Gewicht meten met een loadcel: 9 stappen

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2025-01-23 15:01

In dit bericht wordt beschreven hoe u een circuit voor het meten van gewichten onder de 1 kg kunt instellen, problemen oplossen en opnieuw rangschikken.

Een ARD2-2151 kost € 9,50 en is te koop bij:

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

Wat werd er gebruikt:

-Een loadcel van 1 kg (ARD2-2151)

-twee operationele versterkers

-Een Arduino

Stap 1: Over de laadcel

Heeft een zeer kleine output en moet dus worden versterkt met een instrumentale versterker (totale versterking van 500 werd gebruikt voor dit systeem)

Een DC-bron van 12V wordt gebruikt om de loadcel van stroom te voorzien.

werkt bij temperaturen van -20 graden Celsius tot 60 graden Celsius, waardoor het onbruikbaar is voor het project dat we in gedachten hadden.

Stap 2: Het circuit bouwen

De loadcel heeft een 12V-ingang en de uitgang wordt aangesloten op een instrumentatieversterker om de output te vergroten.

De loadcel heeft twee uitgangen, een min en een positieve uitgang, het verschil hiervan is evenredig met het gewicht.

De versterkers hebben een +15V en -15V aansluiting nodig.

De uitgang van de versterker is verbonden met een Arduino die een 5V-aansluiting nodig heeft, waar de analoge waarden worden ingelezen en opnieuw worden geschaald naar een gewichtsuitgang.

Stap 3: Differentiële op-amp

Een diff-versterker wordt gebruikt om het verschil tussen de plus- en minspanningsuitgang van de loadcel te versterken.

de winst wordt bepaald door R2/R

R moet ten minste 50K ohm zijn, aangezien de uitgangsimpedantie van de load cell 1k is en de twee 50k-weerstanden een fout van 1% zouden geven, wat uitzonderlijk is

de output varieert van 0 tot 120 mV dit is te klein en moet meer worden versterkt, een grotere versterking kan worden gebruikt op de diff-versterker of een niet-inverterende versterker kan worden toegevoegd

Stap 4: Versterking

Er wordt een niet-inverterende versterker gebruikt omdat de diff-versterker slechts 120mV. levert

de analoge ingang naar de arduino varieert van 0 tot 5v, dus onze winst zal rond de 40 zijn om zo dicht mogelijk bij dat bereik te komen, omdat dat de gevoeligheid van ons systeem zou verhogen.

de winst wordt bepaald door R2/R1

Stap 5: Problemen oplossen

De 15V-voeding naar de op-amp, 10V naar de Load-cel en de 5V naar de Arduino moeten een gemeenschappelijke massa hebben.

(alle 0v-waarden moeten met elkaar worden verbonden.)

Een voltmeter kan worden gebruikt om ervoor te zorgen dat de spanning na elke weerstand daalt om ervoor te zorgen dat er geen kortsluiting is.

Als de resultaten variëren en inconsistent zijn, kunnen de gebruikte draden worden getest door de voltmeter te gebruiken om de weerstand van de draad te meten. Als de weerstand "offline" aangeeft, betekent dit dat er oneindige weerstand is en dat de draad een open circuit heeft en niet kan worden gebruikt. Draden moeten minder dan 10 ohm zijn.

weerstanden hebben een tolerantie, wat betekent dat ze een fout kunnen hebben, de weerstandswaarden kunnen worden gecontroleerd met een voltmeter als de weerstand uit het circuit wordt verwijderd.

kleinere weerstanden kunnen in serie of parallel worden toegevoegd om ideale weerstandswaarden te krijgen.

Rseries=r1+r2

1/Rparallel =1/r1 + 1/r2

Stap 6: Resultaten van elke stap

De output van de loadcel is erg klein en moet worden versterkt.

Door de kleine output is het systeem gevoelig voor interferentie.

Ons systeem is ontworpen rond de gewichten die we beschikbaar hadden, namelijk 500 g, de versterkingsweerstand van de versterkingsversterker is omgekeerd evenredig met het bereik van ons systeem

Stap 7: Arduino-resultaten

De relatie in deze resultaten is lineair en geeft ons een formule om een y-waarde (DU van Arduino) te vinden voor een gegeven x-waarde (invoergewicht).

Deze formule en de output worden aan de Arduino gegeven om de gewichtsoutput voor de load cell te berekenen.

De versterker heeft een offset van 300DU, dit kan worden verwijderd door een gebalanceerde brug van tarwesteen te plaatsen voordat de loadcel-spanning wordt versterkt. wat de schakeling meer gevoeligheid zou geven.

Stap 8: Coderen

De code die in dit experiment is gebruikt, is hierboven bijgevoegd.

Om te beslissen welke pin moet worden gebruikt om het gewicht af te lezen:

pinMode (A0, INGANG);

De gevoeligheid (x-coëfficiënt in Excel) en offset (de constante in de Excel eqn) worden gedeclareerd:

Elke keer dat het systeem wordt ingesteld, moet de offset worden bijgewerkt naar de huidige DU op 0g

float offset = 309.71;float gevoeligheid=1.5262;

de Excel-formule wordt vervolgens toegepast op de analoge ingang

en uitgeprint naar de seriële monitor

Stap 9: De uiteindelijke uitvoer vergelijken met de invoer

De uiteindelijke output van de Arduino berekende nauwkeurig het outputgewicht.

Gemiddelde fout van 1%

Deze fout wordt veroorzaakt door verschillende DU die bij hetzelfde gewicht worden uitgelezen wanneer de test wordt herhaald.

Dit systeem is niet geschikt voor gebruik in ons project vanwege de beperkingen van het temperatuurbereik.

Dit circuit zou werken voor gewichten tot 500 g, aangezien 5v de maximale waarde in de Arduino is, als de versterkingsweerstand wordt gehalveerd, zou het systeem tot 1 kg werken.

Het systeem heeft een grote offset, maar is nog steeds nauwkeurig en merkt veranderingen van 0,4 g op.