Sensor

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— 민감도 (mV/V)

V_ex— 자극 전압 (V)

G— 앰프 게인 (V/V)

작동 방식

이 계산기는 그램에서 톤까지 계량 시스템을 구축하는 스케일 설계자, 산업 자동화 엔지니어 및 임베디드 시스템 개발자에게 필수적인 로드셀 신호 컨디셔닝을 위한 계측 증폭기 게인을 결정합니다.로드 셀은 스트레인 게이지 휘트스톤 브리지로, 최대 부하 시 구동 볼트 (mV/V) 당 밀리볼트 (일반적으로 OIML R60 및 NTEP 표준에 따라 1~3mV/v) 를 출력합니다.5V 구동 시 2mV/V 로드 셀은 풀 스케일 출력이 10mV에 불과하므로 ADC 입력 범위와 일치하려면 100-500배 증폭이 필요합니다.필요 게인 G = VADC_FS/VLoadcell_FS. 여기서 VADC_FS는 ADC 풀 스케일 전압 (일반적으로 3.3V 또는 5V) 입니다.계측 증폭기 (INA125, INA128, AD620) 는 CMRR이 90dB 이상인 정밀한 차동 게인을 제공하여 공급 노이즈를 제거합니다.128x PGA가 통합된 HX711 24비트 ADC는 10SPS에서 0.1 mg 분해능을 제공하는 임베디드 계량의 사실상의 표준이 되었습니다.OIML R60 클래스 C3의 로드 셀 정확도는 +/ -0.02% (3000분할) 이므로 소음과 열 드리프트에 주의를 기울여야 합니다.

계산 예제

문제: 10V 자극으로 4.096V 레퍼런스의 16비트 ADC에 전원을 공급하는 50kg S-타입 로드 셀 (2mV/V 감도, 350옴 브리지) 에 대한 증폭을 설계했습니다.목표 해상도는 10g입니다.

해결책: 1.풀 스케일 출력: Vfs = 2 mV/V * 10V = 20 mV 2.필수 해상도: 50 킬로그램/10 g = 최소 5000 분할 3.ADC 스텝: 4.096V/65536 = 62.5 UV/LSB 4.필요한 게인: G = 4096mV/20mV = 204.8V/V (표준값에는 200 사용) 5.풀 스케일 출력: 20mV* 200 = 4.0V (4.096V 범위 이내) 6.유효 해상도: 62.5 uV/200 /20 mV* 50 kg = 7.8 g/LSB 7.INA128 게인 저항: Rg = 50kOhm/ (G-1) = 50k/199 = 251옴 8.브리지 전력 손실: V^2/R = 100/350 = 286 밀리와트

결과: G = 201인 경우 Rg = 249옴 (0.1%) 인 INA128 버전을 사용하십시오.분해능은 ADC 개수당 7.8g으로 목표 10g을 초과합니다.

실용적인 팁

✓비용 효율적인 임베디드 계량을 위해 HX711 24비트 ADC는 2달러 미만의 가격으로 완벽한 신호 컨디셔닝 (자극, 증폭, ADC) 을 제공합니다. 게인은 Avia 세미컨덕터 데이터시트에 따라 2mV/V 셀의 경우 128 또는 4mV/V 셀의 경우 64로 설정합니다.
✓로드셀과 증폭기 사이의 저수준 신호 배선을 차단하여 OIML R76 EMC 요구 사항에 따라 50/60Hz 픽업, 트위스트 자극 및 신호 쌍을 개별적으로 거부합니다.
✓기계 설치 후 펌웨어의 브리지 출력을 0으로 만듭니다. 하드웨어 프리로드를 장착하면 영점이 이동하므로 일반적으로 5-20% 의 풀 스케일의 테어 보정이 필요합니다.

흔한 실수

✗증폭기 대역폭에 대한 게인 감소를 잊어버림: INA128 대역폭은 1.3MHz GBW이므로 500의 게인은 대역폭을 2.6kHz로 제한합니다. 안정화를 통한 10Hz 계량의 경우 이 정도면 충분하지만 100Hz에서의 동적 계량에는 게인이 낮거나 증폭기가 더 빨라야 합니다.
✗6선 감지 생략: 자극 와이어의 리드 저항으로 인해 Rlead/Rbridge에 비례하는 게인 오류가 발생합니다. 22AWG의 5m에서는 0.42Ohm이 추가되어 원격 감지 기능이 없는 350옴 브리지에서 0.12% 의 오류가 발생합니다.
✗레벨 시프트 없이 단일 전원 연산 증폭기 사용: Vex/2 커먼 모드에서 출력 스윙 +/-Vfs 브리지, 레일 투 레일 연산 증폭기에는 공급 중간 단계에서 Vref가 필요하거나 2.5V 레퍼런스가 내장된 INA125 사용

자주 묻는 질문

mV/V 감도는 무엇을 의미합니까?

mV/V (볼트당 밀리볼트) 는 정규화된 로드 셀 출력으로, 전체 부하 시 구동 볼트당 브리지 출력 밀리볼트입니다.10V 구동 시 2mV/V 셀은 정격 용량에서 20mV를 생성합니다.이 사양은 감도를 자극 전압과 무관하게 만들어 로드 셀 간의 직접적인 비교를 가능하게 합니다.산업용 셀의 범위는 OIML R60 사양에 따라 1mV/v (동적 계량을 위한 고강성) 에서 3mV/v (범용) 사이입니다.

로드셀 애플리케이션용 12비트 ADC와 24비트 ADC 중에서 선택하려면 어떻게 해야 합니까?

12비트 ADC는 4096카운트를 제공합니다. 50kg 범위의 경우 분해능은 12.2g입니다.24비트 ADC는 이론적으로 밀리그램 미만의 분해능인 1,670만 카운트를 제공합니다.그러나 소음, 기계적 진동 및 열 드리프트로 인해 실제 해상도는 16~18개의 유효 비트 (65,000-262,000카운트) 로 제한됩니다.3000개 이상의 분할이 필요한 상업용 저울 (OIML 클래스 III) 의 경우 평균화 기능이 있는 24비트 ADC를 사용하십시오.정확도가 +/ -1% 인 산업 모니터링의 경우 12비트면 충분하고 더 빠릅니다 (시그마 델타의 경우 10-100kSPS 대 10-80 SPS).

계측 증폭기 대신 표준 연산 증폭기를 사용할 수 있습니까?

로드 셀에는 권장되지 않습니다.휘트스톤 브리지에는 플로팅 디퍼런셜 출력이 있습니다. 표준 연산 증폭기 차이 증폭기의 경우 80dB CMRR을 달성하려면 0.01% 매칭 저항이 필요합니다.계측 증폭기 (INA128, AD620) 는 100dB 이상의 CMRR에 대해 레이저로 트리밍된 내부 매칭 기능을 갖추고 있으며 외부 게인 저항이 하나만 필요합니다.4개의 정밀 저항을 없애고 Analog Devices 애플리케이션 노트 AN-671 기준에 따라 안정적인 성능을 달성함으로써 비용 프리미엄 (2~5달러 대 0.50달러) 을 감당할 수 있습니다.