Тензометрический мост, как правильно питать? Опции

[Herz]

Требуется мне собрать простенькое устройство по поддержанию веса. Есть тензометрическая балка и однополярное питание 12В.
Вроде никаких загвоздок не предвидится, но возник вопрос: как правильно запитывать мост? С одной стороны, рекомендуется запитывать стабильным напряжением и даже регламентируется зависимость чувствительности от питающего напряжения, а с другой мне удобнее запитать мост стабильным током и, кажется, вариант ничем не хуже. Из application notes однозначного ответа не получил. Есть ли у кого конкретные рекомендации?

[Tanya]

Требуется мне собрать простенькое устройство по поддержанию веса. Есть тензометрическая балка и однополярное питание 12В.
Вроде никаких загвоздок не предвидится, но возник вопрос: как правильно запитывать мост? С одной стороны, рекомендуется запитывать стабильным напряжением и даже регламентируется зависимость чувствительности от питающего напряжения, а с другой мне удобнее запитать мост стабильным током и, кажется, вариант ничем не хуже. Из application notes однозначного ответа не получил. Есть ли у кого конкретные рекомендации?

Это почти одно и то же в данном случае... Если не брать во внимание, что паразитный разогрев в случае питания током будет больше... в принципе. Но, думается, приклеено хорошо к большой балке...

[Herz]

Это почти одно и то же в данном случае... Если не брать во внимание, что паразитный разогрев в случае питания током будет больше... в принципе. Но, думается, приклеено хорошо к большой балке...

Да хорошо приклеено, я сам удивился, каким напряжением(током) рекомендуется его питать... А больше ведь не факт, я не стану злоупотреблять...

[Tanya]

Да хорошо приклеено, я сам удивился, каким напряжением(током) рекомендуется его питать... А больше ведь не факт, я не стану злоупотреблять...

А есть еще более вредный совет - питать импульсами, пока не успевает существенно разогреться.
Но не очень часто. Формулу для мощности сказать? Чувствительность поднять можно, если не нужно очень уж непрерывно...

[akl]

...Есть ли у кого конкретные рекомендации?

Здравствуйте.
Применяю приведенную ниже схему (очень упрощенную). Это не рекомендация, а пример.
 tenzo_vishay.rar ( 10.13 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1162

 AD7798_7799_new.pdf ( 890.42 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1448

[Alex03]

Очень часто напряжение питания тензобалки (ТБ) заводят (через делители) на вход(ы) Ref АЦП, соответственно, даже при нестабильном напряжении питания ТБ, АЦП измеряет уровень сигнала относительно Ref-а, что повышает точность.
Если кабель к ТБ довольно длинный то полезно применять 6-ти проводное подключение.
Ещё применяют переменное напряжение питания, для уменьшения влияния ухода параметров аналоговой части.

[Herz]

А есть еще более вредный совет - питать импульсами, пока не успевает существенно разогреться.
Но не очень часто. Формулу для мощности сказать? Чувствительность поднять можно, если не нужно очень уж непрерывно...

Спасибо, возьму на заметку - мысль понравилась. Но пока, надеюсь, не понадобится.

Здравствуйте.
Применяю приведенную ниже схему (очень упрощенную). Это не рекомендация, а пример.
 tenzo_vishay.rar ( 10.13 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1162

 AD7798_7799_new.pdf ( 890.42 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1448

Очень часто напряжение питания тензобалки (ТБ) заводят (через делители) на вход(ы) Ref АЦП, соответственно, даже при нестабильном напряжении питания ТБ, АЦП измеряет уровень сигнала относительно Ref-а, что повышает точность.
Если кабель к ТБ довольно длинный то полезно применять 6-ти проводное подключение.
Ещё применяют переменное напряжение питания, для уменьшения влияния ухода параметров аналоговой части.

Спасибо, понятно. У меня даже AD7730 пару штук есть на такой случай. Но сейчас устройство должно получиться простым, даже примитивным - рассчитываю обойтись инструментальным усилителем, ИОНом и компаратором. Похоже, всё-таки, принципиальной разницы в режимах питания (ток или напряжение) нет.

[akl]

...Если кабель к ТБ довольно длинный то полезно применять 6-ти проводное подключение...

ИМХО, лучше по кабелю передавать уже цифру или усиленный измеряемый сигнал.

