信州ＭＡＫＥＲＳでは、力を測定するためにひずみゲージ応用の６分力計等力センサを自作してます。
信州MAKERSでは、力変換機として４ゲージブリッジを基本に使ってます。１ゲージ、２ゲージ法で応力測定する場合は、ノイズと温度補償が非常に難しくなるので、自作の世界では困難です。専門メーカーの計測機器を使うことをお勧めします。
アナログですが、東京測器研究所さんの入門用ひずみアンプセットなら１万円以下で購入できます。これは、ひずみゲージ技術の基礎学習用キットですので、本格的にひずみゲージを使っていく方向きです。特に、応力測定など１ゲージ、２ゲージ法を使いたい方用です。
※２０２１年８月末追記 本記事３年前の古い内容なので更新いたしました
＜HX711は、多くのユーザーがハマってしまうみたいなので、お勧めしないことにしました。＞
お仕事とか研究とかデータに信頼性を求める用途でHX711を使う事は、採用した人の責任問題になりますので、使わないほうが身のためです。下記高性能ADCチップを自作するか、ひずみゲージ専用のアンプを購入するかしてお仕事、研究に使うのが正しい選択です。
※————————２０２２年4月追記———————————
継続的に電子工作に向いているひずみゲージ用アンプを探索してます。
下記ページに見つけたアンプ追加してます。
●１CHから８ｃｈまでの用途別のひずみゲージアンプのご紹介
低ノイズΣデルタ型のデジタルアンプを使うのが一般的です。
信州MAKERSでは、
●１，２Ch小型手頃な用途：TEXAS ADS122U04を使ってます。シリアルIFなので配線ノイズの心配が無いです。
●４CHまでの高精度計測用途： アナログデバイス社 AD7193
●５CH～８CHまでの高精度計測： アナログデバイス社 AD7194評価ボード
HX711:ロードセル用24bitのＡＤ変換器80Hzでサンプリングするので静的な力の測定で使います。 http://akizukidenshi.com/download/ds/avia/hx711.pdf
※HX711は、動作不安定になることがあって、ノイズだと思っていたのですが、ノイズ以上に重大な現象があるとのご指摘があるので、こちらのプロの企業の解説ページをご覧ください。ノウハウの公表を感謝いたします。
2019年から私は、HX711は使ってませんが信頼性と安定性が必要な動的な力の計測用ならHX７１１は不適です。
＝＞HX711は、10Hzまでなので、ナイキスト則からすれば5Hz以下の動的波形しかデータとして使えません。静荷重専用のひずみアンプということです。
※2020年9月追記
初心者様には、手頃でいいので、なんとか安定して使える手段はないかと思って再度検索してみると
プロの方のサイトココアシステム様がHX711の動作不良を解説されたページがありました。仕様書にはない謎の信号がでるそうです。こうなると素人向けのADCとしては難しくなるので、この辺は、販売されている業者さんに問い合わせされるのがいいと思います。秋月では、2019年に説明書を改定してますが、１０PPSと従来より更に遅いサンプリングにして、安定動作を確保しているみたいです。謎の信号については、公表できないための対策だと思います。
ココアシステム様には、苦労されて解析された貴重な知見を公開されたことに感謝です。
■結論は、
「HX711は、超低速(5Hz以下）でしか測定できない」
ということです。
＝＞動的測定で無理して使うと、力の最大値ピークを見逃しますので、信頼性あるデータがでませんので注意です。
＝＞元々体重計と調理スケール用のICですので、5Hzでも十分使える用途です。
＝＞このICを使って各種力を測定しようとしても、5Hzでは、動的な力は無理ですので、別のアンプを探す以外にありません。
★2021年8月末追記
HX711使えないので、便利に使えるアンプを探索して見つけ出しました。
LT1167：振動に近い動的な力を測定するときは高精度計装アンプ http://www.analog.com/media/jp/technical-documentation/data-sheets/j1167fb.pdf
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%83%AB%E3%83%81%E3%83%97%E3%83%AC%E3%82%AF%E3%82%B5
ＬＴ１１６７は、こちらの記事で原理説明してありますので、
●２０１９年度からは新しいアンプをつかってます。
【ノイズとサンプリング周波数と多ＣＨの課題をクリア】
精密重量測定器用のアナログデバイス社製高精度ADCです。
アンプと高精度ADCの多ch回路がIC１個に入ってます。
信州MAKERSでは、２種類を使い分けしてます。
①４chコンパクト低価格：AD7193 TSSOPパッケージ
MACNICA-MOUSERで５個７千円で輸入しましたが、
CHIP1STOPでも、３個４８００円で買えます。
TSSOPを２８ピン変換基板に半田付けしないといけない難点が
ありますが、超小型の４chひずみゲージアンプですので、
小型低価格４cHが欲しい方はトライしても価値あります。
②6CH高速高精度ADC:AD7194 EVAL BOARD
