เมนูเนื้อหา
ทำความเข้าใจพื้นฐานของเซลล์โหลด
การก่อสร้างเซ็นเซอร์บังคับ: คู่มือทีละขั้นตอน
- ขั้นตอนที่ 1: เลือกวัสดุของคุณ
- ขั้นตอนที่ 2: ออกแบบตัวโหลดเซลล์
- ขั้นตอนที่ 3: แอปพลิเคชันมาตรวัดความเครียด
- ขั้นตอนที่ 4: การกำหนดค่าสะพาน Wheatstone
- Q1: อะไรคือความแตกต่างระหว่างเซลล์โหลดและมาตรวัดความเครียด?
- Q2: ฉันจะเลือกความจุที่เหมาะสมสำหรับเซลล์โหลดของฉันได้อย่างไร?
- Q3: ฉันสามารถใช้เซลล์โหลดใต้น้ำได้หรือไม่?
- Q4: ฉันควรปรับเทียบเซลล์โหลดบ่อยแค่ไหน?
- Q5: ความแตกต่างระหว่างเซลล์การบีบอัดและความตึงเครียดคืออะไร?
เซลล์โหลด เป็นส่วนประกอบที่จำเป็นในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตั้งแต่การผลิตและการบินและอวกาศไปจนถึงการดูแลสุขภาพและการเกษตร อุปกรณ์เหล่านี้แปลงแรงกลเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่วัดได้ทำให้สามารถวัดน้ำหนักและแรงที่แม่นยำได้ ในคู่มือที่ครอบคลุมนี้เราจะสำรวจความซับซ้อนของการออกแบบเซลล์โหลดการก่อสร้างและแอปพลิเคชันให้คุณมีความรู้ในการสร้างเซลล์โหลดของคุณเองหรือเข้าใจเซ็นเซอร์สำคัญเหล่านี้ได้ดีขึ้น
ก่อนที่จะเจาะลึกลงไปในกระบวนการก่อสร้างจำเป็นต้องเข้าใจหลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังเซลล์โหลด ที่แกนกลางของพวกเขาโหลดเซลล์ใช้แนวคิดของความเครียดในการวัดกำลัง เมื่อใช้แรงภายนอกร่างกายของเซลล์โหลดจะเปลี่ยนรูปเล็กน้อยและการเสียรูปนี้จะถูกวัดโดยใช้มาตรวัดความเครียด
1. องค์ประกอบการตรวจจับ (โดยปกติคือโลหะ)
2. เกจวัดความเครียด
3. วงจรสะพาน Wheatstone
4. ระบบขยายสัญญาณ
5. ที่อยู่อาศัยหรือสิ่งที่แนบมา
การออกแบบเซลล์โหลดที่มีประสิทธิภาพต้องพิจารณาอย่างรอบคอบเกี่ยวกับปัจจัยต่าง ๆ :
กำหนดแรงสูงสุดที่เซลล์โหลดของคุณต้องการวัด สิ่งนี้จะมีผลต่อการเลือกวัสดุและการออกแบบโดยรวม
พิจารณาระดับความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ ความแม่นยำที่สูงขึ้นมักจะมีค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้นและอาจต้องใช้ส่วนประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น
บัญชีสำหรับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิความชื้นและการสัมผัสกับสารเคมีหรือเงื่อนไขที่รุนแรงซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์โหลด
ขนาดทางกายภาพของเซลล์โหลดของคุณควรเหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันที่ตั้งใจไว้ รูปร่างทั่วไป ได้แก่ S-beam, Canister และการออกแบบปุ่ม
ตอนนี้เราได้กล่าวถึงพื้นฐานแล้วเรามาดำดิ่งสู่กระบวนการสร้างเซลล์โหลด
เลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับตัวถังโหลด ตัวเลือกทั่วไป ได้แก่ :
- อลูมิเนียม: มีน้ำหนักเบาและทนต่อการกัดกร่อน
- เหล็ก: ทนทานและเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความจุสูง
- สแตนเลส: เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงหรือการใช้งานเกรดอาหาร
สร้างการออกแบบที่ช่วยให้การเสียรูปที่วัดได้ภายใต้โหลดในขณะที่ยังคงความสมบูรณ์ของโครงสร้าง การออกแบบยอดนิยมรวมถึง:
- ลำแสงดัด
- คานเฉือน
- คอลัมน์การบีบอัด
- S-type
ใช้ซอฟต์แวร์การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD) เพื่อสร้างแบบจำลองเซลล์โหลดของคุณและจำลองประสิทธิภาพภายใต้โหลดต่างๆ
มาตรวัดความเครียดเป็นหัวใจของเซลล์โหลดของคุณ พวกเขาแปลงการเสียรูปเชิงกลเป็นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้า ทำตามขั้นตอนเหล่านี้สำหรับแอปพลิเคชันมาตรวัดความเครียดที่เหมาะสม:
1. ทำความสะอาดและเตรียมพื้นผิวของร่างกายเซลล์ของคุณ
2. ใช้กาวบาง ๆ กับพื้นที่ที่กำหนด
