1/100.000 mm messbar ?

[Klaus Selver]

Hallo !

Gestern hat mir ein Bekannter eine elektr. Waage zur
Reparatur gebracht - der kleine Fehler im Netzteil war
schnell gefungen...aber dann war ich verblüfft...

Die Waage darf bis max. 6 Kg belastet werden und hat eine
Auflösung von 0,2 Gramm.
Selbst das Gewicht von Münzen ist damit genau messbar.

Dann hab ich versucht herauszufinden, wie das geht und
das hat mich noch mehr verblüfft...

Da drin steckt eine "massive Alustange" mit einem Loch in
der Mitte. Oben und unten auf der "Stange" ist wohl
jeweils ein DMS (Dehnungsmessstreifen) aufgeklebt.

Das zu messende Gewicht verbiegt wohl die "Stange" die
aber recht stabil aussieht und selbst bei 6 KG nicht sichtbar
nachgibt.

Wenn ich mal von einen Längenunterschied zwischen
Ober- und Unterseite von 0,3 mm ausgehe, dann müssten
die DMS Wege von (0,3 / 6 KG/0,2g) von 1/100.000 mm
erfassen können.

Das kann doch nicht sein - oder ?

Wie funktioniert das wirklich ?

-Klaus-

 

[Markus Kaufmann]

http://www.me-systeme.de/faq/faqmanager.pl?file=da&toc=faq

4. Wie ist der Messbereich von Dehnungsmessstreifen?
Der typische Messbereich liegt zwischen 0,1ľm/m bis 1000ľm/m.


Wenn der Messbereich (nicht die Auflösung) schon bei 0,1ľm
liegen kann, dann sind die von Dir ermittelten 0,01ľm
Auflösung sicherlich machbar.

Markus

 

[Klaus Selver]

"Markus Kaufmann" <markus.kaufmann@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:dp3hu5$747$00$1@news.t-online.com...
http://www.me-systeme.de/faq/faqmanager.pl?file=da&toc=faq

4. Wie ist der Messbereich von Dehnungsmessstreifen?
Der typische Messbereich liegt zwischen 0,1ľm/m bis 1000ľm/m.


Wenn der Messbereich (nicht die Auflösung) schon bei 0,1ľm
liegen kann, dann sind die von Dir ermittelten 0,01ľm
Auflösung sicherlich machbar.

Markus

Danke für den Link.
Dass solche minimalen Längenänderungen einen messbaren Einfuß
auf den Widerstandswert eines "Drahts" habe, kann ich mir nicht
vorstellen, aber so muss es wohl sein...

Die DMS werden ja in Brückenschaltung betrieben um auswertbare
Spannungen zu erzeugen, trotzdem kann dabei doch nicht mehr
als ein paar uV rauskommen - hast du damit Erfahrungen ?
Normale OPVs fangen damit doch nichts mehr an !?
Was kostet so dein DMS ungefähr ?

-Klaus-

 

[Stefan Huebner]

Dass solche minimalen Längenänderungen einen messbaren Einfuß
auf den Widerstandswert eines "Drahts" habe, kann ich mir nicht
vorstellen, aber so muss es wohl sein...

Doch doch, das passt schon.

Die DMS werden ja in Brückenschaltung betrieben um auswertbare
Spannungen zu erzeugen, trotzdem kann dabei doch nicht mehr
als ein paar uV rauskommen - hast du damit Erfahrungen ?

Kommt drauf an, womit die Brücke erregt wird - Grössenordnung ein paar
mV hat man aber schon zur Verfügung. Um die geforderte Auflösung zu
erreichen muss man natürlich Mikrovolt auflösen.

Normale OPVs fangen damit doch nichts mehr an !?

Jein. Entweder man nimmt gechoppte, betreibt die Brücke mit
Wechselstrom und richtet phasenempfindlich gleich bei hoher
Verstärkung oder "emuliert" das Ganze digital - billige
Analogschalter, PWM-Ausgang vom Controller und ein A/D-Wandler, der
Rest ist dann ein bisschen Rechnen. Ich habe hier eine Personenwaage,
in der auch so ein Biegebalken (genauer: Doppelbiegebalken, es werden
ja zwei Stellen gedehnt bzw. gestaucht, einmal über und einmal unter
dem Loch) steckt, allerdings aus Stahl. Danach kommt
Primitivelektronik, LMV324, 4066 und ein COP8-uC. Wenn man sich die
Signalverläufe an den DMS mal ansieht kommt man schnell drauf, dass da
wohl sehr viel mit Software gelöst wurde.

