Измерение веса с помощью тензодатчика: 9 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

В этом посте будет рассказано, как настроить, устранить неполадки и перестроить схему для измерения веса менее 1 кг.

ARD2-2151 стоит 9,50 евро, его можно купить по адресу:

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

Что использовалось:

-Ячейка нагрузки 1 кг (ARD2-2151)

-два операционных усилителя

-Ардуино

Шаг 1: О тензодатчике

Имеет очень маленький выход и, следовательно, требует усиления с помощью инструментального усилителя (для этой системы использовалось общее усиление 500).

Источник постоянного тока 12 В используется для питания тензодатчика.

работает при температуре от -20 до 60 градусов по Цельсию, что делает его непригодным для задуманного нами проекта.

Шаг 2: построение схемы

Тензодатчик имеет вход 12 В, а выход будет подключен к инструментальному усилителю для увеличения выходной мощности.

Датчик веса имеет два выхода, отрицательный и положительный, разница между ними будет пропорциональна весу.

Усилители требуют подключения +15 В и -15 В.

Выход усилителя подключен к Arduino, которому требуется подключение 5 В, где аналоговые значения будут считываться и пересчитываться на выход веса.

Шаг 3: дифференциальный операционный усилитель

Дифференциальный усилитель используется для усиления разницы между плюсовым и минусовым выходным напряжением тензодатчика.

коэффициент усиления определяется как R2 / R

R должно быть не менее 50 кОм, поскольку выходное сопротивление тензодатчика составляет 1 кОм, а два резистора по 50 кОм дадут погрешность в 1%, что исключительно.

диапазон выходного сигнала от 0 до 120 мВ, это слишком мало, и его нужно усилить больше, можно использовать большее усиление на дифференциальном усилителе или можно добавить неинвертирующий усилитель

Шаг 4: усиление

Используется неинвертирующий усилитель, потому что дифференциальный усилитель выдает только 120 мВ.

аналоговый вход на Arduino находится в диапазоне от 0 до 5 В, поэтому наше усиление будет около 40, чтобы максимально приблизиться к этому диапазону, потому что это повысит чувствительность нашей системы.

коэффициент усиления определяется соотношением R2 / R1

Шаг 5: Устранение неполадок

Подача 15 В для операционного усилителя, 10 В для тензодатчика и 5 В для Arduino должна иметь общее заземление.

(все значения 0v необходимо соединить вместе.)

Вольтметр можно использовать, чтобы убедиться, что напряжение падает после каждого резистора, чтобы гарантировать отсутствие коротких замыканий.

Если результаты различаются и противоречат друг другу, используемые провода можно проверить с помощью вольтметра для измерения сопротивления провода. Если сопротивление показывает «отключено», это означает, что сопротивление бесконечно, а провод имеет разомкнутую цепь и не может использоваться. Провода должны быть менее 10 Ом.

резисторы имеют допуск, что означает, что они могут иметь ошибку, значения сопротивления можно проверить с помощью вольтметра, если резистор удален из цепи.

резисторы меньшего размера могут быть добавлены последовательно или параллельно, чтобы получить идеальные значения сопротивления.

Rseries = r1 + r2

1 / Rпараллельный = 1 / r1 + 1 / r2

Шаг 6: результаты каждого шага

Выходной сигнал тензодатчика очень мал и требует усиления.

Небольшая мощность означает, что система подвержена помехам.

Наша система была разработана с учетом веса, который у нас был - 500 г, сопротивление усиления усилителя обратно пропорционально диапазону нашей системы

Шаг 7: Результаты Arduino

Связь в этих результатах является линейной и дает нам формулу для нахождения значения y (DU от Arduino) для заданного значения x (входной вес).

Эта формула и выходные данные будут переданы в Arduino для расчета выходного веса для тензодатчика.

Усилитель имеет смещение 300DU, его можно устранить, вставив симметричный мост Уитстона перед усилением напряжения тензодатчика. что обеспечило бы схему большей чувствительностью.

Шаг 8: Код

Код, использованный в этом эксперименте, прилагается выше.

Чтобы решить, какой штифт использовать для считывания веса:

pinMode (A0, ВХОД);

Чувствительность (x-коэффициент в excel) и смещение (константа в excel eqn) заявлены:

Каждый раз, когда система настраивается, смещение должно обновляться до текущего DU на 0g.

смещение поплавка = 309,71; чувствительность поплавка = 1,5262;

формула Excel затем применяется к аналоговому входу

и распечатаны на серийном мониторе

Шаг 9: Сравнение конечного результата с вводом

Окончательный результат, полученный от Arduino, точно рассчитал выходной вес.

Средняя ошибка 1%

Эта ошибка вызвана тем, что при повторении теста разные DU считываются с одинаковым весом.

Эта система не подходит для использования в нашем проекте из-за ограничений температурного диапазона.

Эта схема будет работать с весом до 500 г, поскольку 5 В - это максимальное значение для Arduino, если сопротивление усиления уменьшено вдвое, система будет работать до 1 кг.

Система имеет большое смещение, но по-прежнему является точной и замечает изменения на 0,4g.