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1. 惠斯通电桥原理
惠斯通电桥各个臂上电阻变化时,计算过程如下图所示:
- 单个臂变化时δv = 1/4(δr/r)
- 两个臂变化时δv = 1/2(δr/r)
- 四个臂变化时δv = δr/r
- 多臂变化时,r1、r3同步增减;r2、r4同步增减
1.1 应变片
把电阻应变片作为惠斯通电桥中的电阻,则相应的电路如下图所示。
1.2 常见电子秤传感器
电子秤传感器种类很多,按照量程范围大致分为
- 小量程(<5kg):生活中常见的厨房秤、珠宝/黄金秤等
- 一般量程(<50kg):体重秤等
- 大量程(>50kg):地磅等
1.2.1 小量程电子秤传感器
一般为悬臂式结构,如下图所示,电阻应变片贴在悬臂的上下两侧
1.2.2 一般量程电子秤传感器
一般为e型或者g型结构,如下图所示,
桥臂上贴了两个应变片,为半桥式结构,如下图所示
内部有两个1kω的应变片,量程为50kg。测量时外侧边施加外力,e字形传感器的应变梁部分和外侧边形成一个方向相反的力,中间的应变梁发生弯曲变形。e型传感器有三种使用方式:
- 用一只传感器配合外接高精度电阻组成全桥测量,量程为一个传感器的量程:50kg,对外接电阻要求较高;
- 用两只传感器组成全桥测量,量程为两只传感器的量程之和:100kg;
- 用四只传感器组成全桥测量,量程为四只传感器的量程之和:200kg;
2. hx711检测电路
hx711是一款高精度24位a/d转换芯片,集成了稳压电源、片内时钟振荡器、数字通信功能。专为电子秤设计,提高了整机的性能和可靠性。内部框图如下:
官方推荐原理图设计如下图。淘宝上有很多做好的hx711模块,可以直接买过来做测试使用。
3. 程序要点
platformio的库中有hx711的驱动和例程,可以方便的调用。
编程注意:
- 启动后需要先采集初始值offset,后续实际测量值要减去offset
- 测量值-offset后,要除以一个scaler,计算出来的值才是实际重量
- 最好用标准砝码做校准
测试
家里一个厨房秤坏了,拆开检测问题。现象:开机后一直显示0g,无论放多重的物体都是0g。
拆机如下图:
在这里插入图片描述
- 拆下来e型传感器单独测试:红白间电阻1k,红蓝间电阻1k,白蓝间电阻2k。正常
- 单独将4个e型传感器连接成惠斯通全桥,检测各点电阻:e+与e-电阻2k,v+与v-电阻2k,e+与v-1.5k,e+与v+1.5k,正常。
- 将惠斯通全桥接到hx711模块单独测试:发现读取回来的值一直是-8388608。说明e型传感器已经变形,超出测量范围。在开机启动的时候经过去皮处理,就一直显示0g了。
- 更换悬臂型传感器到厨房秤电路上后,读数开始变化,不再是0g
结论:e型传感器坏了,可能是使用过程中放了超过量程的重物,导致传感器永久变形了。
问题
拆解e型传感器如下图所示:
问题:
- 上图中应变片贴在上桥臂上,向下压时,应变片拉长,电阻变大。但是半桥中,应该是一个r变大,一个r变小,如何实现?
参考
- https://blog.csdn.net/weixin_41659040/article/details/111753439
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