプを一緒に丸めて、それが0-2.5Vしか出さないとすると、あなたは範囲の半分を捨て、正確に2ポンド以内になるでしょう。同じ1000ポンドの範囲です。

それはプロジェクトとあなたがどれだけ気にかけているかに依存します。ハッキングスケールを作成したときは、0〜200ポンドの範囲が必要でしたが、精度にはあまり関心がありませんでした。基本的に私の目標は、スケール上のコンテナが空かフルかを判断することでした。おそらく1/8フル、3/4フルなどの非常に低い解像度でした。パーツバッグに入っている最初の低電圧オペアンプで見つけることができる最も単純なシングルオペアンプ差動アンプ回路を構築しました。ゲインが約200ポンドでADCを飽和するように設定されています。この非常にシンプルな構造でさえ、驚くほど正確で直線的で、確かにポンドに適しています（それよりもはるかに優れていますが、ポンド精度も必要としなかったので、キャリブレーションするときに、5ポンド単位で重量を追加して構築しました校正データの私のテーブル）。

リクエストにより追加された回路図：

これは多かれ少なかれ、私が構築した回路の回路図ですが、無はんだブレッドボードにまとめたので、実際に作業しているフィールドエンジニアリングが多すぎないことを願っています。削除された部分は、ひずみゲージ回路を調整できるはずの追加の抵抗器とポテンショメーターでしたので、出力は無負荷で正確に0vでしたが、私が何をしても、非常にわずかな正電圧になりました。重要ではないので、デバッグする必要はありませんでした。Sig + / Sig-は、ひずみゲージがアンプ回路に配線されている場所です。ひずみゲージ回路を構築せず、スケールを使用したので、ひずみゲージの操作の詳細についてはあまり理解できていません。そこにあるものの使い方を理解しただけです。鉱山には2組のゲージがあり、各ペアにはV +、V-、および信号線がありました。

私の回路の抵抗値は、私が必要とするゲインを与えるために選択されているため、必ずしもあなたにとって何の意味もありません。ニーズに合わせてお選びください。

注-私は..すぐにパッケージの違いに気付かなかったように私は別のオプションとして、底部を残した編集はまだないかなり確実で利用できますどのように多くのオペアンプ。

あなたは（基本的な）オペアンプ理論にまで読むことをお勧めします（私はたくさんの中に私ができるよりも、それが良く説明されているように行っていない場所、およびCAN /フィル冊を行い）、それはだとして、これのいずれかを試みる前に、非常に簡単のために何かがうまくいかない場合（たとえあなたが何をしているのかわかっている場合でも）、それらは「正しく動作する」一部のICのようなものではなく、それらの新しいユーザーにとって非常に不満を感じることがよくあります。

リンク先のパーツは、最悪のnullまたはNCピンのないデュアルオペアンプ（1つのパッケージに2つのオペアンプ）です（これらの説明については以下を参照してください）。データシートのピン配列は次のとおりです。

以下のシングルアンプオプションを引き続き実行できますが、2つのオペアンプがあるため、TIアプリケーションノートの 4ページにある2つのオペアンプバージョンがより適切な選択です（入力信号にそれほど影響を与えないため、少し機能します）。値は、方程式を使用して計算でき、> 100のゲイン（方程式のVo部分）を目指します。スティーブンはこのオプションの欠点についてさらに詳しく調べ、「十分」ではないと言うことに注意してください。私は完全に同意しません-それは理想からは程遠いですが、上記のリンク先のTIアプリノートで説明されているように、負荷を補正するためにゲインを調整すると機能するようになります。ただし、インピーダンスは反転入力の入力電圧によって変化するため、結果はわずかに非線形になります。したがって、複数のオペアンプがある場合は、計装アンプが最適です。

シングルオペアンプオプション

次のような差動アンプを作成する必要があります。

アプリケーションには、このアプリケーションノートの3ページの値のようなものが適切です。これには、計装アンプと呼ばれる3つのオペアンプを使用するのが望ましいですが、1つのオペアンプで問題なく動作させることができます。抵抗はオペアンプのゲインを設定します。

NCは「接続なし」を意味するので、そのピンについて心配する必要はありません。オフセットnullは、2つの入力間の非常に小さいオフセット（通常はmV程度）をトリミングするために使用されます（理想的にはオフセットはありません）。

注-非常によく似た質問が数日前にここで尋ねられました。質問者は3オペアンプの計装用アンプを使用していましたが、それでも参考になるはずです。

2つのひずみゲージのいずれかに電圧を逆にしてみてください。これには、電圧変化の量を2倍にする効果があります。それらを同じように配線すると、両方のアンプ入力で〜の電圧が生成されます。これは、ゼロ差動に等しくなります。