Gewichtsmessung für Cocktails

[Bumbum]

Guten Morgen,

ich habe mir die verlinkte Wägezelle von Amazon jetzt bestellt. Sobald sie da ist werde ich wie gesagt mal Versuche starten. Es gilt jetzt also noch den Messverstärker zu entwerfen. Hier liegt scheinbar der große Knackpunkt beim Projekt. Das mit der hohen Auflösung sehe ich auch als Problem. Deshalb fnde ich PICtures vorschlag nicht schlecht und würde ihn gerne umsetzen.

Ich baue also erst mal einen sehr exakten Verstärker, der das kleine Signal der Waage auf eine hohe Spannung verstärkt. Sagen wir mal bei 5kg Last 15V. Das ergibt 3mV je Gamm und klingt für mich einigermassen "handlebar". Vorschläge für diesen Verstärker nehme ich gerne an. Oder sollte ich einfach erst mal eine simple OP-Verstärker-Schaltung (nicht invertierend) planen, und schauen ob das schon ausreichend genau ist?
Als nächstes erzeuge ich mit einem (digitalen) Poti eine Tara-Spannung. Diese werde ich mit einem Differenzverstärker von der verstärkte Messspanung abziehen und das Ergebnis auf meinen ADC legen.
Wenn ich davon ausgehe maximal 500ml variables Gewicht (neue Zutat) zu messen, also maximal 500g ergibt sich bei 10 Bit eine Auflösung von ca. 0,5G. Das hört sich auch gut an.

Den Tara-Ausgleich werde ich automatisch per Software regeln. Vielleicht nehme ich für das Poti auch einen DAC. Aber es schwebt mir da irgendwas mit 8 Bit Auflösung vor. Es bleibt dann ein kleines Offset, dass ich vor der Messung speichern und dann abziehen muss.

Wie seht ihr das? Wo seht ihr Probleme?

Viele Grüße
Andreas

[Peter(TOO)]

Hallo Andreas,

Das ist alles reine Augenwischerei, mit den gesplitteten Bereichen!

Du hast mit 5V an der Zelle etwas um die 7mV bei 5'000g.
Macht also etwas über 1µV/g.

Da kommst du nicht rum, egal was du da analog noch addieren oder subtrahieren willst.
Zudem bringt dir da jeder zusätzliche Analogteil zusätzliches Rauschen und Drift!

Zudem haben Potis eine recht grossen Temperaturdrift.
Du wirst auch merken, dass normale Widerstände rauschen.

Am besten nimmst du einen fertigen Instrumentenverstärker-IC.
Den kann man theoretisch auch aus 3 OPs aufbauen, aber dann funktioniert der Gleichlauf nicht so gut.

MfG Peter(TOO)

[malthy]

Moin!

Ich baue mir auch gerade eine Waage die auf einer Wägezelle basiert (ist eigentlich nur ein "Vor- und Übungsprojekt" für etwas anderes). Um die DMS Brücke auf meiner Wägezelle (die etwas kleiner ist als Deine) auszuwerten, greife ich auf ein chinesisches IC names HX711 zurück (Datenblatt zB hier). Dessen Messbereich ist wahlweise +/-20 oder +/- 40 mV die mit 24 Bit aufgelöst werden. Du kannst damit mit interner Clock bis 80 Messungen/Sek nehmen, mit externer Clock von 20 MHz (das ist das Maximum) bis kanpp unter 150 Samples/Sek. Das IC hat ein simples synchrones serielles Interface, d.h. Du kannst die Daten einfach per µC "rausclocken" und verarbeiten. Ich bin mit meinem Projekt noch nicht ganz fertig, ich denke in 1-2 Wochen ist es soweit. Ich kann keine quantitativen Daten liefern (Noise u.ä.) qualitativ funktioniert das System schonmal sehr gut. Das IC ist in Europa/USA schlecht zu bekommen, ich habe es direkt in China bestellt. Ggf findest man auf Ebay eine fertig aufgebaute Platine damit, von der man den Wandler runterfönen kann (ist ne SOP16 Package).

Das vielleicht nur mal so als Tipp oder Anregung, wie gesagt, bei Gelegenheit dann auch mal mehr dazu von mir ...

Gruß
Malte

[PICture]

Ich habe immer von Null mit Einfach angefangen und nur das nötige bis zum Gerät mit erforderlichen Parameter kompliziert.

[Peter(TOO)]

@PIC,

Ich habe schon einige µV- und pA-Messverstärker gebaut. Neben dem Layout (Guard Ring usw.) sind Temperaturdrift und Rauschen die grössten Probleme.
Der Rest ist dann Abschirmung

MfG Peter(TOO)

[Bumbum]

Hallo,

@Peter: Ich weiß nicht, ob es Augenwischerei ist. Ich wollte das Kernproblem der Genauigkeit mit meinem Lösungsvorschlag in den Messverstärker legen. Bei diesem muss ich aufpassen bei der Entwicklung. Alles was danach raus kommt sollte dann wieder einfach zu verarbeiten sein. Den "Workaround" von PICture fand ich deshalb einen guten Einfall für eine einfache weiterverarbeitung. Rauschen und Drift ist ja bei 3mV pro Gramm (nach dem Messverstärker), wenn ich "nur" auf 10 Gramm positionieren will doch gar nicht mehr so schlimm. Oder habe ich einen Denkfehler, den ich noch nicht sehe? Deinen Vorschlag mit dem Instrumentenverstärker werde ich durchdenken. Wenn das funktioniert ist mein "Kernproblem" ja gelöst.

