Μέτρηση βάρους με κελί φορτίου: 9 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Αυτή η ανάρτηση θα καλύψει τον τρόπο ρύθμισης, αντιμετώπισης προβλημάτων και αναδιάταξης ενός κυκλώματος για τη μέτρηση βαρών κάτω του 1 κιλού.

Ένα ARD2-2151 κοστίζει 9,50 € και μπορείτε να το αγοράσετε στις:

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

Τι χρησιμοποιήθηκε:

-Κυψέλη φορτίου 1Kg (ARD2-2151)

-δύο ενισχυτές op

-Ένα Arduino

Βήμα 1: Σχετικά με το κελί φόρτωσης

Έχει πολύ μικρή έξοδο και έτσι πρέπει να ενισχυθεί με έναν ενισχυτή οργάνων (χρησιμοποιήθηκε συνολικό κέρδος 500 για αυτό το σύστημα)

Μια πηγή DC 12V χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία της κυψέλης φορτίου.

λειτουργεί σε θερμοκρασίες από -20 βαθμούς Κελσίου έως 60 βαθμούς Κελσίου, καθιστώντας το άχρηστο για το έργο που είχαμε στο μυαλό μας.

Βήμα 2: Δημιουργία κυκλώματος

Η κυψέλη φορτίου έχει είσοδο 12V και η έξοδος θα συνδεθεί με έναν ενισχυτή οργάνων για αύξηση της εξόδου.

Η κυψέλη φορτίου έχει δύο εξόδους, ένα μείον και μια θετική έξοδο, η διαφορά αυτών θα είναι ανάλογη με το βάρος.

Οι ενισχυτές απαιτούν σύνδεση +15V και -15V.

Η έξοδος του ενισχυτή συνδέεται με ένα Arduino το οποίο χρειάζεται σύνδεση 5V, όπου οι αναλογικές τιμές θα διαβαστούν και θα κλιμακωθούν σε έξοδο βάρους.

Βήμα 3: Διαφορικό ενισχυτή

Ένας ενισχυτής diff χρησιμοποιείται για να ενισχύσει τη διαφορά της εξόδου συν και πλην της τάσης από τη κυψέλη φορτίου.

το κέρδος καθορίζεται από R2/R

Το R πρέπει να είναι τουλάχιστον 50K ohms καθώς η αντίσταση εξόδου της κυψέλης φορτίου είναι 1k και οι δύο αντιστάσεις 50k θα έδιναν σφάλμα 1% το οποίο είναι εξαιρετικό

η έξοδος κυμαίνεται από 0 έως 120 mV αυτό είναι πολύ μικρό και πρέπει να ενισχυθεί περισσότερο, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μεγαλύτερο κέρδος στο diff ενισχυτή ή θα μπορούσε να προστεθεί ένας μη αναστρέψιμος ενισχυτής

Βήμα 4: Αποκτήστε ενισχυτή

Χρησιμοποιείται ενισχυτής που δεν αντιστρέφεται επειδή ο διαφορικός ενισχυτής εξάγει μόνο 120mV

η αναλογική είσοδος στο arduino κυμαίνεται από 0 έως 5v, οπότε το κέρδος μας θα είναι περίπου 40 για να φτάσουμε όσο το δυνατόν πιο κοντά σε αυτό το εύρος γιατί αυτό θα αυξήσει την ευαισθησία του συστήματός μας.

το κέρδος καθορίζεται από R2/R1

Βήμα 5: Αντιμετώπιση προβλημάτων

Η τροφοδοσία 15V στο op-amp, 10V στο στοιχείο φόρτωσης και η 5V στο Arduino πρέπει να έχουν κοινό έδαφος.

(όλες οι τιμές 0v πρέπει να συνδεθούν μεταξύ τους.)

Ένα βολτόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βεβαιωθείτε ότι η τάση πέφτει μετά από κάθε αντίσταση για να διασφαλίσετε ότι δεν υπάρχουν βραχυκυκλώματα.

