Схема за измерване на натиск

[yasko]

Имам една задача за измерване на силата на притискане между две плоски повърхности (две големи батерии)и реших да се опитам да сглобя един прост прибор за целта. Първата задача бе избор на сензор. Първоначално разглеждах този: https://www.sparkfun.com/products/9375, но се оказа че не стават за точно измерване. После открих фирмата Tekscan и се оказа че те имата подходящи модели. А взех този: https://www.tekscan.com/products-solutions/force-sensors/a201. Този модел се предлагав три работни диапазона, в момента тествам този който е 0 - 111N (0 - 25 lb). Към описанието на сензора има примерна схема на включване,  която прилагам тук. . В следващи пост ще  опиша по-подробно принципа на действие и схемата

[yasko]

Схемата по-горе представлява типичен трансимпедасен усилвател, който пребразува протичащия през сензора ток в напрежение. Тази схема на включване се обуславя от характеристиките на сензора:



Кривата на съпротивлението е доста нелинейна за разлика от кривата на проводимостта, която има добър линеен отклик спрямо приложената към сензора сила.  Известен недостатък на тази схема на вклюване е необходимостта от отрицателно захранващо напрежение за сензора. Практическа реализация на горната схема е приложена по-долу:



Схемата се захранва с 5V стабилизирано напрежение. Трансимпедансия усилвател е реализиран с MCP6002. Чрез тримера RV1 се регулира усилването в процеса на калибровка на сензора. Сензора се включва между пин 1 и 3 на конектора P1.  Той се захранва с отрицателно напрежение с амплитуда 1V, което се получава по следния начин:  първо с чрез TC7760 се получват -5V, след което с помощта на транзистора Q1 то се намалява на  -1V.  Тази схема на захранване на сензора няма добра температурна стабилизация, но за лабораторни проби е ОК.
Проведените тестове покзаха че схемата работи добре и предстои да направя калибрация на сензора.

[bateAz]

Здрасти!
Не мога да си го представя как това ще работи "добре"
Опорното напрежение, което ползваш е силно зависимо от температурата, очaквам около  - 2.5-3 mV на градус. Т.е 3 градуса затопляне - и вече мериш с един процент по-високо съпротивление. Оправи го, няма да ти давам жокери как. И като цяло - нещо усложнено ми изглежда с тази помпa (7660) ... Сложи 2 диода да ти пазят входа на ОУ, ако сензорът е извън платката ( очевАдно е).
Радвам се, че макар и рядко, има такива постове във форума.

[yasko]

Здравей,

Прав си относно схемата за опорното напрежение .  Малко съм я по забравил аналоговата схемотехника. Ако може да  предложиш по-елегантно решение как да направяи -1V от +5V ще съм благодарен.

P.S.
Направих една бърза симулация на LTSPICE на схемата за опорно напрежение, температурната зависимост е около -2mV/deg. Но съпротивлението на сензора се променя в доста голям диапазон и за еднократни измервания, тази нестабилност е приемлива.

[yasko]

Малко резултати от реалните измерването. Опитната постановка е малко импровизирана - за измерване на натиска ползвам домакинско кантарче с обвхват - 5kg. За плавно прилагане на сила към сензора използвам CNC машинка, като на шпиндела съм закрепил адаптор, който покрива работната повърхност на сензора. За измерване на съпротивлението ползвам схемата от по-горе.



Направих калибровакa на схемата с тримерa PV1, така че 10N (1kg) натиск да съответсват на 0.5V на изхода на схемата. Следа това приложих плавно натиск в диапзона от 1N-30N и получих следната крива:



Като цяло сензора работи добре, но има някои особености в резултатите.  За тях обаче в следващия пост.

[bateAz]

Сегашната ти схема дава резултат, пропорционален на захранващото напрежение. Това може да е проблем, а може и да е желано ( например, ако изхода се мери с ADC, което ползва за референс захранването си - обичайно решение за PIC ).
Ако ще се прави да не зависи от захранването, ще има усложнения.
Най-простото решение за отрицателно напрежение е, ако въобще го няма. Подпираш (+) входа с резисторен делител, който дава +0.5 волта (примерно). Сензора го включваш между масата и (-) входа. Обратната връзка я правиш 2 пъти по-високоомна от сега, промерно 0 - 220К. Сериен резистор за тримера не е нужен, при 0 ома тример нищо фатално няма да се случи. Изходът на схемата ще е с 0.5 волта отместен към +. Ако искаш изходно напрежение, не зависещо от входното, резисторният делител трябва да вземе опорно напрежение от стабилизатор - 1 ценер  с резистор е достатъчен. Препоръчвам между (-) входа и изхода да сложиш 22 - 47 нанофарада. Не пречи и ако (+) входа го дадеш на маса през 1 микрофарад.

[yasko]

Благодаря за съветите! Ще се опитам по-нататък да преработя схемата.