Eine Frage noch zur Zelle: Dort steht Erregerspannung 5 bis 10VDC. Erhöht sich bei 10V Erregerspannung auch die Ausgangsspannung? Was bedeutet der Wert "Wetterte Ausgang: 1.0946mV / V"? Auf welche Erregerspannung bezieht sich dieser?

@malthy: Vielen Dank für den Hinweis. Ich habe mir den IC mal angeschaut und mir so einen fertigen Bausatz auf Ebay gekauft. (3,50€ inkl. Versand). 24 Bit bei +/-20mV bedeutet ja theoretisch eine Auflösung von 2,4nV. Das kann ich mir irgendwie nicht vorstellen. Aber bei dem Preis kann man mal Versuche starten.

@PICture: Wie darf ich deinen Kommentar verstehen? Ich habe das Projekt einfach angefangen mit einem Drucksensor, dabei habe gemerkt das es so nicht geht. Jetzt steht das Thema hier zur Diskussion und jeder einfache Vorschlag von mir wird als nicht durchführbar entlarvt. Bis jetzt kam leider noch kein einfacher Lösungsvorschlag. Hast du einen?

Viele Grüße
Andreas

[malthy]

Moin nochmal!

24 Bit bei +/-20mV bedeutet ja theoretisch eine Auflösung von 2,4nV. Das kann ich mir irgendwie nicht vorstellen.

Da wäre man dann längst Bereich von thermischem Rauschen . Die 24 Bit sind natürlich erstmal schlicht und einfach die Auflösung vom ADC. Input Noise der Eingänge ist im Datenblatt mit 90 nV RMS angegeben. Aber die begrenzenden Faktoren des Gesamtsystems sind vermutlich eh Linearität, Wiederholgenauigkeit und Hyterese der Wägezelle. Bei meiner Zelle gibt der Chinese 0.005% full scale an, ich würde aber mal vermuten, die Werte sind irgendwo abgeschrieben. Man sollte also nicht überrascht, sein wenn eine Billigzelle das nicht erreicht. Für mich geht die ganze Argumentation eh umgekehrt: ich habe - freundlich ausgedrückt - sehr wenig Ahnung von analoger Schaltungstechnik, aber immerhin die Erfahrung, dass insbesondere da der Teufel im Detail steckt. Insofern bevorzuge ich wo immer möglich eine integrierte Lösung. Da hat sich - wohl oder übel - in den letzten 10 Jahren extrem viel zu Gunsten des Halbwissenden getan .

Gruß
Malte

[Peter(TOO)]

Hallo Malte

Da wäre man dann längst Bereich von thermischem Rauschen . Die 24 Bit sind natürlich erstmal schlicht und einfach die Auflösung vom ADC. Input Noise der Eingänge ist im Datenblatt mit 90 nV RMS angegeben.

Zuerst einmal, sind die 24 Bit mit Vorzeichen. Die Waage geht nur in eine Richtung, da sind dann theoretisch nur 23 Bit nutzbar.
Die 90nV sind nochmals 5 Bit, dann sind noch 18 Bit übrig.
Dann sind da noch die 6nV/K, das Kostete bei einem dT für die Temperatur von 12K nochmals 5 Bit, bleiben noch 13 Bit übrig.

Dann kommt noch der nicht voll ausgenutzte Spannungsbereich dazu.

Bleiben also nur noch 10-12 Bit als signifikant übrig.

MfG Peter(TOO)

[malthy]

Hallo Peter,

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:

r_gesamt = sqrt((90 nV)^2+(6 nV/K*12K)^2) = 115.2562 nV

Nun ist

115.2562nV/2.4nV (1 LSB) = 48.0234 LSB

und

log2(48.0234) = 5.5857 bit

damit sollten mMn etwa 6 bit durch Rauschen verloren gehen. 23 bit - 6 bit = 17 bit, was (1/(2^17))*100% = 0.00076% Auflösung entspricht, und damit noch fast eine Größenordung unter den (optimistisch) angenommenen Werten für die Wägezelle liegt. Das war zumindest der Hintergrund meiner Argumentation oben, als ich die Wägezelle für den "begrenzenden Faktor" hielt. Was sehe ich da Deiner Ansicht nach falsch?

Mein Punkt war aber eh ein anderer: die Frage ist doch, ob man - insb als Anfänger - etwas diskret Aufgebautes hingefummelt bekommt, das besser als eine integrierte Lösung zB in Form dieses HX711 ist. Ich als jemand ohne viel Wissen im Bereich Analogtechnik wäre da zumindest für mich erstmal skeptisch.

Gruß
Malte

[PICture]

Ich habe das Projekt einfach angefangen mit einem Drucksensor, dabei habe gemerkt das es so nicht geht.

Wie/warum und was muß geändert werden damit es doch geht ?

Dein einfach Anfangen gefällt mir und ich bin immer erst nach detailierten Messungen, Analyse und Änderungen der Schaltung mit kleinem Schritt weiter gegangen.