Was kostet so dein DMS ungefähr ?

In der Masse ein paar Cent, Einzelstücke ein paar Euro und das
korrekte Applizieren auf den Träger unbezahlbar Im Ernst: der
Kleber dafür hält nach Anbruch ein paar Wochen und kostet etliche zehn
Euro für so ein kleines 3ml-Fläschchen oder wieviel da drin war. Ich
habe sowas mal kleben wollen, habe dann aber doch einige der o.g.
Waagen gekauft und die Biegebalken zweckentfremdet, war um
Grössenordnungen billiger und sollte eh nur ein Einzelstück werden.

 

[Klaus Selver]

"Stefan Huebner" <stefan.huebner@tu-harburg.de> schrieb im Newsbeitrag
news:4toar19b9k04mhd5lhq0s1800v723tpa9j@4ax.com...

Dass solche minimalen Längenänderungen einen messbaren Einfuß
auf den Widerstandswert eines "Drahts" habe, kann ich mir nicht
vorstellen, aber so muss es wohl sein...

Doch doch, das passt schon.
.....

Es ist immer wieder erstaunlich, welche Fachleute hier antworten...

Vom DMS hatte ich vor der Reparatur der Waage nie was gehört.

Danke für die Infos - wieder was gelernt !

-Klaus-

 

[Florian Rist]

Hallo Stefan

Kommt drauf an, womit die Brücke erregt wird - Grössenordnung ein paar
mV hat man aber schon zur Verfügung. Um die geforderte Auflösung zu
erreichen muss man natürlich Mikrovolt auflösen.

Normale OPVs fangen damit doch nichts mehr an !?

Jein. Entweder man nimmt gechoppte, betreibt die Brücke mit
Wechselstrom und richtet phasenempfindlich gleich bei hoher
Verstärkung oder "emuliert" das Ganze digital - billige
Analogschalter, PWM-Ausgang vom Controller und ein A/D-Wandler, der
Rest ist dann ein bisschen Rechnen. Ich habe hier eine Personenwaage,
in der auch so ein Biegebalken (genauer: Doppelbiegebalken, es werden
ja zwei Stellen gedehnt bzw. gestaucht, einmal über und einmal unter
dem Loch) steckt, allerdings aus Stahl. Danach kommt
Primitivelektronik, LMV324, 4066 und ein COP8-uC.

Ewas Nobler geht das ganze mit speziellen differentiellen delta-sigma
AD Wandlern, z.B.: Intersil HI7190IBZ, Texas Instruments ADS1210U,
Analog Devices AD7763BSUV

Die versprechen immerhin z.T. eine effektive Auflösung von 23 Bit bei
einer "Eingangsspannungsumfang" von 80mV, da braucht man dann gar
keine externen Verstärker mehr. Ich versuch da grad einen Drucksensor
(sind auch nur vier DMS in Brückenschaltung drin) auszulesen.

Grüße
Flo

 

[Stefan Huebner]

Die versprechen immerhin z.T. eine effektive Auflösung von 23 Bit bei
einer "Eingangsspannungsumfang" von 80mV, da braucht man dann gar
keine externen Verstärker mehr. Ich versuch da grad einen Drucksensor
(sind auch nur vier DMS in Brückenschaltung drin) auszulesen.

Mit welchem ADU? Ich habe den ADS1100 in einer
PT2000-Temperaturmessapplikation sitzen, bin aber noch nicht zur
Software gekommen, da neben dem ADU noch einige andere Dinge zu
berücksichtigen sind und das Ganze auch "nur so 'ne Idee" war, wie man
ein alltägliches Problem lösen könnte. Früher hätte man für die Idee
wahrscheinlich nen Umweltengel verliehen bekommen, heute wird wohl
eher erstmal geprüft, ob man auch irgendwo registriert, lizenziert und
was weiss ich nicht noch alles ist (hui, das musste mal wieder raus

 

[Florian Rist]

Hallo Stefan

Ich versuch da grad einen Drucksensor
(sind auch nur vier DMS in Brückenschaltung drin) auszulesen.

Mit welchem ADU?

Ich denk ich werd den von Texas Instruments, eigentlich Burr Brown,
den ADS1210U nehmen. Ich hab alle drei hier liegen, kann mich aber
nicht so recht entscheiden.

