Как сделать электронные весы своими руками
Как сделать электронные весы своими руками
Тензодатчики: принцип работы и применение
Все тензодатчики работают на принципе изменяющегося сопротивления в процессе механического воздействия на проводник. Простейшее конструктивное исполнение тензодатчика для весов сделано в виде проводниковой мелкоячеистой сетки, закрепленной на токопроводящей основе. В качестве такой основы может использоваться металлическая фольга. Полученный прибор при ударе или надавливании способен точно определить основные параметры такого воздействия: где, когда и с какой силой был нанесен удар.
Основная роль тензора в подобных ситуациях – своевременная сигнализация о воздействии. Чтобы полученные данные обрели необходимый формат, к тензодатчику веса подключаются дополнительные устройства.
В тензорных регистрирующих приборах для исполнительной схемы используется проволочный вариант, в котором присутствуют петли, перемычки и витки. Приборы с более высокой сложностью изготавливаются с применением фольгированных комбинированных схем. Это позволяет получать точные сведения при однокомпонентных, двух- и трехмерных и кольцевых деформациях.
Фиксация изменений сопротивления во время расширения или сжатия полупроводниковых и проводниковых пластин получила название тензорезистивного эффекта. В этом случае деформации подвергается сама атомарная структура какого-либо материала. Благодаря этим свойствам было создано много тензорезистивных приборов, нашедших широкое применение в различных областях.
В первую очередь эти физические свойства используются в тензодатчиках веса, устанавливаемых в бытовых напольных весах, в электронных весах магазинов, а также во многих промышленных установках, предназначенных для взвешивания крупногабаритных грузов. Тензодатчики веса выпускаются в широком ассортименте, что позволяет легко подобрать требующуюся комплектацию для конкретного случая. Кроме различных типов весов, эти приборы используются в балочных весовых регистраторах, измеряющих весовые нагрузки в мостовых и платформенных конструкциях. С их помощью регистрируется величина деформационного сдвига или изгиба.
Схемы подключения тензодатчиков
Тензодатчики веса подключаются к индикатору или весовому терминалу двумя основными способами. Как правило, используется четырехпроводной или шестипроводной вариант. В основном, когда применяются тензодатчики веса, схема подключения бывает с помощью четырех проводов.
На различные типы весов грузоприемных устройств устанавливаются тензодатчики разных типов. Например, в автомобильных весах грузоприемные устройства выполняются в виде сборной конструкции. В этом случае применяются две полуплатформы, размещаемые на восьми тензодатчиках – по четыре на каждую из них. Обе группы приборов подключаются с помощью специальных суммирующих плат, объединяющих сигналы, поступающие с тензодатчиков. Они же выравнивают и угловые нагрузки за счет подключения в цепь дополнительных резисторов.
Четырехпроводная схема очень удобна, когда длина кабелей остается неизменной, а также отсутствует необходимость в компенсации температуры, влияющей на сопротивление кабелей. Данная схема очень простая для монтажа и подключения. В случае необходимости улучшить метрологические характеристики весов, применяется схема с шестью проводами, полностью компенсирующая внешние воздействия, в результате которых происходит изменение сопротивления в питающих кабелях.
Тензодатчики – устройство, классические схемы подключения, маркировка, полезная информация для ремонта
Весовой измерительный датчик для весов
Занимаясь ремонтом весоизмерительной техники приходится сталкиваться с некоторым непониманием со стороны механиков такого важного понятия, как принцип работы весового измерительного датчика. Постепенно собралась небольшая коллекция частозадавемых вопросов и ответов на них. В принципе в интернете и на книжной полке есть достаточно материалов, но, как правило, это в основном информация для инженеров проектировщиков, вызывающая зевоту у инженеров ремонтников. Ответы на вопросы делались на основе практических умозаключений и на основании полученных знаний на лекциях по метрологии, но вполне допускаются ошибки в оконечных выводах, фактически все ответы подкреплены практическими данными. Вопросы будем рассматривать от простого к сложному.
- Как правильно называть весовой измерительный датчик для весов.
- Устройство весового измерительного датчика для весов.
- Основное отличие 6-проводного весового измерительного датчика от 4-проводного.
- Зачем в балке весового измерительного датчика для весов сделаны отверстия?
- Устройство тензорезистора
- Определяем маркировку проводов для измерительного датчика весов.
