Gewichtsmessung für Cocktails

[Peter(TOO)]

Hallo Malte,

ich verstehe Deine Rechnung nicht ganz, deswegen frage ich zunächst dazu nach. Die Rauschvorgänge werden durch Verteilungen charkaterisiert, deswegen muss man für die Rauschspannungen mMn anders addieren als Du es tust, nämlich nicht linear sondern geometrisch:

Ich habe es nur im Kopf überschlagen und auf ganze Bits gerundet.

Ich wollte nur abschätzen, was von den anfänglich beeindruckenden 24 Bit, so übrig bleibt.

Um genau zu rechnen, müsste man auch noch den Teilbereich, welcher die Messzelle tatsächlich ausnutzt einbeziehen.

Ein anderes Problem ist, dass im Datenblatt nur typische Werte stehen.
Man hat also keinen Bezug zur garantierten Streuung, bzw. wie gut die den Herstellungsprozess im Griff haben. Somit kann man gar nicht wirklich genau rechnen, sondern nur schätzen oder Prototypen selber ausmessen

NS hatte in Ihren Datenblättern nicht nur Min, Max und Typisch unterschieden, sondern auch Parameter welche garantiert und in der Fabrikation gemessen wurden und solche die sich, rechnerisch, aus dem Design ergeben.

Von manchen Herstellern hatte ich in meinem Leben auch schon Working Samples. Da bekommt man im allgemeinen ein Liste mit den von Hand vermessenen Parametern, meist eine Kopie einer ganzen Liste, nicht nur von den 2 Stück die man ergattern konnte.
Bei manchen Herstellern ist dann zum Datenblatt wenig Abweichung zu den typischen Werten, bei anderen ist sehr viel Luft, zu dem was im Datenblatt garantiert wird.

Bei einem Hersteller hatte ich deshalb mal ein Problemchen, sogar mit Chips aus der Serie.
Der Datenerhalt fürs RAM war mit 2V angegeben. Tatsächlich haben die Dinger, bei Raumtemperatur, die Daten noch mit 200mV sicher gehalten.

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

Hallo Andreas,

Das habe ich im Thread bereits irgendwo erwähnt. Das Hauptproblem des Drucksensor ist, dass er bei konstanter Last trotzdem sein Signal ändert. Er "kriecht" kontinuierlich in eine Richtung. Die kriechende Änderung ist so groß, dass ich nicht untercheiden kann, ob die Änderung durch weiteres Einschenken, oder durch den Sensor selbst kommt. Weiterhin ist die Höhe dieser Änderung abhängig vom Druck der auf dem Sensor lastet. Das ganze ist also eigentlich unmöglich herauszurechnen.

Aber in %/K sollte es konstant sein!

Zur Temperaturkompensation ist aber noch ein zusätzlicher Widerstand auf dem Drucksensor vorhanden.
Aber ich habe dir da schon geschrieben, dass man das Datenblatt braucht um Kompensieren zu können.

Das Andere ist noch, wie viel Drift vom Sensor kommt und wie viel vom Verstärker.

Ein Teil des Verstärkerdrifts kommt von der allgemeinen Erwärmung. Ein anderer Teil hängt dann noch vom Schaltzustand ab. Bei einer Gegentakt-Stufe und DC wird nur ein Transistor warm, wechselt die Polarität des Signals muss der andere Transistor erst mal warm werden....
Mit der Erwärmung der Endstufe, ändert sich aber auch die Chiptemperatur, was bei einem OV dann wiederum um Einfluss auf die Eingänge (Leckstrom, Offset) hat.

MfG Peter(TOO)

[malthy]

Hallo!

Ich habe es nur im Kopf überschlagen und auf ganze Bits gerundet.

Ich wollte nur abschätzen, was von den anfänglich beeindruckenden 24 Bit, so übrig bleibt.

Das ist ja auch völlig okay, allerdings sind 17 bit vs 12 bit natürlich schon ein erheblicher Unterschied. Zu ganz so viel Pessimismus besteht also sachlich mMn kein Anlass .

Gruß
Malte

[ranke]

Wegen der Temperaturkonstanz würde die Messbrücke immer mit Spannung versorgen. Spricht etwas gegen diese Vorgehensweise?

Ich würde die Speisespannung der Meßbrücke periodisch umpolen und die Differenz der Meßspannungen auswerten. Damit umschiffst Du den Einfluß von Offsetspannungen im Meßverstärker und die Auflösung verdoppelt sich.

[Bumbum]

Hallo,

es geht endlich weiter bei diesem Projekt. Nachdem die Bestellung der Wägezelle bei Amazon 2 mal jeweils nach 2 Wochen Wartezeit vom Verkäufer einfach ohne Angabe eines Grunds storniert wurde habe ich nach Alternativen gesucht. Leider gab es nur ähnliche (günstige) Wärezellen aus Fernost. Also nochmal ein paar Wochen Wartezeit. Aber jetzt ist endlich alles da. Die Schaltung steht mittlerweile und funktioniert. Es läuft ein ATmega8 und steuert ein LCD-Display an. Als Messwandler habe ich den HX711 verwendet. Die Wägezelle hat die Bezeichnung YZC-1B und kann 5 kg. Hier sind die Daten dazu:

Input resistance 402±6
Output resistance 350±3
Total error %F.S =±0.030
Insulation resistance 5000
Rated output MV/V 2.0±0.15
Excitation voltage V 10~15
Compensated temperature range -10~+40
Operating temperature range -35~+80
Temperature effect on zero %F.S/ 0.003
Creep %F.S/30min 0.03
Temperature effect on sensitivity %F.S/ 0.0016
Zero output %F.S ±1.0
Safe overload %F.S 150
Load cell material Aluminum

Hier noch ein Bild meines Versuchsaufbau bis jetzt. Im Hintergrund sieht man die Schaltung und das LCD-Display:



Jetzt muss ich mir für diese Zelle erst mal eine kleine Mechanik bauen, damit ich weitere Versuche machen kann. Ich halte euch auf dem laufenden.

