Misurazione del peso con una cella di carico: 9 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo post tratterà come configurare, risolvere i problemi e riorganizzare un circuito per misurare pesi inferiori a 1 kg.

Un ARD2-2151 costa € 9,50 e può essere acquistato presso:

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

Cosa è stato utilizzato:

-Una cella di carico da 1Kg (ARD2-2151)

-due amplificatori operazionali

-Un Arduino

Passaggio 1: informazioni sulla cella di carico

Ha un output molto piccolo e quindi necessita di essere amplificato con un amplificatore strumentale (per questo sistema è stato utilizzato un guadagno totale di 500)

Una sorgente DC di 12V viene utilizzata per alimentare la cella di carico.

opera a temperature da -20 gradi Celsius a 60 gradi Celsius, rendendolo inutilizzabile per il progetto che avevamo in mente.

Passaggio 2: costruzione del circuito

La cella di carico ha un ingresso a 12V e l'uscita sarà collegata a un amplificatore di strumentazione per aumentare l'uscita.

La cella di carico ha due uscite, una negativa e una positiva, la differenza di queste sarà proporzionale al peso.

Gli amplificatori richiedono una connessione +15V e -15V.

L'uscita dell'amplificatore è collegata a un Arduino che necessita di una connessione a 5 V, in cui i valori analogici verranno letti e ridimensionati in un'uscita di peso.

Passaggio 3: amplificatore operazionale differenziale

Un amplificatore differenziale viene utilizzato per amplificare la differenza della tensione positiva e negativa in uscita dalla cella di carico.

il guadagno è determinato da R2/R

R deve essere almeno 50K ohm poiché l'impedenza di uscita della cella di carico è 1k e i due resistori da 50k darebbero un errore dell'1%, il che è eccezionale

l'uscita va da 0 a 120 mV questo è troppo piccolo e deve essere amplificato di più, si potrebbe usare un guadagno maggiore sull'amplificatore diff o si potrebbe aggiungere un amplificatore non invertente

Passaggio 4: guadagno amplificatore

Viene utilizzato un amplificatore non invertente perché l'amplificatore differenziale emette solo 120 mV

l'ingresso analogico all'arduino va da 0 a 5v quindi il nostro guadagno sarà di circa 40 per avvicinarci il più possibile a quel range perché aumenterebbe la sensibilità del nostro sistema.

il guadagno è determinato da R2/R1

Passaggio 5: risoluzione dei problemi

L'alimentazione da 15V all'amplificatore operazionale, 10V alla cella di carico e 5V all'Arduino devono avere una massa comune.

(tutti i valori 0v devono essere collegati insieme.)

È possibile utilizzare un voltmetro per assicurarsi che la tensione scenda dopo ogni resistore per garantire che non vi siano cortocircuiti.

Se i risultati sono variabili e incoerenti i fili utilizzati possono essere testati utilizzando il voltmetro per misurare la resistenza del filo, se la resistenza dice "offline" significa che c'è una resistenza infinita e il filo ha un circuito aperto e non può essere utilizzato. I cavi dovrebbero essere inferiori a 10 ohm.

i resistori hanno una tolleranza, il che significa che potrebbero avere un errore, i valori di resistenza possono essere controllati con un voltmetro se il resistore viene rimosso dal circuito.

resistori più piccoli potrebbero essere aggiunti in serie o in parallelo per ottenere valori di resistenza ideali.

Rserie=r1+r2

1/Rparallelo =1/r1 + 1/r2

Passaggio 6: risultati di ogni passaggio

L'uscita dalla cella di carico è molto piccola e deve essere amplificata.

L'uscita ridotta indica che il sistema è soggetto a interferenze.

Il nostro sistema è stato progettato intorno ai pesi che avevamo a disposizione che era di 500 g, la resistenza di guadagno dell'amplificatore di guadagno è inversamente proporzionale alla gamma del nostro sistema

Passaggio 7: risultati Arduino

La relazione in questi risultati è lineare e ci fornisce una formula per trovare un valore y (DU da Arduino) per un dato valore x (peso in ingresso).

Questa formula e l'output verranno dati all'arduino per calcolare l'output di peso per la cella di carico.

L'amplificatore ha un offset di 300DU, questo potrebbe essere rimosso inserendo un ponte di wheatstone bilanciato prima che la tensione della cella di carico venga amplificata. che fornirebbe al circuito una maggiore sensibilità.

Passaggio 8: codice

Il codice utilizzato in questo esperimento è allegato sopra.

Per decidere quale pin utilizzare per leggere il peso:

pinMode (A0, INGRESSO);

La sensibilità (coefficiente x in excel) e l'offset (la costante in excel eqn) sono dichiarati:

Ogni volta che il sistema viene configurato, l'offset deve essere aggiornato all'attuale DU a 0g

offset float = 309,71; sensibilità float = 1,5262;

la formula excel viene quindi applicata all'ingresso analogico

e stampato sul monitor seriale

Passaggio 9: confronto dell'output finale con l'input

L'output finale fornito da Arduino ha calcolato con precisione il peso dell'output.

Errore medio dell'1%

Questo errore è causato da diverse DU lette allo stesso peso quando il test viene ripetuto.

Questo sistema non è adatto per l'utilizzo nel nostro progetto a causa delle limitazioni dell'intervallo di temperatura.

Questo circuito funzionerebbe per pesi fino a 500 g, poiché 5 v è il valore massimo nell'arduino, se la resistenza del guadagno viene dimezzata il sistema funzionerebbe fino a 1 kg.

Il sistema ha un ampio offset ma è ancora preciso e rileva cambiamenti di 0,4 g.