Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Publikacja zgłoszona do 🎁 Konkursu iAutomatyka
https://iautomatyka.pl/wp-content/uploads/2022/03/Bez-tytułu-1.png

Pomiar ciężaru z użyciem belki tensometrycznej

autor: MatWisT194.

Wstęp

Jednym z ważniejszych pomiarów w codziennym życiu jest pomiar ciężaru. Mamy z nim styczność choćby w sklepie ważąc ogórki lub sprawdzając nasze postępy podczas odchudzania ;). Również w przemyśle pomiar ciężaru wykorzystywany jest na szeroką skalę np. przy dozowaniu materiałów sypkich do opakowań lub w procesie sprawdzania, czy dany wyrób ma odpowiednią wagę.

Co to jest ciężar i masa?

Powyższe pojęcia są bardzo często uważane przez ludzi jako identyczne i używane zamiennie. Jest to błąd. Masa jest wartością skalarną (inaczej wielkość liczbowa) wyrażaną w kilogramach, która jest niezależną od wartości siły grawitacji. Oznacza to, że masa ciała o wadze 10 kg będzie taka sama na Ziemi, jak i na Marsie i stacji ISS. Potocznie rozumiana jako miara ilości materii obiektu fizycznego.

Ciężar, czyli siła ciężkości, jest wielkością fizyczną charakteryzującą zależność między masą a wartością przyspieszenia grawitacyjnego (na Ziemi 9.81 m/s^2). Jednostką ciężaru jest Newton [N]. Jeden Newton to siła, z jaka działa na obiekt o masie 1 kg powodująca, że będzie miał przyspieszenie 1m/s^2. Oznacza to, że jeśli na księżycu odbilibyśmy się mocno na ogromnej trampolinie moglibyśmy stać się jego satelitą lub w najgorszym przypadku wystrzelić w przestrzeń kosmiczną.

Jak mierzy się ciężar?

Najczęściej wykorzystywanym zjawiskiem pozwalającym zmierzyć ciężar jest odkształcenie się materiału pod wpływem pewnej siły. Najwygodniej takie odkształcenie odczytywać za pomocą wielkości elektrycznych, dlatego wymyślono, że jeśli na kawałek metalu nakleimy plasterek (zwany tensometrem) ze ścieżkami rezystancyjnymi i zaczniemy działać na niego siłą to zmieni on swoją rezystancję zgodnie ze wzorem:

8. Prawo Ohma, praca i moc prądu - Elektryczność - Fizyka dla gimnazjum i liceum. Matura z fizyki.

Tensometr

Tensometr przyklejony na kawałek aluminium

Tensometry są bardzo małe, dlatego zmiana rezystancji jest bardzo mała. Zmiana taka byłaby bardzo trudna do zmierzenia bezpośrednio przez układ A/C mikrokontrolera. Rozwiązaniem tego problemu są mostki Wheatstone’a.

Zastosowaniem tego układu jest wykrywanie bardzo małych zmian rezystancji. Możemy zamienić rezystory Ra i Rb na tensometry. Jeśli wszystkie mają taką samą wartość nominalną rezystancji to napięcie między punktami 1 i 2 jest równe zero. Stan taki nazywamy stanem równowagi. Jeśli którykolwiek zmieni swoją rezystancję pod wpływem siły pojawi się napięcie między mostkami.

Układ HX711

Schemat używanego układu:

Jest to przetwornik analogowo- cyfrowy 24 bitowy  z wbudowanym mostkiem zaprojektowany specjalnie do belek tensometrycznych. 24 bitowy oznacza , że przy zasilaniu mostka z 5V rozdzielczość pomiaru wynosi 0.298uV. Z układem komunikujemy się interfejsem szeregowym, który wymyślił sobie producent. Niestety nie jest to I2C lub SPI, ale nie stanowi to większego problemu. W dokumentacji możemy zobaczyć jak to działa:

Najpierw czekamy aż układ będzie gotowy na komunikację poprzez sprawdzanie, czy pin DOUT jest niski. Jeśli tak na pin SCK podajemy zbocza wysokie. W zależności od ich liczby (25 – 27) wybieramy wzmocnienie układu. W momencie podania zbocza przez mikrokontroler, na linię DOUT wystawiany jest stan niski lub wysoki, który musimy odczytać. Na końcu otrzymany ciąg bitów poddajemy operacji XOR. W ten sposób otrzymamy liczby, które nie mają nic wspólnego z mierzonym ciężarem, co oznacza że wszystko działa :).

Kalibracja i obliczenie ciężaru

Ten etap zaczynamy od odczytania wartości z układy bez jakiegokolwiek obciążenia. Jest to wartość ciężaru samej belki (u mnie 8206379). Następnie bierzemy przedmiot, którego wagę dokładnie znamy. Ja użyłem baterii, którą zważyłem na kilku innych wagach (37 gramów). Odczytujemy wartość z obciążeniem (u mnie 8186669). Następnie liczymy:

„Wypluwa” nam to wagę mierzoną w gramach.

Program C, mikrokontroler Atmega328p

Przykład zastosowania

Na filmie mierzę wagę baterii, cyny i  kondensatora. Wynik pomiaru ciężaru przesyłany jest do komputera i wyświetlany na ekranie komputera w gramach.



Utworzono: / Kategoria:

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!




.
NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM
>KLIKNIJ<

Komunikacja bezprzewodowa RADIOLINE na farmach fotowoltaicznych

Komunikacja bezprzewodowa RADIOLINE na farmach fotowoltaicznych

>KLIKNIJ<

Najlepszy sposób na zmianę prędkości napędu? Przekładnia!

Najlepszy sposób na zmianę prędkości napędu? Przekładnia!

>KLIKNIJ<

Nowoczesne HMI w systemach automatyki

Nowoczesne HMI w systemach automatyki

>KLIKNIJ<

Przykład predykcyjnego wyznaczenia poziomu wyeksploatowania mechanizmu precyzyjnej śruby z nakrętką kulkową.

Przykład predykcyjnego wyznaczenia poziomu wyeksploatowania mechanizmu precyzyjnej śruby z nakrętką kulkową.

>KLIKNIJ<

DataLogger IG – rejestrator danych dla serwisu i diagnostyki przekładni przemysłowych

DataLogger IG – rejestrator danych dla serwisu i diagnostyki przekładni przemysłowych

>KLIKNIJ<

Jak zwiększyć bezpieczeństwo zasilania układów automatyki rozwiązaniami od Phoenix Contact

Jak zwiększyć bezpieczeństwo zasilania układów automatyki rozwiązaniami od Phoenix Contact

>KLIKNIJ<

Ustawienia przemienników częstotliwości

Ustawienia przemienników częstotliwości

>KLIKNIJ<

Czy warto inwestować w rozwiązania dedykowane? Nowy system złączek sygnałowych

Czy warto inwestować w rozwiązania dedykowane? Nowy system złączek sygnałowych

Reklama



MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