[sss992]

При питании током может получиться большая(!) температурная погрешность. Это связано с тем, что входное сопротивление тезорезисторных мостов, как правило, возрастает с повышением температуры.

[kipmaster]

При питании током может получиться большая(!) температурная погрешность. Это связано с тем, что входное сопротивление тезорезисторных мостов, как правило, возрастает с повышением температуры.

Большая или меньшая - зависит от конкретного датчика. При питании напряжением чувствительность тензомоста как правило падает с ростом температуры. При питании током из-за положительного ТКС тензорезисторов с ростом температуры растет напряжение питания моста и таким образом происходит частичная компентация падения чувствительности. От технологических параметров полупроводника (уровень легирования) зависит степень компенсации, может быть даже перекомпенсация - положительный ТКЧ. В любом случае питание током несколько уменьшает ТКЧ.
По поводу питания импульсами - не советую. При включении питания моста происходят всякие переходные процессы, связанные с токами утечки и еще всякой полупроводниковой фигней. У некоторых производителей (Motorola) выход стабилизируется через десятки минут после подачи питания. Поэтому лучше питать мост непрерывно.

[Herz]

При питании током может получиться большая(!) температурная погрешность. Это связано с тем, что входное сопротивление тезорезисторных мостов, как правило, возрастает с повышением температуры.

Извините, не вижу связи. Температурная зависимость сопротивления, полагаю, одинакова для всех плечей моста и никак не связана со способом его запитки.

Большая или меньшая - зависит от конкретного датчика. При питании напряжением чувствительность тензомоста как правило падает с ростом температуры. При питании током из-за положительного ТКС тензорезисторов с ростом температуры растет напряжение питания моста и таким образом происходит частичная компентация падения чувствительности. От технологических параметров полупроводника (уровень легирования) зависит степень компенсации, может быть даже перекомпенсация - положительный ТКЧ. В любом случае питание током несколько уменьшает ТКЧ.
По поводу питания импульсами - не советую. При включении питания моста происходят всякие переходные процессы, связанные с токами утечки и еще всякой полупроводниковой фигней. У некоторых производителей (Motorola) выход стабилизируется через десятки минут после подачи питания. Поэтому лучше питать мост непрерывно.

Полупроводниками, похоже, там и не пахнет. Обычная фольга или даже проволочка.

[sss992]

Извините, не вижу связи. Температурная зависимость сопротивления, полагаю, одинакова для всех плечей моста и никак не связана со способом его запитки.

ТКС примерно одинаков для всех плеч, но выходное дифференциальное напряжение моста прямо пропорционально напряжению питания. При питании напряжением все ОК. При питании током, повышая температуру, получите рост входного сопротивления -> рост напряжения питания (U=IR)-> увеличение измеренного значения веса.

Большая или меньшая - зависит от конкретного датчика.

Согласен. Я имел ввиду именно эту балку - производитель не случайно указывает способ питания.

Полупроводниками, похоже, там и не пахнет. Обычная фольга или даже проволочка

Покопайте поглубже. Где-то должна быть структура Кремний На Сапфире и чт. подобное.

[Herz]

ТКС примерно одинаков для всех плеч, но выходное дифференциальное напряжение моста прямо пропорционально напряжению питания. При питании напряжением все ОК. При питании током, повышая температуру, получите рост входного сопротивления -> рост напряжения питания (U=IR)-> увеличение измеренного значения веса.

Не думаю, что увеличение (в разумном диапазоне температур, разумеется) будет иметь сколько-нибуть значимую величину. Ведь даже для полного моста выходное напряжение составит U=(Ub/R)dR, (а для полумоста U=(Ub/2R)dR) и увеличение общего сопротивления (при питании током) приводит и к увеличению числителя (напряжения питания моста Ub), и знаменателя R. (Ток остаётся неизменным). При типичной чувствительности мостов в единицы милливольт на вольт величина dR составляет тысячные доли R и его температурное изменение незначительно. Существуют оба способа питания мостов и явного преимущества одного перед другим как-то не заметно.

Согласен. Я имел ввиду именно эту балку - производитель не случайно указывает способ питания.

В том-то и дело, что прямого указания на способ питания именно этой конкретной балки я в документации не обнаружил.

Покопайте поглубже. Где-то должна быть структура Кремний На Сапфире и чт. подобное.