- Определение полярности контактов для измерительного датчика весов (в разработке).
Как правильно называть весовой измерительный датчик для весов.
Работая с весами уже более 20 лет, ответ на этот вопрос так и не был найден, поэтому просто перечислим встречавшиеся термины.
Датчик ХХХХ (где ХХХХ маркировка датчика), чувствительный элемент — Масса-К
Тензометрический датчик (тензодатчик) – CAS
Мы же будем дипломатично называть — весовой измерительный датчик для весов.
Устройство весового измерительного датчика для весов.
Вопрос довольно глобальный, постараемся упростить материал как можно больше, и не вдаться в теоретические выкладки. В самом конце подборки мы все-таки рассмотрим весовой измерительный датчик для весов в более расширенном варианте. А пока, максимально упрощенный вариант.
Классический весовой измерительный датчик для весов на выходе имеет четыре разноцветных провода два — питание (+Ex, -Ex), два — измерительные концы (+Sig, -Sig).
 |
Основное отличие 6-проводного весового измерительного датчика от 4-проводного. | Для справки. На весах Масса-К серии ВТ было использовано оригинальное решение, АЦП был установлен прямо на весовом измерительном датчике, что позволяло решить проблему сопротивления проводов. Но был допущен серьезный инженерный просчет – переключатель калибровки не был вынесен за переделы весового измерительного датчика, и как результат усложненная процедура калибровки. |
2. Добавить измерительную цепь, с помощью которой можно измерить сопротивление провода (а точнее падение напряжения) и в динамике подкорректировать погрешность от сопротивления проводов вносимую в цепь измерения.
Измерительная цепь +Sen, -Sen позволяет измерить падение напряжения на соединительных проводах
Для этих целей добавляют два провода +Sen, -Sen которые и позволяют измерить падение напряжения на проводах, теперь достаточно вычесть это значение из общих измерений и мы получим показания только с тензорезисторов.
Упрощенный алгоритм работы обратной связи для компенсации падения напряжения на проводах
 | Вывод: Из вышесказанного следует, для 4-проводной схемы подключения весового измерительного датчика категорически не рекомендуется изменять (удлинять или укорачивать) длину кабеля от датчика до АЦП. В принципе при изменении длины соединительного кабеля можно сделать повторную калибровку, но вот калибровку термокомпенсации, вряд ли удастся, если это не предусмотрено конструкцией весов |
Зачем в балке весового измерительного датчика для весов сделаны отверстия?
Если бы в балке не было отверстий, то вся нагрузка была бы распределена по всей поверхности в равной степени, и выявить деформацию было бы очень трудно. Так как тензорезисторы должны размещаться в местах наибольшего напряжения, то место установки последних делают специально тонким, нагрузка приложенная на конец балки, была максимально выражена в этих самых местах. Для максимального эффекта тензорезисторы строго ориентируют на поверхности балки, строго под самым тонким местом.
Тензорезистор установлен строго по меткам на поверхности балки и в соответствии с метками на подложке.
Двумя отверстиями расположенными рядом достигается эффект – на одной плоскости один датчик работает на сжатие другой на растяжение.
Работа тензорезисторов под нагрузкой
Как правило, тензорезистор весового измерительного датчика для весов представляет собой длинный проводник выполненный в виде змейки. При сжатии длина проводника уменьшается и сопротивление уменьшается, при растяжении длина увеличивается и сопротивление увеличивается.
Основной тензорезистор, его положение строго позиционировано, в примере 265 Ом
Измерительный тензорезистор устанавливается строго по меткам, позиционные метки расположены по трем сторонам.
Компенсационный тензорезистор, требования к позиционированию менее жесткие, в примере 20 Ом
Несмотря на привычный образ для китайской продукции – товар плохого качества. Китайские тензодатчики обладают довольно хорошими измерительными параметрами, и это не просто цифра на бумажке, а реальная цифра снимаемая с тензодатчика при измерениях. Но без ложки дегтя не обойтись, именно на китайских датчиках первый раз довелось увидеть деформацию балки, видимую даже невооруженным взглядом.