①は、TSSOPの半田付という難関があってとてもできない方は、
高い（７千円）ですが、評価ボードがありますので、そのボード上にマイコンを搭載すれば簡単に８ＣＨのひずみゲージ測定回路基板が出来上がりますので、手間をかけたくない方向けです。
アナログデバイス社のAD7194というアンプ内蔵８CHADCです。デルタσ型ADCで低ノイズです。
ゲインの少ない手作り多分力センサには最適です。独自のQFP構造で実装が難しいので評価ボード７千円をマクニカマウサーさんで購入してつかってます。趣味以外で仕事研究で多Chひずみゲージブリッジを使いたい方向きです。
詳細は下記リンクです。
初期動作確認
ーーーーーーーーー以下は昔のhx７１１の記事ーーーーーーーーーーーーーーーーー
今回はＨＸ７１１を学習します。
●HX711の構造と仕様
仕様書からダイアグラムをコピー拡大しました。
ひずみゲージブリッジから微小な電圧差信号がINA+とINA-に入力されます。
ひずみゲージのブリッジ回路：については、別途学習ページを作ります。
InputMUX：マルチプレクサといって複数信号を１本にまとめるＩＣです。INAとINBの切り替えに使ってます
PGA:プログラマブルゲインアンプというオペアンプです。ゲインを32,64,128の３種類設定できます
ADC:AD変換器24bitもあります。
ＣＱ出版にＰＤＦに詳細解説がありました。http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/42/42041/42041.pdf
DigitalInterface:これでマイコンと接続しますが、HX711は、SIOというインターフェースです。ＲＳ２３２Ｃが一般的なのですがこれはもっと原始的なシリアル通信ですがこれがＨＸ７１１で発生するのトラブルの元となってます。接続ソフトは、ライブラリがあるのでSIOを知らなくても大丈夫です。
東芝の解説がわかりやすいです。https://toshiba.semicon-storage.com/jp/design-support/e-learning/mcupark/village/serial-interface-2.html
AnalogSuplyRegurator：定電圧レギュレータ ３端子レギュレータだと精度が±５％程度なのでＡＤＣの基準電源にはなりません。そこでＢＧＲが必要となります。
BandGapReference:電圧リファレンスＩＣ、ＡＤ変換で基準電圧が変動してしまうとデータなのか電源変動なのかわからなくなってしまうので重要な機能として電圧リファレンスがあります。
解説記事は詳しい記事があります。
https://www.maximintegrated.com/jp/app-notes/index.mvp/id/2879
ここも詳しいですhttp://ednjapan.com/edn/articles/1102/01/news110.html
http://ednjapan.com/edn/articles/1206/27/news050.html
下図のようにバンドギャップが周囲温度変化で発生する基準電源のドリフトを補正できるらしいです。
http://akizukidenshi.com/download/ds/akizuki/ae-hx711_rev1_20180129.pdf
基準電圧がどうなっているか秋月のＨＸ７１１の周辺回路図をみてみます。
端子２，３，４，５，６で基準電圧が制御しているみたいですが私は未だ理解できてません。
●実際の結線
ロードセルとの結線ですが中華ロードセルは説明書がついてないので秋月の説明があります。
http://akizukidenshi.com/download/ds/sacc/SC133-2kg.pdf
赤線＝＋Ｖ 黒線＝－Ｖ（通常はＧＮＤ） 緑線（出力＋） 白線（出力ー）
この結線をしっかりと記憶しておくことが重要です。
ＩｎＢ端子はゲイン３２ですので、精度が劣りますので普通は使われません。
●配線のノウハウ
１ＣＨだけなら、あまり気づかいはいりませんが、私はＨＸ７１１を６ＣＨ使って多分力センサを作ってますので
ＣＨ信号に干渉ノイズは大きな課題となりました。
この後でノイズならシールド線でならいいかとおもってシールド線で作り直してみましたが
やはりダメでした。信号線の長さが短くないとノイズがなくならないのではと思って、ロードセルの
線を延長させてＣＰＵ基板の上に配置したＨＸ７１１基板にしました。するとノイズが減りました。
「ＨＸ７１１のＳＩＯ信号線はＣＰＵから数ｃｍしか離してはいけない」みたいです。
●以後
上記２階建て回路でＨＸ７１１の６個使いで、ＭＦＴ２０１７，ＭＦＴ２０１８を乗り切れました。
●プログラム
私はmbed ＮＵＣＬＥＯ Ｆ４４６ＲＥを使ってますが、ライブラリはmbedでいくつかあります。
Ａｒｄｕｉｎｏでもライブラリがあります。
秋月の説明書に紹介されてますが扱っているブログがたくさんありますが元祖はＳＰＡＲＫＦＵＮです。
●以後
今回、ここ二年間つかいまわしてきたＨＸ７１１の基礎を勉強して、ブラックボックスがグレイボックスくらいになったので、これからは、信号の精度なども気遣いながら使っていこうと思います。
