[参考译文] 称重传感器电路设计

您好、Furro、

我将从这个方案开始：

e2e.ti.com/.../Furro.TSC

Kai

您可能会发现这也很有用：

Kai

您好、Kai、很抱歉回答很晚了。

我已经做了一些实验来识别称重传感器参数。

在3.31V 电源下、我将获得以下值：从信号桥臂到 GND 的1.66V 和1.65V、两个信号桥臂之间的电压为4.7mV。

对于另一个负载单元、我从信号桥臂获得与 GND 相同的值(1.66V 和1.65V)、而两个信号桥臂之间的电压为10.6mV。

从桥臂到桥臂的电阻分别为996欧姆和993欧姆。

我在 TI 网站上找到了一些有用的材料、尤其是 您 对该参考设计的建议似乎比较接近。 现在、我还学习了该参考设计。

但是、您能否向我解释一下如何使用 VCM 与 Vout 之间的关系图？ 此图是什么意思？

您好、Furro、

传统的3 OPAMP 仪表放大器有一些限制。 对于特定的电源电压和增益、并非所有差分输入电压和共模输入电压的组合都是合理的。 例如、当由单电源电压供电时、将强制内部节点变为负值的所有组合都无法处理。 假设您的共模输入电压不是1.65V、而是1.0V、那么您的输出电压绝不能上升到1.905V 以上：

使用此仿真器进行一些操作、看看图片右侧所示的最小和最大输出电压将如何变化。

是的、Tim Claycomb 的参考设计非常适合从一开始就进行设计。

另一个问题：您观察到的失调电压、这些失调电压是否没有任何作用？ 或者换句话说：这是零信号吗？

Kai

大家好、Kai、非常感谢您的耐心等待！

今天、我使用了 TINA 模型、但在仿真器中重新生成负载单元时遇到了一些问题。

使用我使用万用表从一个称重传感器测量的电阻器值、很难获得一些有效的仿真。

我的测量值似乎错误或 TINA 称重传感器模型错误。 在任何情况下、我都无法在仿真中正确再现加载单元。

现在、我找到 了另  一个展示一些公式并使用不同 TINA 称重传感器模型的参考设计。 我尝试理解这个示例。

是的、分别为4.2mV 和10.6mV 的失调电压是来自我的称重传感器的零信号。 在仿真器中、我的电压偏移有问题...

理论上、该电压偏移必须为零、但情况并非如此。 负载单元可能损坏了吗？

您好、Furro、

由于您的电桥的电桥电阻相当高、我将省略 R2和 R3并尝试此方案：

电桥失调电压可通过电桥电阻不匹配进行仿真：

使用此电路检查在对电桥施加力时 INA333的输出是否有任何变化。

e2e.ti.com/.../Furro1.TSC

与交流电桥激励的链路显示了一种读取电桥的复杂得多的方法。 此时、我不会遵循这种方法。 首先从上面的 INA333电路中检查电桥是否工作正常。  

Kai

尊敬的 Kai：

我已经使用您的模型进行了一些实验、尤其是我找到了为我提供零值和最大负载值的电阻器值。

e2e.ti.com/.../2318.Furro1.TSC

我已在称重传感器上使用1 kg 的质量并测量称重传感器终端之间的电压来获得最大负载值。 该范围非常窄、仅为0.5mV。  

在这个范围内、INA333输出将一个位从零值变为最大负载。 这对于这种电路而言是一种良好的行为？ 我的 ADC 是14位 ADC、我认为获得这种小电压变化是没问题的、但在这个负载单元中、我可以在电压范围(从零到最大负载的电压范围有点大)方面获得更好的结果。

我对您的模型有疑问、您只能使用一个用作应变仪的电容器。 实际上、我的称重传感器似乎有四个应变仪。 我已经完成了另一个仿真器、比如您的、但具有四个可变电阻器。 但结果大致相同：

e2e.ti.com/.../MyFurro1.TSC

该模型是正确的吗？

交流电桥 EXCI 激励参考设计。 我读取它、现在它有点复杂。 但是、有一些有关测压元件的有用信息、也提供了一种对测压元件进行建模的好方法。

您好、Furro、

XTR106数据表的图1显示了调整电桥失调电压的方法。 但我认为、当准轴的偏移电压比满量程范围(1kg)高10倍时、您的称重传感器会出现问题。 它应该正好相反：偏移电压应该比满量程范围小得多。

在我的仿真中、我使用了负载单元的所有四个电桥电阻(R4...R7)。 但为了仿真失调电压、我只更改了 R7以方便使用。 结果是相同的。 但是、当然、您是对的、通常所有四个电桥电阻都将显示不匹配、而不仅仅是一个。

Kai

尊敬的 Kai：

在实验室中、我发现了另一个负载单元、使用3.3V 的电源电压、在无负载时、我在信号端子之间测量0.1mV。

然而、当质量为1Kg 时、我在信号端子之间测量0.5mV 的电压。

这两个测压元件之间的差异是空载时存在偏移、第一个测压元件中存在偏移4.2mV、而第二个测压元件中存在偏移0.1mV。

然而、在两个负载单元中、相对于空载值、最大负载值几乎相同：第一个负载单元中为0.5mV、第二个负载单元中为0.4mV。

我认为问题是我使用的最大负载为1Kg、但实际上两个负载单元的额定最大值为7kg (这是回收负载单元时厨房秤的最大值)。

我的质量不是7kg、因此我无法使用此负荷单元验证此次功能。

但是、我们还有另一种负载单元。 它从最大承载量为0.5千克的珠宝级回收。 在本例中、我在无负载时测量10.6mV 的偏移、在最大负载(0.5kg)时测量14.8mV 的电压。 在这种情况下、空载和最大负载之间的差值大约为 mV、相对于其他两个值可能更正常。 我认为、如果这是正常情况、是因为我在最大负载下使用了0.5kg、这是该负载单元的最大负载。

我不是专家，所以我不能给你一个关于我的能力的具体答案。 很难找到数据来比较我的结果。 也许最好购买一个新的廉价称重传感器、而不是从厨房秤回收... )

您好、Furro、

如果失调电压随时间和温度的变化保持稳定、则称重传感器的失调电压本身不会出现问题。 在微控制器的帮助下分析称重传感器的信号时、甚至无需进行硬件偏移调整。 您可以在软件中轻松调节失调电压。

另一个问题是迟滞。 再次移除重量时、偏移的行为如何？ 是否存在迟滞？ 迟滞无法通过任何测量进行调节。 因此、迟滞可能是真正的限制因素、不一定是偏移。

Kai

尊敬的 Kai：

此时、我没有看到过对称重传感器的任何迟滞影响。 它将在获取某些数据时发出、我将对它们进行分析。  

此时、我的问题是加载单元的垃圾邮件。 实际上、此垃圾邮件非常狭窄、我认为这意味着整个采集系统的分辨率很低。

两个加载单元在空载和最大加载之间具有大约0.5mV 的垃圾邮件、而小型加载单元在空载和最大加载之间具有大约4.2mV 的垃圾邮件。

这将从 INA333放大、但 ADC 将看到少量的电压信号。 我需要正确选择 INA333的增益以获得最大分辨率。

我认为使用此传感器很难提高分辨率。

我同意您使用软件调整失调电压、因为整个系统意味着负载单元上始终存在少量负载(它是一个具有其支持的转子、其总质量约为60/70 gramms)。

在任何情况下、我都需要测量皮重并将其从最终测量中移除。

但是、我认为最好使用硬件来去除偏移、因为我可以选择高放大增益而不使 INA333输出饱和。