Meranie hmotnosti pomocou silomera: 9 krokov

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Tento príspevok sa bude zaoberať nastavením, riešením problémov a opätovným usporiadaním obvodu na meranie hmotnosti do 1 kg.

ARD2-2151 stojí 9,50 EUR a dá sa kúpiť na:

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

Čo bolo použité:

-A 1 kg záťažová bunka (ARD2-2151)

-dva operačné zosilňovače

-Arduino

Krok 1: O zaťažovacej bunke

Má veľmi malý výkon, a preto musí byť zosilnený inštrumentálnym zosilňovačom (pre tento systém bol použitý celkový zisk 500)

Na napájanie snímača zaťaženia sa používa zdroj DC 12 V.

pracuje pri teplotách od -20 stupňov Celzia do 60 stupňov Celzia, čo ho robí nepoužiteľným pre projekt, ktorý sme mali na mysli.

Krok 2: Budovanie obvodu

Snímač zaťaženia má vstup 12V a výstup bude pripojený k zosilňovaču prístrojov na zvýšenie výkonu.

Snímač zaťaženia má dva výstupy, mínusový a kladný, pričom ich rozdiel bude úmerný hmotnosti.

Zosilňovače vyžadujú pripojenie +15V a -15V.

Výstup zosilňovača je pripojený k Arduinu, ktoré potrebuje 5V pripojenie, kde sa načítajú analógové hodnoty a znova sa upravia na výstup hmotnosti.

Krok 3: Diferenciálny operačný zosilňovač

Difúzny zosilňovač sa používa na zosilnenie rozdielu plusového a mínusového výstupného napätia zo snímača zaťaženia.

zisk je určený R2/R

R musí byť najmenej 50 K ohmov, pretože výstupná impedancia snímača zaťaženia je 1 k a dva 50 k odpory by spôsobili chybu 1%, čo je výnimočné

výstup sa pohybuje od 0 do 120 mV, je to príliš malé a je potrebné to zosilniť, na zosilňovači diferenciálu je možné použiť väčší zisk alebo je možné pridať neinvertujúci zosilňovač.

Krok 4: Získajte zosilňovač

Používa sa neinvertujúci zosilňovač, pretože difúzny zosilňovač vydáva iba 120 mV

analógový vstup arduina sa pohybuje od 0 do 5v, takže náš zisk bude okolo 40, aby sme sa čo najviac priblížili k tomuto rozsahu, pretože by to zvýšilo citlivosť nášho systému.

zisk je určený R2/R1

Krok 5: Odstraňovanie problémov

Napájanie 15 V pre operačný zosilňovač, 10 V pre snímač zaťaženia a 5 V pre Arduino musí mať spoločnú zem.

(Všetky hodnoty 0v je potrebné prepojiť.)

Voltmetr môže byť použitý na zaistenie poklesu napätia po každom odpore, aby sa zaistilo, že nedôjde k skratom.

Ak sa výsledky líšia a sú nekonzistentné, použité vodiče je možné testovať pomocou voltmetra na meranie odporu vodiča. Ak odpor uvádza „offline“, znamená to, že existuje nekonečný odpor a vodič má otvorený obvod a nemožno ho použiť. Vodiče by mali byť menšie ako 10 ohmov.

rezistory majú toleranciu, čo znamená, že môžu mať chybu, hodnoty odporu je možné skontrolovať voltmetrom, ak je odpor odstránený z obvodu.

menšie rezistory je možné pridať do série alebo paralelne, aby sa získali ideálne hodnoty odporu.

Séria = r1+r2

1/Rparallel = 1/r1 + 1/r2

Krok 6: Výsledky z každého kroku

Výstup zo snímača zaťaženia je veľmi malý a je potrebné ho zosilniť.

Malý výkon znamená, že systém je náchylný na rušenie.

Náš systém bol navrhnutý s ohľadom na hmotnosti, ktoré sme mali k dispozícii a ktoré boli 500 g, odpor zosilnenia zosilňovača zosilňovača je nepriamo úmerný rozsahu nášho systému

Krok 7: Výsledky Arduino

Vzťah v týchto výsledkoch je lineárny a dáva nám vzorec na nájdenie hodnoty y (DU od Arduina) pre danú hodnotu x (vstupná hmotnosť).

Tento vzorec a výstup budú poskytnuté arduino na výpočet hmotnostného výkonu pre snímač zaťaženia.

Zosilňovač má posun 300DU, ktorý je možné odstrániť vložením vyváženého mostíka z pšeničného kameňa pred zosilnením napätia snímača zaťaženia. čo by poskytlo obvodu väčšiu citlivosť.

Krok 8: Kód

Kód použitý v tomto experimente je priložený vyššie.

Rozhodnutie, ktorý kolík by sa mal použiť na odčítanie hmotnosti:

pinMode (A0, INPUT);

Citlivosť (koeficient x v programe Excel) a posun (konštanta v programe Excel) sa deklarujú:

Zakaždým, keď je systém nastavený, musí byť ofset aktualizovaný na aktuálny NU na 0 g

offset plaváka = 309,71; citlivosť plaváka = 1,5262;

vzorec programu Excel sa potom použije na analógový vstup

a vytlačené na sériový monitor

Krok 9: Porovnanie konečného výstupu so vstupom

Konečný výkon daný Arduinom presne vypočítal výstupnú hmotnosť.

Priemerná chyba 1%

Táto chyba je spôsobená rôznym čítaním DU pri rovnakej hmotnosti, keď sa test opakuje.

Tento systém nie je vhodný na použitie v našom projekte z dôvodu obmedzení teplotného rozsahu.

Tento obvod by fungoval s hmotnosťou do 500 g, pretože 5v je maximálna hodnota do arduina, ak je odpor zosilnenia znížený na polovicu, systém bude fungovať až do 1 kg.

Systém má veľký posun, ale je stále presný a zaznamenáva zmeny 0,4 g.