Ich habe den ADS1100 in einer
PT2000-Temperaturmessapplikation sitzen, bin aber noch nicht zur
Software gekommen,

Allein die Software für den ADC ist ja schon nicht so ohne, sind alle
drei reichlich kompliziert... (für meine Verhältnisse)

Aber Deine Schaltung würde mich interessieren, die erreichbare
Auflösung sollte ja eigentlich sehr gut sein. Im Prinzip das ja dank
dieser speziellen ADCs eine einfache Sache, ich bin mir nur nicht so
ganz sicher, wie ich die die Versorgung für den Analogteil "sauber",
wie ich eine gute Referenzspannung für den ADC bereitstelle (die
eingebaute reicht nur für <16 Bit) usw.

Grüße
Flo

 

[Robert Obermayer]

Hallo,

Haben die inzwischen Dehnungsmessstreifen drin?
Die Personenwaage die ich mal zerlegt habe (wegen verstärkter
Unpräzision, ein 25kg-Zementsack hat laut dem Teil 19kg gewogen)),
enthielt eine äusserst primitive Mechanik wie bei einer normalen
mechanischen Waage, nur mit einer Taktscheibe und einer Lichtschranke
statt dem Ziffernblatt.
Dann war eine kleine Platine drin, mit 3 7-Segment-LEDs und einem
billigsten Fernost-4bit-Controller.

Robert

 

[Johannes Bauer]

Stefan Huebner wrote:

da neben dem ADU noch einige andere Dinge zu
berücksichtigen sind und das Ganze auch "nur so 'ne Idee" war, wie man
ein alltägliches Problem lösen könnte.

Verrätst du deine Idee auch, oder hast du evtl. vor das kommerziell zu
vermarkten? Spann uns nicht auf die Folter ;-)

Gruß,
Johannes

 

[Oliver Corff]

Robert Obermayer <robert_ng@hobbyelektronik.org> wrote:
: Hallo,

: Haben die inzwischen Dehnungsmessstreifen drin?

idR ja.

: Die Personenwaage die ich mal zerlegt habe (wegen verstärkter
: Unpräzision, ein 25kg-Zementsack hat laut dem Teil 19kg gewogen)),

Riecht nach Mechanik simpelster Machart.

: enthielt eine äusserst primitive Mechanik wie bei einer normalen

Du sagst es...

: mechanischen Waage, nur mit einer Taktscheibe und einer Lichtschranke
: statt dem Ziffernblatt.
: Dann war eine kleine Platine drin, mit 3 7-Segment-LEDs und einem
: billigsten Fernost-4bit-Controller.

Aha, also das Prinzip Computermaus mit Rollkugel und Drehdetektor.

Diese Waagen (also die einfachen mechanischen) koennen praezis sein,
wenn der Hersteller es will und der Kunde es bezahlt. Ansonsten kann
man sie nur binaer auslesen (wird benutzt --- wird nicht benutzt).

Um mit Umlenkung etc. eine genaue reproduzierbare Anzeige zu bekommen,
muessen die Lager gut sein, das Dingen waagrecht stehen, vom Boden
nicht verspannt werden (eine Fliese etwas hoeher als die anderen, zB)
usw. All das ist in einer Billigwaage nicht zu leisten, deshalb liegen
die so oft so grotesk daneben.

Oliver.
--
Dr. Oliver Corff e-mail: corff@zedat.fu-berlin.de

 

[Nick Müller]

Klaus Selver <Klauss@web.de> wrote:

Da drin steckt eine "massive Alustange" mit einem Loch in
der Mitte. Oben und unten auf der "Stange" ist wohl
jeweils ein DMS (Dehnungsmessstreifen) aufgeklebt.

Nachgesehen? Oben und unten?
Das klingt komisch. Die DMSen sind schon eine Brücke (üblicherweise).
Warum will man 2 Brücken haben?

Wenn ich mal von einen Längenunterschied zwischen
Ober- und Unterseite von 0,3 mm ausgehe, dann müssten
die DMS Wege von (0,3 / 6 KG/0,2g) von 1/100.000 mm
erfassen können.

Das wird so nicht stimmen. Der DMS sitzt wohl Nähe der Aufhängung/Mitte
und da ist das Biegemoment am gröten und damit auch die Längenänderung.
Dann muss man auch beachten, dass die Brücke (Kanten längs ausgerichtet)
in einer Richtung gestaucht wird, in der anderen gedehnt. So wird das
Signal verdoppelt.