Существуют, конечно. Но, по всем признакам, этот тип - "металлический"...

[sss992]

При воздействии температуры dR изменится в процентном соотношении так же, как и R, то есть величина dR/R останется постоянной. Значит и напряжение питания следует сделать независимым от температуры.
Возможно это не Ваш случай. Если ТКС мал, то подойдут оба способа питания. Если ТКС большой и, к тому же, имеется большое снижение чуствительности к деформации с ростом температуры, то питание током. Последний случай типичен для преобразователей веса/давления на КНС, но все зависит от технологий изготовления.

[Суханов Сергей]

Уважаемый Herz, здравствуйте.
Имею в этой области большой опыт, нужна ли ещё помощь?
С уважением Сергей.

[Herz]

При воздействии температуры dR изменится в процентном соотношении так же, как и R, то есть величина dR/R останется постоянной. Значит и напряжение питания следует сделать независимым от температуры.
Возможно это не Ваш случай. Если ТКС мал, то подойдут оба способа питания. Если ТКС большой и, к тому же, имеется большое снижение чуствительности к деформации с ростом температуры, то питание током. Последний случай типичен для преобразователей веса/давления на КНС, но все зависит от технологий изготовления.

Вы правы, конечно. Для высокого ТКС и высокой чувствительности, характерной полупроводниковым датчикам, актуальнее. Спасибо Вам за внимание к теме.

Уважаемый Herz, здравствуйте.
Имею в этой области большой опыт, нужна ли ещё помощь?
С уважением Сергей.

Спасибо.
Макет пока работает, но жизнь не остановилась. С удовольствием ознакомлюсь с Вашими рекомендациями.

[INT1]

Как то нашел рекомендации от AD в переводе, посмотрите, может окажутся полезными:
http://www.bookarchive.ru/tekhnicheskaja_l...uirovanija.html

[Herz]

Как то нашел рекомендации от AD в переводе, посмотрите, может окажутся полезными:
http://www.bookarchive.ru/tekhnicheskaja_l...uirovanija.html

Спасибо, это как раз есть у меня. Полезная литература.

[Суханов Сергей]

Уважаемый Herz, здравствуйте.

....С удовольствием ознакомлюсь с Вашими рекомендациями.

Поскольку, в моей практике, тензомосты используются при измерении нагрузок на буровой установке => повышенное требование к надежности их работы.
Питание моста - REF 192, усилитель - ОР 113 или АД 820, ИМХО ОРешка лучше.
Единая схема с разным коэффициентом усиления, третий год в активной эксплуатации (круглосуточно и практически круглогодично, с размещением на улице).
Схема прилагается.
С уважением Сергей.

Прикрепленные файлы

 _____.rar ( 19.3 килобайт ) Кол-во скачиваний: 410

 

[Herz]

Уважаемый Herz, здравствуйте.

Поскольку, в моей практике, тензомосты используются при измерении нагрузок на буровой установке => повышенное требование к надежности их работы.
Питание моста - REF 192, усилитель - ОР 113 или АД 820, ИМХО ОРешка лучше.
Единая схема с разным коэффициентом усиления, третий год в активной эксплуатации (круглосуточно и практически круглогодично, с размещением на улице).
Схема прилагается.
С уважением Сергей.

Благодарю Вас, ознакомился. Позвольте узнать, чем обусловлен Ваш выбор усилителей? Почему инструментальным и даже просто монолитным дифференциальным Вы предпочли обычный ОУ, к тому же с довольно приличными входными токами и совсем не дешёвый? Дополнительно потребовались точные резисторы. Разве это решение кардинально надёжней? Вот моя нынешняя схема. Усиление - ок. 4000. Строгие требования предъявляются только к резистору R5. Покритикуйте, пожалуйста.

[Суханов Сергей]

Уважаемый Herz, здравствуйте ещё раз.
Схема мной предложеная, только из экономии места, и простоты конструкции. Разрабатывал и подобно Вами предложеную схему, вышла неморгим более громоздка, а "в кринку не влезла", сопротивления же - просто изначально хотел уменьшить возможный температурный дрейф. Из-за зрения сильно напрягает планарная элементная база, а сильно жаль , "играю" DIP-скими корпусами.
С уважением Сергей.