Тензодатчик 6кг (Китай) деформация видна без линейки
Тензодатчик 150кг (Китай) и снова деформация видна без измерительных приспособлений
Не то что бы тензодатчики других производителей (не Китай) работают безотказно, например при наезде на тензодатчик машиной, тензодатчик конечно выходит из строя, но на нем просто срезает резьбу, нарезаем новую резьбу и датчик снова исправен.
Определяем маркировку проводов для измерительного датчика весов.
Применяем теорию на практике. В качестве образца рассмотрим датчик с весов CAS DB H, у которого нам надо определить назначения контактов с датчика, а именно входные/выходные цепи.
Для справки. Весы CAS DB H со старым АЦП, дисплей люминесцентный с накалом. Напряжение питания может отличаться от весов с черным АЦП.
Провода имеют цветовую маркировку и их 5 – черный, синий, зеленый, красный, белый. Черный откидываем сразу, он ни с чем не звонится – это экран. Будем отталкиваться от того факта, что большинство датчиков имеют выходное сопротивление измерительного моста кратным 350 Ом, а сами датчики подключены по мостовой схеме. Измеряем сопротивления между всеми выводами, получаем 6 значений:
- красный-белый 422 Ом
- синий-зеленый 350 Ом
- синий-красный 335 Ом
- зеленый-красный 335 Ом
- синий-белый 261 Ом
- зеленый-белый 261 Ом
Способ №1 классический.
Более быстрый, но дающий результат, в случае если датчик имеет выходное сопротивление измерительного моста кратное 350 Ом.
Как можно увидеть синий и зеленый провод являются контактами выходного сопротивления измерительного моста, так как сопротивление между ними кратно 350 Ом. Соответственно оставшиеся два контакта красный и белый — это контакты питания датчика.
Рис. Определяем входные и выходные цепи датчика с весов CAS DB H.
Для справки. Остальные данные по сопротивлению проводов весового датчика весов CAS DB H можно посмотреть здесь. Допускается отклонение сопротивления от указанных +-1 Ом. Стандартное напряжение питания датчика – это +5В, но датчики обычно рассчитываются на 12В.
Способ №2 альтернативный.
Проверялся только на мостовой схеме, для других схем подключения может не подойти.
Находим контакты с максимальным сопротивлением, красный и белый провод имеют сопротивление больше всех , 422 Ом – это контакты для входного напряжения. Соответственно оставшиеся два синий и зеленый, есть контакты выходного сопротивления измерительного моста.
Мы намеренно опустили определение полярности входных и выходных групп контактов, что бы не перегружать материал информацией.
Определение полярности контактов для измерительного датчика весов (в разработке).
Тут все несколько неоднозначно, по крайней мере, для нас. Поэтому выкладываем только данные практических экспериментов. В качестве объекта измерения выбраны весы CAS DB 1H с тензодатчиком BC-150DB. Зная паспортные данные тензодатчика, имея 4 варианта подключения и зная правильную ориентацию на станине – снимем показания с выходного датчика. Правильное подключение по паспорту.
Вариант 1. (паспортное подключение)
Рис. Подключение тензодатчика по заводским параметрам.
- 0кг, на выходе 0мВ
- 20кг, на выходе 1мВ
- 40кг, на выходе 1,9мВ
Показания родного АЦП с весов
- 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен 1,160
- 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен 5,956
- 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен 10,751
Давление на датчик снизу вверх — дает на выходе отрицательное напряжение.
Вариант 2. (перевернутое подключение)
Рис. Подключение тензодатчика наоборот, на входе плюс подключаем к минусу, на выходе плюс соединяем к минусу.
- 0кг, на выходе 0мВ
- 20кг, на выходе 1мВ
- 40кг, на выходе 1,9мВ
Показания родного АЦП с весов
- 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен 1,150
- 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен 5,916
- 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен 10,679
Давление на датчик снизу вверх — дает на выходе отрицательное напряжение.
Как видно из показаний, данные АЦП несколько отличаются. В рабочем режиме весы начинают «врать», то есть показывать меньший вес, но если весы откалибровать — показания становятся правильными и весы становятся полностью работоспособными.
Фактически подключение не влияет на работоспособность весов в целом, но показания при разных подключениях имеют небольшое отличие. Тензодатчик можно заставить работать в обоих подключениях. Два других варианта подключения рассматривать не будем, так как показания вольтметра на выходе получаются отрицательными, а соответственно нас не интересуют.
Источник