Εάν τα αποτελέσματα είναι διαφορετικά και ασυνεπή, τα καλώδια που χρησιμοποιούνται μπορούν να δοκιμαστούν χρησιμοποιώντας το βολτόμετρο για τη μέτρηση της αντίστασης του σύρματος, εάν η αντίσταση λέει "εκτός σύνδεσης" σημαίνει ότι υπάρχει άπειρη αντίσταση και το σύρμα έχει ανοιχτό κύκλωμα και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Τα καλώδια πρέπει να είναι μικρότερα από 10 ωμ.

οι αντιστάσεις έχουν ανοχή, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να έχουν σφάλμα, οι τιμές αντίστασης μπορούν να ελεγχθούν με βολτόμετρο εάν αφαιρεθεί η αντίσταση από το κύκλωμα.

μικρότερες αντιστάσεις θα μπορούσαν να προστεθούν σε σειρά ή παράλληλα για να πάρουν τις ιδανικές τιμές αντίστασης.

Rseries = r1+r2

1/Παράλληλος = 1/r1 + 1/r2

Βήμα 6: Αποτελέσματα από κάθε βήμα

Η έξοδος από την κυψέλη φορτίου είναι πολύ μικρή και πρέπει να ενισχυθεί.

Η μικρή έξοδος σημαίνει ότι το σύστημα είναι επιρρεπές σε παρεμβολές.

Το σύστημά μας σχεδιάστηκε γύρω από τα βάρη που είχαμε διαθέσιμα που ήταν 500g, Η αντίσταση κέρδους του ενισχυτή κέρδους είναι αντιστρόφως ανάλογη με το εύρος του συστήματός μας

Βήμα 7: Αποτελέσματα Arduino

Η σχέση σε αυτά τα αποτελέσματα είναι γραμμική και μας δίνει έναν τύπο για να βρούμε μια τιμή y (DU από Arduino) για μια δεδομένη τιμή x (βάρος εισόδου).

Αυτός ο τύπος και η έξοδος θα δοθούν στο arduino για τον υπολογισμό της εξόδου βάρους για την κυψέλη φορτίου.

Ο ενισχυτής έχει μετατόπιση 300DU, κάτι που θα μπορούσε να αφαιρεθεί εισάγοντας μια ισορροπημένη γέφυρα από σιταρόλιθο πριν ενισχυθεί η τάση της κυψέλης φορτίου. που θα παρείχε στο κύκλωμα μεγαλύτερη ευαισθησία.

Βήμα 8: Κωδικός

Ο κώδικας που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το πείραμα επισυνάπτεται παραπάνω.

Για να αποφασίσετε ποια καρφίτσα θα χρησιμοποιηθεί για την ανάγνωση του βάρους:

pinMode (A0, INPUT);

Η ευαισθησία (συντελεστής x στο excel) και η μετατόπιση (η σταθερά στο Excel eqn) δηλώνονται:

Κάθε φορά που ρυθμίζεται το σύστημα, το offset θα πρέπει να ενημερώνεται στο τρέχον DU στα 0g

μετατόπιση πλωτήρα = 309.71; ευαισθησία επίπλευσης = 1.5262;

Ο τύπος excel στη συνέχεια εφαρμόζεται στην αναλογική είσοδο

και εκτυπώνονται στη σειριακή οθόνη

Βήμα 9: Σύγκριση τελικής εξόδου με είσοδο

Η τελική έξοδος που δόθηκε από το Arduino υπολόγισε με ακρίβεια το βάρος εξόδου.

Μέσο σφάλμα 1%

Αυτό το σφάλμα προκαλείται από διαφορετική ανάγνωση DU στο ίδιο βάρος όταν επαναλαμβάνεται η δοκιμή.

Αυτό το σύστημα δεν είναι κατάλληλο για χρήση στο έργο μας λόγω των περιορισμών του εύρους θερμοκρασίας.

Αυτό το κύκλωμα θα λειτουργούσε για βάρη έως 500g, καθώς 5v είναι η μέγιστη τιμή στο arduino, εάν η αντίσταση κέρδους μειωθεί στο μισό, το σύστημα θα λειτουργούσε έως 1 κιλό.

Το σύστημα έχει μεγάλη μετατόπιση αλλά είναι ακόμα ακριβές και παρατηρεί αλλαγές 0,4g.