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Thema: DMS auswerten... aber wie?

  1. #1
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    DMS auswerten... aber wie?

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    Hallo,

    auf der Suche nach einer Lösung eines aktuellen Problems bin ich auf euer Forum getroffen und dachte mir hier bin ich sicher richtig mit meiner Frage.

    Ich möchte 8 Kraftsensoren (/Wägezellen) auslesen. Es hat sich schon herauskristallisiert, dass es ein Metall-DMS basierter Kraftsensor sein soll. Nun frage ich mich natürlich, wie lese ich das Signal am besten aus ohne es zu verfälschen. Ich brauche einen recht genauen Wert. Der Messbereich soll etwas bis 500mN gehen und ich würde gerne mind. 0,5mN auflösen. Als Sensor habe ich an folgenden gedacht: Zelo 1004 (Datenblatt im Anhang). Laut Datenblatt kann man eine Genauigkeit von 0,2mN erreichen.

    Mehrere Optionen stehen jetzt zur Verfügung um das Signal zu messen:
    1. Selber einen Signalverstärker löten und mit einem Arduino Uno(R2)[2 wären nötig] oder einer NI 6733 auslesen
    2. Fertige Lösung (Plug&Play) kaufen

    Wenn ihr noch Werte brauchen solltet, die wichtig für die Auslegung sind reiche ich diese natürlich gerne nach.

    Gruß,
    Gr5
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  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von Hubert.G
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    Ein Meßverstärker mit z.B. einem AD623 ist recht einfach aufgebaut.
    Mit dem 10bit ADC des Uno sind die 0,5nM aber schon die Grenze des erreichbaren.
    Grüsse Hubert
    ____________

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  3. #3
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Ja man sagte mir auch den Messverstärker zu löten wäre nicht das Problem. Wie kann ich das mit den 10 Bit verstehen?

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von Hubert.G
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    Zitat Zitat von Gr5 Beitrag anzeigen
    Wie kann ich das mit den 10 Bit verstehen?
    10 Bit ergeben 1024 Abstufungen. Wenn du 500mN mit 0,5mN Auflösung willst, dann wären das schon 1000 Stufen. Also geht nicht viel mehr. Ich hoffe es ist verständlich ausgedrückt.
    Grüsse Hubert
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  5. #5
    Neuer Benutzer Öfters hier
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    Achso, ich hatte das Komma falsch verschoben. Ja richtig. Das bedeutet ich könnte mit einem selbstgelöteten Messverstärker und 2 Arduino Unos meine 8 Kraftsensoren ausmessen und das mit 0,5mN Genauigkeit?

    Wo sind mögliche Fehlerquellen?

  6. #6
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    Hallo,
    Zitat Zitat von Gr5 Beitrag anzeigen
    Wo sind mögliche Fehlerquellen?
    Die Empfindlichkeit liegt bei 0.9mV/V

    Wenn du die Brücke mit 10V speist, sind das 9mV bei 300g.

    500mN sind 51g
    Du bekommst also (9mV*51g)/300g = 1.53mV bei 51g = 500mN
    0.5mN entsprechen dann 1.53µV

    Das ist dann so etwa die Empfindlichkeit eines UKW-Radios.

    EMV ist dein grösstes Problem!

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    Als Fehlerquellen gibt es einmal die Sensoren selber, so wie im Datenblatt beschrieben, also vor allen Temperatureffekte und wenn die Karftrichtung nicht ganz stimmt.

    Dazu kommen dann Fehler des Verstärkers - bei so kleine Gleichspannungen vor allem Offsetspannung des Verstärkers und Thermospannungen an Kontakten und auch dem Sensor. Bei Anregung mit Wechselspannung könnte man diese Fehler weitgehend Vermeiden. Für 8 Sensoren würde sich das vermutlich auch lohnen, weil die Verstärker einfacher werden können. Die Auswertung der Wechselspannung kann der µC übernehmen, was aber schon etwas Programmieraufwand erfordert und für 8 Sensoren an einem µC nicht mehr unbedingt zur Arduino Umgebung passt. Es wäre auch schön wenn man 9 ADC Eingänge hätte, was die meisten AVRs nicht bieten. Auch das Rauschen des Verstärkers und Einstreuungen muss man berücksichtigen - besonders schnell geht die Messung also nicht.

    Für 0,1 % Auflösung reicht ggf. noch gerade so der interne 10 Bit AD Wandler im Arduino - die Genauigkeit leidet da aber schon etwas, denn es kommen auch da Fehler vom ADC dazu. Ein ADC mit z.B. 12 Bit wäre schon besser.

    Für erste Erfahrungen sollte man erst einmal eine Schaltung für nur einen Kanal aufbauen.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Hi!

    Also, wenn es nicht unbedingt ein Arduino sein soll würde ich einen Atxmega empfehlen.
    Je nachdem, welchen du willst 16 ADC Pins und bis zu 5 (oder 4, bin mir grad nicht sicher) Converter, so, dass du mehrere Messungen gleichzeitig machen kannst.
    Da hast du auch ne Referenzspannung von 1,2V und kannst dir einen Messverstärker somit sparen.

    Wenn es mit Arduino sein soll, dann würde ich für jeden Sensor einen eigenen 12Bit ADC verwenden, die kannst du dann schön Digital mit dem Arduino auslesen.
    Dann brauchst du natürlich einen Messverstärker, ich habe ihn nicht getestet, aber ich denke, der hier wird funktionieren:
    http://www.mikrocontroller.net/attac.../DMS_Kopie.jpg
    Im Idealfall dann alles in ein Weißblechgehäuse und Abgeschirmte Leitungen zu den Sensoren.
    Im Idealfall baust du für jeden der Sensoren einen eigenen Verstärker auf, damit die Messung schnell bleibt.
    Sonst könntest du auch über Multiplexing nachdenken, wobei du aufpassen musst, dass der Multiplexer nichts verfälscht.

    mfg
    Olaf

  9. #9
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    Um einen Verstärker wird man auch bei einem 12 Bit ADC nicht herumkommen. Die DMS Signale sind schließlich eher so bei ein paar mV am Bereichsende und man will µV auflösen. Sparen kann man sich den Verstärker ggf. bei einem 24 Bit Sigmal Delta AD - die können auch direkt µV und besser auflösen und haben oft Differenzeingänge. Es gibt da auch spezielle ICs für DMS Brücken, die ggf. passen würden.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Zitat Zitat von Gr5 Beitrag anzeigen
    Ja man sagte mir auch den Messverstärker zu löten wäre nicht das Problem. Wie kann ich das mit den 10 Bit verstehen?
    Das Löten ist auch nicht das Problem, das Entwickeln der Schaltung und ein funtionierender Aufbau ist das Problem. Eine Schaltung, die analoge und digitale Teile enthält, und die die von Peter genannten 1,5µV vernünftig verarbeitet, erfordert schon einen gestandenen Elektroniker mit dem passenden Equipment. Das anschließende Löten ist dann eine Entspannungsübung.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

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