Gruß,
Nick
--
Motor Modelle // Engine Models
http://www.motor-manufaktur.de
DIY-DRO -> YADRO <- Eigenbau-Digitalanzeige

 

[Joerg]

Hallo Stefan,

... Früher hätte man für die Idee
wahrscheinlich nen Umweltengel verliehen bekommen, heute wird wohl
eher erstmal geprüft, ob man auch irgendwo registriert, lizenziert und
was weiss ich nicht noch alles ist (hui, das musste mal wieder raus

Heute vertickt man die Idee eher an eine Firma in Asien, die es dann
vermarktet und wo damit die Arbeitsplaetze entstehen, die in Europa
floeten gingen. Dort gibt es kein ElektroG.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

 

[Klaus Selver]

""Nick Müller"" <muellernick@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:1h8ehu5.12xlvc94ywbhfN%muellernick@gmx.de...

Klaus Selver <Klauss@web.de> wrote:

Da drin steckt eine "massive Alustange" mit einem Loch in
der Mitte. Oben und unten auf der "Stange" ist wohl
jeweils ein DMS (Dehnungsmessstreifen) aufgeklebt.

Nachgesehen? Oben und unten?
Das klingt komisch. Die DMSen sind schon eine Brücke (üblicherweise).
Warum will man 2 Brücken haben?

Es kann auch sein, dass nur oben ein DMS drauf ist.
Aber ein DMS ist doch noch keine Brücke, sondern nur ein
veränderlicher Widerstand dessen Wert sich nur minimal ändert.
Der DMS wird doch dann in eine Widerstandsbrücke eingebaut.
Oder sehe ich das falsch ?

Wenn ich mal von einen Längenunterschied zwischen
Ober- und Unterseite von 0,3 mm ausgehe, dann müssten
die DMS Wege von (0,3 / 6 KG/0,2g) von 1/100.000 mm
erfassen können.

Das wird so nicht stimmen. Der DMS sitzt wohl Nähe der Aufhängung/Mitte
und da ist das Biegemoment am gröten und damit auch die Längenänderung.
Dann muss man auch beachten, dass die Brücke (Kanten längs ausgerichtet)
in einer Richtung gestaucht wird, in der anderen gedehnt. So wird das
Signal verdoppelt.

Das verstehe ich ja im Prinzip auch...
Aber diese "Stange" sieht so massiv aus, dass sie sich bei ein paar
Kilo Druck (ok Masse...) gar nicht zu verbiegen scheint.
Wenn ich mir dann die Längenänderung bei einem Gramm vorstelle,
dann kann ich mir garnicht mehr vorstellen, wie man das messen will.
Die Auflösung ist 0,2 Gramm und wenn man 5 Kilo drauflegt und
wieder wegnimmt steht sie wieder exakt auf 0,0000 ...
Und das geht ja (fast) alles analog...

-Klaus-

 

[Joerg]

Hallo Oliver,

Um mit Umlenkung etc. eine genaue reproduzierbare Anzeige zu bekommen,
muessen die Lager gut sein, das Dingen waagrecht stehen, vom Boden
nicht verspannt werden (eine Fliese etwas hoeher als die anderen, zB)
usw. All das ist in einer Billigwaage nicht zu leisten, deshalb liegen
die so oft so grotesk daneben.

Sogar Nobelwaagen mit Sensoren packen das nicht. Wir hatten mal eine aus
Glas, wo also wegen der Aesthetik keine Stange mit DMS drin sein durfte.
Sie hatte vier Drucksensoren. Aber eine leicht Unebenheit im Boden und
nichts stimmte mehr. Schoenes, solides Design, aber offenbar
Unfaehigkeit der Entwicklungsingenieure. Wir gaben sie zurueck, waren
wohl nicht die ersten und kurz darauf verschwand das Modell aus den Regalen.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

 

[Nick Müller]

Klaus Selver <Klauss@web.de> wrote:

Es kann auch sein, dass nur oben ein DMS drauf ist.
Aber ein DMS ist doch noch keine Brücke, sondern nur ein
veränderlicher Widerstand dessen Wert sich nur minimal ändert.

Die DMS gibt es sicherlich einzeln (als ein R), aber dann nur einen R
draufzukleben ist nicht clever (Temeraturdifferenzen). Man verwendet
gerne fertige DMS-Brücken. 4R eben in Brückenschaltung.
Sind nur 2 Anschlüsse mehr, die Brücke ist gleicht
temperatur-kompensiert, man pappt nur 1-mal...

Der DMS wird doch dann in eine Widerstandsbrücke eingebaut.

Nein.

Oder sehe ich das falsch ?

Ja. S.o.
Der DMS als Brücke hat solche Vorteile, dass man Einzel-DMS eher nicht
verwendet. Wenn, dann verklebt man 2 Stück, muss dann auch 4 Anschlüsse
verlöten und hat damit keinen Vorteil (Platz-Beschränkungen mal
weggelassen).

