Měření hmotnosti pomocí siloměru: 9 kroků

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-13 06:57

Tento příspěvek se bude zabývat tím, jak nastavit, odstraňovat problémy a znovu uspořádat obvod pro měření hmotností pod 1 kg.

ARD2-2151 stojí 9,50 EUR a lze jej zakoupit na:

www.wiltronics.com.au/product/9279/load-ce…

Co bylo použito:

-A 1 kg siloměr (ARD2-2151)

-dva operační zesilovače

-Arduino

Krok 1: O zatěžovací buňce

Má velmi malý výkon, a proto musí být zesílen instrumentálním zesilovačem (pro tento systém byl použit celkový zisk 500)

K napájení siloměru slouží stejnosměrný zdroj 12V.

pracuje při teplotách od -20 stupňů Celsia do 60 stupňů Celsia, takže je pro projekt, který jsme měli na mysli, nepoužitelný.

Krok 2: Budování obvodu

Snímač zatížení má vstup 12V a výstup bude připojen k přístrojovému zesilovači, aby se zvýšil výkon.

Snímač zatížení má dva výstupy, mínus a kladný výkon, jejichž rozdíl bude úměrný hmotnosti.

Zesilovače vyžadují připojení +15V a -15V.

Výstup zesilovače je připojen k Arduinu, který potřebuje 5V připojení, kde budou načteny analogové hodnoty a převedeny na váhový výstup.

Krok 3: Diferenční operační zesilovač

Difuzní zesilovač se používá k zesílení rozdílu plusového a mínusového výstupního napětí ze snímače zatížení.

zisk je určen R2/R

R musí být alespoň 50K ohmů, protože výstupní impedance siloměru je 1k a dva 50k odpory by poskytly 1% chybu, což je výjimečné

výstup se pohybuje od 0 do 120 mV, to je příliš malé a je třeba jej zesílit, na zesilovači diff lze použít větší zisk nebo lze přidat neinvertující zesilovač

Krok 4: Získejte zesilovač

Používá se neinvertující zesilovač, protože rozdílový zesilovač vydává pouze 120 mV

analogový vstup pro arduino se pohybuje od 0 do 5v, takže náš zisk bude kolem 40, abychom se dostali co nejblíže tomuto rozsahu, protože by to zvýšilo citlivost našeho systému.

zisk je určen R2/R1

Krok 5: Odstraňování problémů

Napájení 15 V do operačního zesilovače, 10 V do snímače zatížení a 5 V do Arduina musí mít společnou zem.

(Všechny hodnoty 0v je třeba spojit dohromady.)

Voltmetr lze použít k zajištění poklesu napětí po každém odporu, což pomůže zajistit, aby nedošlo ke zkratu.

Pokud se výsledky liší a jsou nekonzistentní, lze použité vodiče otestovat pomocí voltmetru k měření odporu vodiče, pokud odpor udává „offline“, znamená to, že existuje nekonečný odpor a vodič má otevřený obvod a nelze jej použít. Vodiče by měly být menší než 10 ohmů.

rezistory mají toleranci, což znamená, že mohou mít chybu, hodnoty odporu lze zkontrolovat voltmetrem, pokud je odpor odstraněn z obvodu.

Pro získání ideálních hodnot odporu je možné přidat menší rezistory do série nebo paralelně.

Série = r1+r2

1/Rparallel = 1/r1 + 1/r2

Krok 6: Výsledky z každého kroku

Výstup ze siloměru je velmi malý a je třeba jej zesílit.

Malý výstup znamená, že systém je náchylný k rušení.

Náš systém byl navržen na základě hmotnosti, kterou jsme měli k dispozici, což bylo 500 g, odpor zesílení zesilovače je nepřímo úměrný rozsahu našeho systému

Krok 7: Výsledky Arduina

Vztah v těchto výsledcích je lineární a dává nám vzorec pro nalezení hodnoty y (DU od Arduina) pro danou hodnotu x (vstupní hmotnost).

Tento vzorec a výstup budou dány arduinu pro výpočet hmotnostního výkonu pro siloměr.

Zesilovač má offset 300DU, který lze odstranit vložením vyváženého pšeničného můstku před zesílením napětí siloměru. což by zajistilo obvodu větší citlivost.

Krok 8: Kód

Kód použitý v tomto experimentu je připojen výše.

Chcete -li rozhodnout, který kolík by měl být použit ke čtení hmotnosti:

pinMode (A0, INPUT);

Citlivost (koeficient x v Excelu) a offset (konstanta v excelovské rovnici) jsou deklarovány:

Při každém nastavení systému by měl být offset aktualizován na aktuální DU na 0g

offset plováku = 309,71; citlivost plováku = 1,5262;

vzorec aplikace Excel se pak použije na analogový vstup

a vytištěny na sériový monitor

Krok 9: Porovnání konečného výstupu se vstupem

Konečný výkon daný Arduinem přesně vypočítal výstupní hmotnost.

Průměrná chyba 1%

Tato chyba je způsobena odlišným čtením DU se stejnou hmotností při opakování testu.

Tento systém není vhodný pro použití v našem projektu z důvodu omezení teplotního rozsahu.

Tento obvod by fungoval pro hmotnosti do 500 g, protože 5v je maximální hodnota pro arduino, pokud je odpor zesílení snížen na polovinu, systém by fungoval až do 1 kg.

Systém má velký offset, ale je stále přesný a zaznamenává změny 0,4 g.