• il progetto è preso da elettronica in luglio/agosto 2017
• modulo del progetto per la scuola
• opamp e ponte wheatstone: application report della Texas Instruments sull'influenza della resistenza dei uscita dell'estensimetro nella misura con ponte wheatstone, amplificatore per strumentazione
• datasheet LM324
• technical reference su strain gauge di un produttore
• documento didattico sulle misure a ponte di TI: 30 pagine stile presentazione con varie soluzioni (utile la prima parte)
• par 7 sezione 13C libro elettronica quarta (in particolare esempio 10 che usa un amplificatore per strumentazione)
• par 7 sezione 23A libro elettronica quinta su sensori estensimetrici e celle di carico
• ponte wheatstone squilibrato, studio analitico
• pagina di sparkfun su celle di carico
• domanda su formula lm324 su SE
• introduzione alle celle di carico, link da sparkfun
• altra doc sulla linearizzazione del ponte wheatstone
• wheatstone e non linearità (pdf da vecchio sito web)
• calcolo della formula sul datasheet dell'LM324 per le celle di carico
• circuiti per ponte (pdf e stile presentazione)
• application note della linear sulle misure a ponte
• instrumentation amplifier con operazionali
• http://www.analog.com/media/en/training-seminars/design-handbooks/Op-Amp-Applications/Section4.pdf ottimo, tratto da questo testo della Analog Devices
• https://electronics.stackexchange.com/questions/106259/what-is-the-difference-of-a-loadell-input-and-output-resistance
• protezione ingressi microcontrollore con diodi da digikey.com

• la cella di carico è un sensore di forza estensimetrico (in inglese estensimetro è strain gauge) a ponte di Wheatstone, produce un segnale in tensione flottante proporzionale alla forza applicata
• nella cella due o quattro estensimetro (due in trazione e due in compressione) per compensare le variazioni dovute alla temperatura e aumentare la sensibilità
• quattro fili: due di alimentazione e due per il segnale (a volte altri due fili sense per misurare senza cdt la tensione di alimentazione)
• serve un amplificatore differenziale o per strumentazione
• l'amplificatore LM324 è particolare:
  • contiene 4 opamp
  • alimentazione singola (o duale)
  • Vol arriva a 0V (Voh è Vcc - 1,5V)
  • con 0V di modo comune il funzionamento resta lineare (non satura)
  • con alimentazione duale è il classico opamp
  • con alimentazione singola si può polarizzare i segnali a Vcc/2 (pseudo-ground) e avere segnali negativi
  • il circuito applicativo è a pag. 21 bridge current amplifier, sembra che manchino due resistenze ma c'è quella del ponte (1/2 R del lato) da considerare (vedi doc TI sui ponti)

Quattro resistenze collegate in serie a due a due (due rami in parallelo con due resistenze in serie ognuno). Si misura la tensione tra i punti intermedi dei due rami.

Il ponte si usa:

• all'equilibrio, cioè quando la tensione vale zero
• squilibrato, con tensioni diverse da zero

Si usa per misurare una resistenza incognita conoscendo il valore delle altre tre. In genere si procede così:

• due resistenze hanno valore fisso (ad esempio R₃ e R₄) mentre la terza è variabile (R₂)
• si agisce sulla resistenza variabile in modo da azzerare la tensione V_d
• la resistenza incognita (R₁) si calcola con la relazione R₁/R₂=R₃/R₄

Più in generale se V_d è nulla vale:

`V_A=(R_1)/(R_1+R_2) V_(\C\C)`

`V_B=(R_3)/(R_3+R_4) V_(\C\C)`

e uguagliando le due tensioni si ottiene:

`(R_1)/(R_1+R_2)=(R_3)/(R_3+R_4)⇒ R_1(R_3+R_4)=R_3(R_1+R_2) ⇒ R_1 R_3 + R_1 R_4 = R_3 R_1 + R_3 R_2 ⇒ R_1/R_2=R_3/R_4`

Si parte da una condizione di equilibrio con V_d = 0, ad esempio ponendo tutte le resistenze uguali. Se una di queste cambia la tensione V_d non è più nulla ed il suo valore dipende da quanto è cambiata la resistenza. Questa soluzione si usa per i sensori resistivi perché:

• si ottiene una tensione
• la tensione dipende da ΔR e non da R
• la sensibilità è elevata (tensione in uscita anche a fronte di piccole ΔR)
• permette l'uso di più sensori resistivi (maggiore sensibilità, minore dipendenza dalla temperatura)

Se, come avviene per le celle di carico, le quattro resistenze sono quattro estensimetri collegati in modo da deformarsi in direzioni opposte a due a due si ottiene il circuito seguente:

Dove R₀ è la resistenze dell'estensimetro a riposo (non deformato) e x=ΔR/R₀ è la variazione relativa della resistenza.

La tensione V_d si calcola così:

`V_d=V_(\C\C) ( (R_0(1+x) )/(R_0(1+x)+R_0(1-x) )-(R_0(1-x) )/(R_0(1+x)+R_0(1-x) ) )= V_(\C\C) (2R_0 x)/(2R_0)=V_(\C\C) cdot x`

Questa configurazione è la migliore possibile perché:

• la relazione tra tensione e ΔR è lineare
• la sensibilità è massima
• la temperatura non influisce sulla misura (tutti gli estensimetri ne sono affetti e cambia solo R₀)

L'unico difetto è che la tensione in uscita non è riferita a massa e richiede un amplificatore differenziale per per poter essere amplificata (meglio ancora un amplificatore per strumentazione).