Das verstehe ich ja im Prinzip auch...
Aber diese "Stange" sieht so massiv aus, dass sie sich bei ein paar
Kilo Druck (ok Masse...) gar nicht zu verbiegen scheint.

Die Stange darf sich auch nur elastisch verbiegen. Alu ist da nicht so
gut geeignet.

Wenn ich mir dann die Längenänderung bei einem Gramm vorstelle,
dann kann ich mir garnicht mehr vorstellen, wie man das messen will.

Dann musst Du die Geometrie der Stange verraten und irgendjemand findet
sich, der das ausrechnet.


H&B ist Lieferant von dem Zeugs. Da findet sich bestimmt interessantes,
wenn man die URL dazu kennt (ich nicht).


Gruß,
Nick
--
Motor Modelle // Engine Models
http://www.motor-manufaktur.de
DIY-DRO -> YADRO <- Eigenbau-Digitalanzeige

 

[Stefan Huebner]

Allein die Software für den ADC ist ja schon nicht so ohne, sind alle
drei reichlich kompliziert... (für meine Verhältnisse)

Geht so. Ich habe schon für diverse ADC's Routinen geschrieben, bisher
zwar nur für MCS51, AVR (naja und in Basic für den Brotkasten und in
Assembler für PC), irgendwie wird das schon

Aber Deine Schaltung würde mich interessieren, die erreichbare
Auflösung sollte ja eigentlich sehr gut sein. Im Prinzip das ja dank
dieser speziellen ADCs eine einfache Sache, ich bin mir nur nicht so
ganz sicher, wie ich die die Versorgung für den Analogteil "sauber",
wie ich eine gute Referenzspannung für den ADC bereitstelle (die
eingebaute reicht nur für <16 Bit) usw.

Referenz? Was das denn Ich nehme die Versorgung als Referenz
(kurzzeitstabil ist sie) und messe ratiometrisch.

 

[Stefan Huebner]

Verrätst du deine Idee auch, oder hast du evtl. vor das kommerziell zu
vermarkten? Spann uns nicht auf die Folter ;-)

Nö, verrate ich nicht Ist auch nicht wirklich spannend, hier ging
es ja nur um den AD-Wandler, viel mehr Drumherum gibt's eigentlich
nicht, dass es ein Thermometer werden soll habe ich ja schon verraten.
Die Idee ist nicht komplett von mir und nicht für mich, daher kann ich
da nichts Konkretes zu sagen. Wenn es so funktioniert wie geplant wird
es evtl. durch eine Firma realisiert, steht aber in den Sternen und
hat z.Zt. keine Priorität.

 

[Stefan Huebner]

Heute vertickt man die Idee eher an eine Firma in Asien, die es dann
vermarktet und wo damit die Arbeitsplaetze entstehen, die in Europa
floeten gingen. Dort gibt es kein ElektroG.

So sieht's aus. Sollte derjenige, mit dem zusammen die Idee entstanden
ist, das Ding in seiner Firma platzieren können, mag das sogar
hinkommen, aber das ist Zukunftsmusik. Da arbeite ich an wichtigeren
Projekten mit greibareren Ergebnissen.

 

[Stefan Huebner]

Nachgesehen? Oben und unten?
Das klingt komisch. Die DMSen sind schon eine Brücke (üblicherweise).
Warum will man 2 Brücken haben?

Um Querverformungen des Doppelbiegebalkens zu kompensieren? Dazu
möchte er aber keine zwei Brücken, sondern zwei Brückenhälften auf der
Dehn- bzw. Stauchseite der dünnsten Stelle des durch die Aussparung in
der Mitte angenährten Federparallelogramms.

Das wird so nicht stimmen. Der DMS sitzt wohl Nähe der Aufhängung/Mitte
und da ist das Biegemoment am gröten und damit auch die Längenänderung.
Dann muss man auch beachten, dass die Brücke (Kanten längs ausgerichtet)
in einer Richtung gestaucht wird, in der anderen gedehnt. So wird das
Signal verdoppelt.

Das wird es dabei auch, der Brückeaufbau "frisst" temperaturbedingte
Längenänderungen, die sich auf beide Brückenhälften gleichermassen
auswirken und die Anordnung aus den entgegengesetzten Seiten
unterdrückt einigermassen die Querkräfte, so dass der Einleitpunkt
nicht hundertprozentig stimmen muss, um reproduzierbare Ergebnisse zu
erhalten.