Pomiar masy za pomocą ogniwa obciążnikowego: 9 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:02

W tym poście omówimy, jak skonfigurować, rozwiązywać problemy i ponownie rozmieścić obwód do pomiaru ciężarów poniżej 1 kg.

ARD2-2151 kosztuje 9,50 € i można go kupić pod adresem:

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

Co zostało użyte:

- Ogniwo obciążnikowe 1 kg (ARD2-2151)

-dwa wzmacniacze operacyjne

-Arduino

Krok 1: O ogniwie obciążnikowym

Ma bardzo małą moc wyjściową i dlatego wymaga wzmocnienia wzmacniaczem instrumentalnym (w tym układzie zastosowano wzmocnienie 500)

Do zasilania ogniwa obciążnikowego wykorzystywane jest źródło prądu stałego o napięciu 12 V.

działa w temperaturach od -20 stopni Celsjusza do 60 stopni Celsjusza, co czyni go bezużytecznym dla naszego projektu.

Krok 2: Budowanie obwodu

Ogniwo obciążnikowe ma wejście 12 V, a wyjście będzie połączone ze wzmacniaczem oprzyrządowania w celu zwiększenia mocy wyjściowej.

Ogniwo obciążnikowe ma dwa wyjścia, minus i plus, różnica będzie proporcjonalna do masy.

Wzmacniacze wymagają połączenia +15V i -15V.

Wyjście wzmacniacza jest podłączone do Arduino, które wymaga połączenia 5 V, gdzie wartości analogowe zostaną wczytane i przeskalowane do wyjścia wagi.

Krok 3: różnicowy wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz różnicowy służy do wzmocnienia różnicy napięcia dodatniego i ujemnego na wyjściu ogniwa obciążnikowego.

wzmocnienie jest określone przez R2/R

R musi wynosić co najmniej 50 kiloomów, ponieważ impedancja wyjściowa ogniwa obciążnikowego wynosi 1k, a dwa rezystory 50k dałyby błąd 1%, co jest wyjątkowe

zakres wyjściowy wynosi od 0 do 120 mV to jest za małe i wymaga większego wzmocnienia, można zastosować większe wzmocnienie na wzmacniaczu różnicowym lub można dodać wzmacniacz nieodwracający

Krok 4: Zyskaj Amp

Używany jest wzmacniacz nieodwracający, ponieważ wzmacniacz różnicowy generuje tylko 120mV

wejście analogowe do arduino waha się od 0 do 5 V, więc nasze wzmocnienie wyniesie około 40, aby zbliżyć się do tego zakresu jak najbliżej, ponieważ zwiększyłoby to czułość naszego systemu.

wzmocnienie jest określone przez R2/R1

Krok 5: Rozwiązywanie problemów

Zasilanie 15V do wzmacniacza operacyjnego, 10V do ogniwa obciążnikowego i 5V do Arduino musi mieć wspólną masę.

(wszystkie wartości 0 V muszą być ze sobą połączone.)

Woltomierz może być użyty do upewnienia się, że napięcie spada po każdym rezystorze, aby zapobiec zwarciom.

Jeśli wyniki są różne i niespójne, użyte przewody można przetestować za pomocą woltomierza do pomiaru rezystancji przewodu, jeśli rezystancja mówi „offline”, oznacza to, że rezystancja jest nieskończona, a przewód ma otwarty obwód i nie może być używany. Przewody powinny mieć mniej niż 10 omów.

rezystory mają tolerancję, co oznacza, że mogą mieć błąd, wartości rezystancji można sprawdzić woltomierzem po wyjęciu rezystora z obwodu.

mniejsze rezystory można dodawać szeregowo lub równolegle, aby uzyskać idealne wartości rezystancji.

Seria R=r1+r2

1/Rrównolegle =1/r1 + 1/r2

Krok 6: Wyniki z każdego kroku

Wyjście z ogniwa obciążnikowego jest bardzo małe i wymaga wzmocnienia.

Mała moc wyjściowa oznacza, że system jest podatny na zakłócenia.

Nasz system został zaprojektowany w oparciu o dostępne obciążniki, które wynosiły 500g, rezystancja wzmocnienia wzmacniacza jest odwrotnie proporcjonalna do zakresu naszego systemu

Krok 7: Wyniki Arduino

Zależność w tych wynikach jest liniowa i daje nam wzór na znalezienie wartości y (DU z Arduino) dla danej wartości x (waga wejściowa).

Ta formuła i dane wyjściowe zostaną przekazane arduino w celu obliczenia masy wyjściowej dla ogniwa obciążnikowego.

Wzmacniacz ma przesunięcie 300DU, które można usunąć, wstawiając zrównoważony mostek Wheatstone przed wzmocnieniem napięcia ogniwa obciążnikowego. co zapewniłoby układowi większą czułość.

Krok 8: Kod

Kod użyty w tym eksperymencie znajduje się powyżej.

Aby zdecydować, której szpilki należy użyć do odczytania wagi:

pinMode (A0, WEJŚCIE);

Czułość (współczynnik x w programie Excel) i offset (stała w eqn programu Excel) są deklarowane:

Za każdym razem, gdy system jest konfigurowany, offset powinien być aktualizowany do aktualnego DU przy 0g

przesunięcie zmiennoprzecinkowe = 309.71; czułość zmiennoprzecinkowa=1.5262;

formuła programu Excel jest następnie stosowana do wejścia analogowego

i wydrukowane na monitorze szeregowym

Krok 9: Porównanie wyniku końcowego z danymi wejściowymi

Ostateczne dane wyjściowe podane z Arduino dokładnie obliczyły wagę wyjściową.

Średni błąd 1%

Ten błąd jest spowodowany różnymi odczytami DU przy tej samej wadze, gdy test jest powtarzany.

Ten system nie nadaje się do zastosowania w naszym projekcie ze względu na ograniczenia zakresu temperatur.

Ten obwód działałby dla wag do 500g, ponieważ 5v to maksymalna wartość w arduino, jeśli rezystancja wzmocnienia zostanie zmniejszona o połowę, system będzie działał do 1kg.

System ma duży offset, ale nadal jest dokładny i zauważa zmiany 0,4g.