Gewichtsmessung für Cocktails

[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

[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.

[Peter(TOO)]

Hallo Andreas,

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.

Wenn du erst mal auf die 3mV/g gekommen bist, kannst du das direkt an einen ADC einspeisen und den Rest berechnen.

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?

Wetterte ist ein Druck- oder Übersetzungsfehler.

Die Erregerspannung ist diejenige Spannung, welche man an die Brücke ablegt.

Da das Ganze über Widerstandsverhältnisse funktioniert, ist die Messspannung direkt proportional zur Erregerspannung.

Bei 5kg und einer Erregerspannung von 1V hättest du eine Messspannung von 1.0946mV, bei 2 Volt Erregerspannung dann das doppelte.
Bei 10V bekommst du 10.946mV als Messspannung bei 5kg

Allerdings steigt mit der Spannung auch die Verlustleistung in den Widerständen der Messbrücke.
Eine höhere Verlustleistung bedeutet aber auch eine höhere Temperatur und eine längere Zeit, bis eine stabile Endtemperatur erreicht wird.
Solange der Sensor nicht gleichmässig durchgewärmt ist, driftet dein Signal.

MfG Peter(TOO)

[PICture]

Solange der Sensor nicht gleichmässig durchgewärmt ist, driftet dein Signal.

Deshalb, falls möglich, sollte Messbrücke nur kurz für Messzeit mit Spannung versorgt werden. Ausserdem ist noch ein Thermometer nötig um eventuellen Offset bei jeder Umgebungstemperatur softwaremässig korriegieren zu können.

[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

[Bumbum]

Hallo,

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

Das habe ich im Thread bereits irgendwo erwähnt. Das Hauptproblem des Drucksensor ist, dass er bei konstanter Last trotzdem sein Signal ändert. Er "kriecht" kontinuierlich in eine Richtung. Die kriechende Änderung ist so groß, dass ich nicht untercheiden kann, ob die Änderung durch weiteres Einschenken, oder durch den Sensor selbst kommt. Weiterhin ist die Höhe dieser Änderung abhängig vom Druck der auf dem Sensor lastet. Das ganze ist also eigentlich unmöglich herauszurechnen.

@Peter: Danke für die Erklärung der Erregerspannung. Manchmal sieht man den Wald vor lauter Bäumen nicht. Es steht ja eindeutch mV/V. Wegen der Temperaturkonstanz würde die Messbrücke immer mit Spannung versorgen. Spricht etwas gegen diese Vorgehensweise?

Deine Berechnung zu den 24 Bit ist schon wieder ernüchternd. Gehen wir mal von 10V Erregerspannung aus. Ich habe also 2,2µV / g. Das kling echt nicht viel. Wenn man es mal hinschreibt merkt man erst wie wenig das ist.

Bei meiner Berechnung habe der Auflösung ich das Vorzeichen bereits berücksichtigt. Aber deine Werte sind trotzdem ernüchternd.
Bei einer Auflösung von 2^23 komme ich auf 2,4nV / digit. 90nV Rauschen ergibt 37 digits bzw. eigentlich 6 Bits. Das mit der Temperatur müsste man doch mit einem Sensor rausrechnen können oder? Ein weiterer NTC an einem ADC sollte das Problem lösen. Bleiben gut gerechnet 16 Bit Auflösung, bzw. 305nV / digit. Oder anders gesehen: bei 2,2µV / g und 305nV / digit sollte noch genug "Headroom" bieten für Rauschen und anderes.

Viele Grüße
Andreas

[Peter(TOO)]

Hallo Malte,

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:

Ich habe es nur im Kopf überschlagen und auf ganze Bits gerundet.

Ich wollte nur abschätzen, was von den anfänglich beeindruckenden 24 Bit, so übrig bleibt.

Um genau zu rechnen, müsste man auch noch den Teilbereich, welcher die Messzelle tatsächlich ausnutzt einbeziehen.

Ein anderes Problem ist, dass im Datenblatt nur typische Werte stehen.
Man hat also keinen Bezug zur garantierten Streuung, bzw. wie gut die den Herstellungsprozess im Griff haben. Somit kann man gar nicht wirklich genau rechnen, sondern nur schätzen oder Prototypen selber ausmessen

NS hatte in Ihren Datenblättern nicht nur Min, Max und Typisch unterschieden, sondern auch Parameter welche garantiert und in der Fabrikation gemessen wurden und solche die sich, rechnerisch, aus dem Design ergeben.

Von manchen Herstellern hatte ich in meinem Leben auch schon Working Samples. Da bekommt man im allgemeinen ein Liste mit den von Hand vermessenen Parametern, meist eine Kopie einer ganzen Liste, nicht nur von den 2 Stück die man ergattern konnte.
Bei manchen Herstellern ist dann zum Datenblatt wenig Abweichung zu den typischen Werten, bei anderen ist sehr viel Luft, zu dem was im Datenblatt garantiert wird.

Bei einem Hersteller hatte ich deshalb mal ein Problemchen, sogar mit Chips aus der Serie.
Der Datenerhalt fürs RAM war mit 2V angegeben. Tatsächlich haben die Dinger, bei Raumtemperatur, die Daten noch mit 200mV sicher gehalten.

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

Hallo Andreas,

Das habe ich im Thread bereits irgendwo erwähnt. Das Hauptproblem des Drucksensor ist, dass er bei konstanter Last trotzdem sein Signal ändert. Er "kriecht" kontinuierlich in eine Richtung. Die kriechende Änderung ist so groß, dass ich nicht untercheiden kann, ob die Änderung durch weiteres Einschenken, oder durch den Sensor selbst kommt. Weiterhin ist die Höhe dieser Änderung abhängig vom Druck der auf dem Sensor lastet. Das ganze ist also eigentlich unmöglich herauszurechnen.

Aber in %/K sollte es konstant sein!

Zur Temperaturkompensation ist aber noch ein zusätzlicher Widerstand auf dem Drucksensor vorhanden.
Aber ich habe dir da schon geschrieben, dass man das Datenblatt braucht um Kompensieren zu können.

Das Andere ist noch, wie viel Drift vom Sensor kommt und wie viel vom Verstärker.

Ein Teil des Verstärkerdrifts kommt von der allgemeinen Erwärmung. Ein anderer Teil hängt dann noch vom Schaltzustand ab. Bei einer Gegentakt-Stufe und DC wird nur ein Transistor warm, wechselt die Polarität des Signals muss der andere Transistor erst mal warm werden....
Mit der Erwärmung der Endstufe, ändert sich aber auch die Chiptemperatur, was bei einem OV dann wiederum um Einfluss auf die Eingänge (Leckstrom, Offset) hat.

MfG Peter(TOO)

[malthy]

Hallo!

Ich habe es nur im Kopf überschlagen und auf ganze Bits gerundet.

Ich wollte nur abschätzen, was von den anfänglich beeindruckenden 24 Bit, so übrig bleibt.

Das ist ja auch völlig okay, allerdings sind 17 bit vs 12 bit natürlich schon ein erheblicher Unterschied. Zu ganz so viel Pessimismus besteht also sachlich mMn kein Anlass .

Gruß
Malte