[sensor_ua]

Усиление - ок. 4000. Строгие требования предъявляются только

Да Вы, батенька, оптимист

[Пушкарев Михаил]

Крайне безграмотная схема. Какой смысл подключать резистор R7 сопротивлением 124 Ома параллельно внутреннему резистору сопротивлением 21 кОм, имеющему допустимое отклонение от номинала до 25 % и неизвестный температурный коэффициент. Зачем из возможного стабилизированного напряжения на выходе 4 делать нетермостабильное, питать им мост и делитель смещения нуля.

[Herz]

Да Вы, батенька, оптимист

Иногда.

Крайне безграмотная схема.

Спасибо за оперативную оценку.

Какой смысл подключать резистор R7 сопротивлением 124 Ома параллельно внутреннему резистору сопротивлением 21 кОм, имеющему допустимое отклонение от номинала до 25 % и неизвестный температурный коэффициент. Зачем из возможного стабилизированного напряжения на выходе 4 делать нетермостабильное, питать им мост и делитель смещения нуля.

Смысл в стабилизации тока. Боюсь, Вы невнимательно прочитали схему.

[sensor_ua]

Какой смысл подключать резистор R7

С этого резистора снимается ОС - схема источника тока с незаземленной нагрузкой (нагрузка - мост). А вот наличие встроенного резистора в параллель можетт быть критично более по температурной и прочей нестабильности, чем ввиду начальной погрешности. Интегральные резисторы в делителях часто имеют очень высокие показатели температурного ухода, но для делителей это не слишком важно, потому как плывут все резисторы делителя.

[muravei]

Вот моя нынешняя схема.

Тоже надо подключить мост, только датчика давления. Понравилась INA125, возможностью впадания в спячку . Возник интерес получить от нее не только 10 в для моста , но и 1.25 и 2.5 для смещения опера и опоры АЦП МК. Подозреваю , прямое подключение все перекосит. Поэтому ,что лучше:
1) Развязать повторителями
2) сделать из 10в питания моста
3) поставить отдельный ИОН

[Суханов Сергей]

Уважаемые коллеги , здравствуйте.
Мной предложенная схема работает и тензомембраной КУ порядка 30.
Работает прекрасно Питание Т-моста согласно его паспорта.
С уважением Сергей.

[sensor_ua]

Добавлю.
Питание моста током или напряжением есть один из его параметров, при котором производитель обеспечивает другие основные характеристики. Существуют "голые" мосты и включающие в себя схему коррекции по температуре. Последние ещё более привязаны к способу питания.
Какой бы ни был способ питания, практически наиболее приемлемые точностные результаты получаются в схемах с пропорциональным способом измерения (ratiometric) - 6-и и 4-х проводные схемы. Рабочие условия накладывают требования к температурным уходам вторичного (нормирующего) преобразователя (усилителя). Схемы в общем также можно разделить на использующие калибровку(и) в канале и неиспользующие (например, обеспечивающие нормированный аналоговый выходной сигнал). Последние требуют для обеспечения лучших начальных погрешностей преобразования аппаратных или программных регулировок смещения нуля и коэффициента передачи (максимума шкалы).
Что касается самих усилителей, то смещение нуля (нормируется значение приведенное ко входу) и его дрейф ограничивают запас точности при увеличении коэффициента передачи. Также в бюджет ошибок входит уход точных резисторов, задающих коэффициент усиления.
При использовании 24-битного АЦП без встроенного PGA практически (с учётом реальных погрешностей сенсоров и ENOB около 19 бит) при пропорциональной схеме включения имею соотношение - сенсор - мост 4 кОм (термокомпенсированный), питание моста 2.5 В-3 В (нестабилизированное, но медленно меняющееся - литиевая батарея), размах сигнала сенсора при полной шкале около 20 мВ, обеспечиваемая погрешность +-0.1%FS и столько же дополнительная в диапазоне температур -40..+60 град. Цел. - требуемый Ку диффусилителя с диффвыходом на chopper-ОУ оказался оптимальным аж 6 - менее было мало, а более не имело смысла - приведенную ошибку улучшить можно было на крохи (доведя Ку где-то до 10, а более приводило бы к ухудшающему влиянию усилителя). Естественно всё это с учётом многотемпературных калибровок.
Так что включать, IMNHO, нужно как пишет производитель. А по остальному - стОит разобраться с пожеланиями по точностям/погрешностям, определить вид и ожидаемую погрешность усилителя и его уж выбирать, держа под контролем бюджет ошибок.
Посмотрите для интересу подборку схем http://www.cirrus.com/en/pubs/appNote/an31.pdf

[Herz]

.........
Посмотрите для интересу подборку схем http://www.cirrus.com/en/pubs/appNote/an31.pdf

Хорошая подборка, основательная. Подтверждает тот факт, что универсальных решений не бывает.