Viele Grüße
Andreas

[Peter(TOO)]

Hallo Andreas,

Jetzt muss ich mir für diese Zelle erst mal eine kleine Mechanik bauen, damit ich weitere Versuche machen kann. Ich halte euch auf dem laufenden.

Da genügt eine Schraubzwinge

Wichtig ist, dass der Bereich mit der Ausfräsung frei liegt, also die Zelle etwas weiter nach links schieben.
Am linken Ende kannst du dann dein Glas drauf stellen oder an einer Schnur Gewichtssteine dran hängen.
Auch hier ist wichtig, dass der Bereich mit der Ausfräsung frei bleibt.

MfG Peter(TOO)

[malthy]

Hi,

Als Messwandler habe ich den HX711 verwendet.

Das ist vermutlich eine ganz gute Wahl, das verringert den Schaltungsaufwand deutlich. Ich baue auch gerade eine Waage auf Basis von diesem IC, bin im Moment dabei das System zu kalibrieren. Ansonsten ist es eigentlich fertig.

Wir hatten hier ja auch mal kurz die Diskussion um das Rauschen des Systems. Ich habe das mal auf naive Art gemessen: Zum einen habe ich den Messeingang vom HX711 über einen 1k Widerstand kurzgeschlossen, weil meine Wägezelle eine Ausgangsimpedanz von ca. 1k hat. Zum anderen habe ich die Wägezelle angeschlossen. Für beide Fälle habe ich die vom HX711 ausgegebenen Daten für ca 45 Minuten aufgezeichnet. Ich habe die Rohdaten mit tiefpassgefilterten und ausreißerbereinigten Daten verglichen. Dann kommt etwa folgendes heraus:



Gefiltert komme ich also auf 3.18 Bit Noise ohne Zelle und auf 4.11 Bit mit Zelle. In welches "Gewichtsrauschen" sich das übersetzt, hängt dann natürlich von der verwendeten Zelle ab. Insgesamt spielen auch noch zusätzliche Faktoren mit rein, die Genauigkeit und Präzision der Messung beeinflussen.

Gruß
Malte

[Bumbum]

Hallo,

@Peter: Der Aufbau mit der Schraubzwinge würde gehen, aber die Fläche für das Glas ist doch mehr als wackelig. Da möchte ich schon einen kleinen "Teller" anschrauben. Das Problem ist, dass ich im Urlaub zuhause nicht an die nötigen Mittel zur Verfügung habe. Es fehlt schon an den M6er Schrauben... Und stänig ist ein Feiertag, also Baumarktverwigerung!
Ich habe immer mit meiner Lötzinnrolle als Gewicht probiert, aber die ist mir so oft runtergefallen. Mit einem Glas mit Wasser drin würde ich schnell frust schieben. Das ganze sollte schon etwas Stabilität haben. Aber keine Eile. In der Theorie und Programmierung sind noch genug Bauistellen:

Ich habe meine Lötzinnrolle mit der Küchenwaage gewogen und damit schnell mal den Faktor von ADC-Wert und Gewicht berechnet (750 in meinem Fall). Heute habe ich versucht diesen per Rechnung zu bestätigen, komme aber auf einen ganz anderen Wert:

Berechnung von Avdd:

VBG (Bandgap-Spannung) aus dem Datenblatt des HX711: 1,25V
R1 (bestückt): 8,2k
R2 (bestückt): 20k
ergibt laut Formel im Datenblatt des HX711 eine analoge Versorgungsspannung (Avdd) von 4,3V.
Bezogen auf die 24 Bit des ADC also eine Auflösung von 260nV.

Wägezelle:

Laut Datenblatt eine Empfindlichkeit von 2mV/V ergibt bei 4,3V eine Spannung von 8,6mV bei Vollbelastung.
Die Zelle ist mit 5kg angegeben, also eine Ausgangsspannung von 1,7µV pro Gramm.
Diese Spannung wird im HX711 noch per Gain (64) auf 110µV verstärkt und dann gewandelt.
Damit komme ich auf einen ADC-Wert von 430 pro Gramm.

Dieser Wert liegt leider fast um die Hälft neben meinem durch Versuch ermittelten Wert. Findet jemand meinen Fehler?

Mir ist nicht ganz klar, warum der Sensor einen Messbereich von +/-20mV bzw. +/-40mV (je nach Gain) angibt, wenn dieser doch eh von Avdd abhängig sein soll.

Noch ein paar Gedanken zum Rauschen (danke malthy für deine Messungen):

Gehen wir von 5 Bit Rauschen aus, also einen "Verlust" von 32 ADC-steps rauscht es um 8,2µV bzw. 75mg. (Milligramm) Kommt das hin? Das kommt mir auch sehr wenig vor.

Viele Grüße
Andreas