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로드셀 앰프 이득

휘트스톤 브리지 로드셀의 출력 전압, 필요 앰프 이득 및 감도를 계산합니다.

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공식

V_FS = S × V_ex, V_amp = V_FS × G

S — Sensitivity (mV/V)
V_ex — Excitation voltage (V)
G — Amplifier gain (V/V)

작동 방식

로드셀은 구조 요소에 결합된 스트레인 게이지의 휘트스톤 브리지를 사용하여 기계적 부하를 전기 신호로 변환하는 힘 트랜스듀서입니다.브리지 출력은 일반적으로 mV/V 단위의 감도 (mV/V) 로 지정됩니다. 즉, 최대 부하 시 자극 볼트당 밀리볼트 단위의 출력 전압입니다.5V 구동 시 2mV/V 로드 셀은 풀 스케일에서 10mV를 생성합니다.이 밀리볼트 레벨 신호는 ADC (보통 5V 또는 3.3V 풀 스케일) 를 구동해야 하므로 정밀 계측 증폭기가 필요합니다.필요한 게인은 G = V_ADC_FS/V_FS입니다. 여기서 V_ADC_FS는 ADC 풀 스케일 전압이고 V_FS는 로드 셀의 풀 스케일 출력 (볼트) 입니다.일반적인 IC로는 INA125 (내장 전압 레퍼런스), INA128 및 전용 로드셀 증폭기 (예: HX711 (24비트, ADC 포함) 가 있습니다.로드셀 브리지의 전력 손실은 P = V_Ex²/ (4R_브리지) 입니다.

계산 예제

문제: 50kg 로드 셀은 5V 자극에서 2mV/V 감도를 가지며, 이는 3.3V 레퍼런스의 12비트 ADC에 전원을 공급합니다.필요한 증폭기 게인은 얼마이며 분해능 (그램) 은 얼마입니까?
해결 방법:
1.전체 출력: V_FS = 2mV/V × 5V = 10mV
2.필요한 게인: G = 3300mV/10mV = 330V/V
3.ADC 스텝: LSB = 3.3V/4096 = 0.806 mV
4.LSB당 출력 스텝: 0.806mV/330 = 2.44μV
5.LSB당 부하: (2.44μV/10mV) × 50 kg = 12.2g/LSB
결과: 330의 게인을 사용하십시오 (예: R_G = 604/329 × 100 Ω ≈ 150Ω인 INA128). 분해능은 ADC 스텝당 약 12g입니다.

실용적인 팁

  • ✓임베디드 시스템의 경우 HX711 24비트 ADC+ 증폭기 모듈은 64 또는 128의 프로그래밍 가능 게인이 내장되어 매우 저렴한 비용으로 완벽한 솔루션을 제공합니다.
  • ✓로드셀과 증폭기 사이의 로우 레벨 신호 배선을 차단하여 50/60Hz 픽업을 줄이고, 여진 및 신호 와이어 쌍을 개별적으로 비틀십시오.
  • ✓조립 후 펌웨어의 브리지 출력을 0으로 만듭니다. 장착 하드웨어로 인한 기계적 프리로드로 인해 영점이 이동하므로 테어 보정이 필요합니다.

흔한 실수

  • ✗증폭기의 게인 대역폭 곱에 대한 게인을 줄인다는 사실을 잊어버리면 됩니다. 1MHz GBW 연산 증폭기에서 500의 게인을 얻더라도 2kHz 대역폭만 남게 되어 안정화 문제가 발생할 수 있습니다.
  • ✗4선 (켈빈) 자극 감지를 생략하면 여분 와이어의 리드 저항이 I × R_lead에 비례하는 게인 오류가 발생합니다. 6-와이어 원격 감지를 통해 이러한 문제가 해결됩니다.
  • ✗중간 전원 레퍼런스가 없는 단일 서플라이 연산 증폭기 사용 - 브리지 출력이 0을 중심으로 대칭적으로 흔들리며, 음수 출력이 클리핑되지 않도록 하려면 V_cc/2를 참조하는 레일 투 레일 연산 증폭기가 필요합니다.

자주 묻는 질문

mV/V (볼트당 밀리볼트) 는 전체 부하가 가해질 때 로드 셀이 브리지 자극의 모든 볼트에 대해 지정된 수의 밀리볼트를 출력한다는 의미입니다.10V 구동 시 2mV/V 로드 셀은 풀 스케일에서 20mV를 생성합니다.이 표준화된 사양은 출력을 자극 전압과 무관하게 만듭니다.
12비트 ADC는 4096개의 스텝을 제공합니다. 50kg 이상의 범위에서 약 12g의 해상도를 제공합니다.24비트 ADC는 이론적으로 밀리그램 미만의 분해능인 1,600만 단계를 제공하지만 소음, 기계적 진동 및 열 드리프트는 일반적으로 실제 해상도를 14~16비트로 제한합니다.1000분의 1보다 높은 분해능을 요구하는 계량 스케일의 경우 적절한 평균을 갖춘 24비트 ADC를 사용하십시오.
로드셀에는 적합하지 않습니다.휘트스톤 브리지에는 플로팅 디퍼런셜 출력이 있습니다. 디퍼런셜 구성의 표준 연산 증폭기는 높은 커먼 모드 리젝션을 달성하려면 정확히 일치하는 저항이 필요합니다.계측 증폭기 (INA) 는 정밀한 내부 매칭 (CMRR > 90dB) 을 지원하며 외부 게인 저항이 하나만 있으면 됩니다.

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