[Суханов Сергей]

Уважаемый fleshget, здравствуйте.
Вот ещё одна схема, правда более громоздкая, но в своё время неплохо себя показала.
С уважением Сергей.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Уважаемый fleshget, здравствуйте.
Вот ещё одна схема, правда более громоздкая, но в своё время неплохо себя показала.
С уважением Сергей.

Типичный пример "лобового" решения. Если уж собирать ИУ на трёх ОУ, логичнее использовать сбалансированную схему с лучшим КОСС.

[INT1]

Ну, Вы не забывайте, когда это все разрабатывалось. Давали две горсти транзисторов и одну операционников, - разрешенных к применению в разработках. Остальное- для ВПК, или еще только в "разработке"у МЭП_овцев, в смысле ,- сдирали.

[Herz]

Ну, Вы не забывайте, когда это все разрабатывалось. Давали две горсти транзисторов и одну операционников, - разрешенных к применению в разработках. Остальное- для ВПК, или еще только в "разработке"у МЭП_овцев, в смысле ,- сдирали.

А какая разница? Те же операционники можно просто было включить по-другому. Я не знаю, где - как, но, ИМХО, для ВПК перечни разрешённых были самые строгие.

[Herz]

Вот, вынужден вернуться к теме, намерен заменить аналоговое решение цифровым. Прежде чем выбрать АЦП, решил кое-что прояснить. Две тензобалки, которые я использовал с вышеприведенной схемой были на 350 и 1000 ом. Чувствительностью 0.5 и 1.5 мВ/В соответственно. Питаются мосты примерно 18 вольтами. Так вот, усиление, тем не менее, потребовалось более 4500 в одном и более 1500 в другом случае. (Можно было и поменьше раза в три, правда). А встроенные в в АЦП усилители имеют типичное усиление порядка 128 и примеры их включения даются с 5В (и меньше) питанием мостов. Поэтому пытаюсь понять, то ли мне датчики попались такие "дубовые", то ли я чего не так делаю... Поделитесь, кто что применял, в какой конфигурации.

[bayguzov]

Для батарейного питания с МК, у меня есть такая схема
все элементы можно подобрать и для большего напряжения питания.
отдельный термодатчик для компенсации температурных уходов оч. важен., остальные погрешности вычитаются при пересчете в цифрах.

Сообщение отредактировал bayguzov - Feb 24 2009, 11:05

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Для батарейного питания с МК, у меня есть такая схема

Спасибо. Питание - 3В? А датчик какой используете? И зачем резисторы R25, R26?

[bayguzov]

Питание трех вольтовое, от батарейки через LDO. Датчик 120 Ом, из фольговых тензорезистов. Резисторы R25 R26, нужны для балансировки моста.
Если тензорезисторы наклеить на объект то достаточно просто пересчитать деформацию в мВ выходного сигнала, и выбрать нужное усиление для схемы.

[Herz]

А чувствительность датчика не помните примерно? И как Вы устанавливали соответствие показаний температурному влиянию? Проводили калибровку в термокамере?

[bayguzov]

Чувствительность датчика в мВ/В я не помню, всегда считал выход по деформации (изменение сопротивления датчика от нагрузки). примерно 1.5 мВ/В должно быть. Калибровка не сложная, датчик нагружался при температуре +20 град.Ц, и -20 град.Ц, чувствительность изменялась примерно 5%. Диапазон самокомпенсации датчиков и чувствительность к изменению температуры указываются в паспортах на датчики, собственно эти параметры и учитывает дополнительный термодатчик.
Если у вас датчик полупроводниковый то схема будет другой, желательно токовое питание, а какие поправки понадобятся я не знаю.

[Herz]

Всё ясно, спасибо.

[JeckDigger]

ИМХО, лучше по кабелю передавать уже цифру или усиленный измеряемый сигнал.

Судя по фото, схема несколько доработана, не могли бы Вы поделится доработанной схемой.