3. วางมาตรวัดความเครียดอย่างระมัดระวังในทิศทางที่ถูกต้อง
4. อนุญาตให้กาวรักษาตามคำแนะนำของผู้ผลิต
5. สายไฟนำไปสู่ขั้วต่อมาตรวัดความเครียด
เชื่อมต่อเกจวัดความเครียดของคุณในวงจรสะพานวีทสโตน การกำหนดค่านี้ช่วยให้การชดเชยอุณหภูมิและความไวที่เพิ่มขึ้น การเตรียมการที่พบบ่อยที่สุดคือ:
- Bridge Quarter: ใช้มาตรวัดสายพันธุ์ที่ใช้งานหนึ่งตัว
- สะพานครึ่ง: ใช้มาตรวัดความเครียดสองตัว
- Full Bridge: ใช้มาตรวัดความเครียดสี่ตัว
สัญญาณเอาท์พุทจากสะพานข้าวสาลีมักจะมีขนาดเล็กมากมักจะอยู่ในช่วงมิลลิโวลต์ เพื่อให้สัญญาณนี้ใช้งานได้คุณจะต้องขยาย ตัวเลือกรวมถึง:
- เครื่องขยายเครื่องมือวัด
- แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ
- โมดูลแอมพลิฟายเออร์โหลดเซลล์พิเศษ
เลือกวิธีการขยายที่ให้ผลกำไรที่จำเป็นในขณะที่ลดเสียงรบกวนและดริฟท์
การสอบเทียบที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดที่แม่นยำ ทำตามขั้นตอนเหล่านี้:
1. ใช้น้ำหนักที่รู้จักกับเซลล์โหลดของคุณ
2. บันทึกแรงดันเอาต์พุตสำหรับแต่ละน้ำหนัก
3. สร้างเส้นโค้งการสอบเทียบโดยการพล็อตน้ำหนักกับแรงดันไฟฟ้า
4. ใช้เส้นโค้งนี้เพื่อแปลงการอ่านแรงดันไฟฟ้าในอนาคตเป็นการวัดน้ำหนักหรือแรง
ตอนนี้คุณได้สร้างเซลล์โหลดแล้วคุณสามารถรวมเข้ากับระบบการวัดน้ำหนักที่สมบูรณ์ นี่คือการตั้งค่าพื้นฐาน:
1. ติดตั้งเซลล์โหลดของคุณอย่างปลอดภัย
2. เชื่อมต่อเซลล์โหลดเข้ากับวงจรการขยายของคุณ
3. อินเตอร์เฟสสัญญาณขยายด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ (เช่น Arduino หรือ Raspberry Pi)
4. เขียนรหัสเพื่อแปลงสัญญาณอะนาล็อกเป็นการอ่านดิจิตอล
5. แสดงผลลัพธ์บนหน้าจอ LCD หรือส่งไปยังคอมพิวเตอร์เพื่อเข้าสู่ระบบ
เมื่อคุณมีความเชี่ยวชาญมากขึ้นในการออกแบบและการก่อสร้างเซลล์ให้พิจารณาสำรวจหัวข้อขั้นสูงเหล่านี้:
ความผันผวนของอุณหภูมิอาจส่งผลต่อความแม่นยำของเซลล์โหลด ใช้เทคนิคการชดเชยอุณหภูมิเช่น:
- ใช้ตัวต้านทานที่ไวต่ออุณหภูมิในวงจรบริดจ์ของคุณ
- รวมเซ็นเซอร์อุณหภูมิและการแก้ไขซอฟต์แวร์
ออกแบบเซลล์โหลดที่สามารถวัดแรงในหลายทิศทางพร้อมกัน สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานหุ่นยนต์และการบินและอวกาศ
รวมโมดูลการสื่อสารไร้สาย (เช่นบลูทู ธ หรือ Wi-Fi) เพื่อส่งข้อมูลเซลล์โหลดโดยไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อทางกายภาพ
แม้แต่เซลล์โหลดที่ออกแบบมาอย่างดีก็สามารถพบปัญหาได้ นี่คือปัญหาและวิธีแก้ปัญหาที่พบบ่อย:
หากเอาต์พุตโหลดเซลล์ของคุณลอยไปตามกาลเวลาให้ตรวจสอบ:
- การเชื่อมต่อหลวม
- ความผันผวนของอุณหภูมิ
- ความเครียดเชิงกลในร่างกายของเซลล์โหลด
ปรับปรุงความเป็นเส้นตรงโดย:
- ปรับปรุงกระบวนการสอบเทียบของคุณ
- การปรับการออกแบบเซลล์โหลดเพื่อกระจายความเครียดอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น
ลดฮิสเทรีซิสโดย:
- ใช้วัสดุที่มีคุณภาพสูงขึ้น
- เพิ่มประสิทธิภาพเรขาคณิตของโหลดเซลล์
ลดเสียงรบกวนโดย:
- ใช้สายเคเบิลป้องกัน
- การใช้เทคนิคการต่อสายดินที่เหมาะสม
- การเพิ่มตัวกรองต่ำผ่านไปยังวงจรการปรับสภาพสัญญาณของคุณ
การบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอรวมถึงการปรับเทียบใหม่และการตรวจสอบด้วยภาพจะช่วยให้มั่นใจว่าอายุการใช้งานที่ยาวนานและความแม่นยำของเซลล์โหลดของคุณ
การสร้างเซลล์โหลดตั้งแต่เริ่มต้นเป็นกระบวนการที่ท้าทาย แต่ให้รางวัลซึ่งรวมวิศวกรรมเครื่องกลการออกแบบไฟฟ้าและการประมวลผลสัญญาณ โดยการทำความเข้าใจหลักการที่อยู่เบื้องหลังการทำงานของเซลล์โหลดและทำตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในคู่มือนี้คุณสามารถพัฒนาโซลูชันการวัดกำลังแบบกำหนดเองสำหรับแอปพลิเคชันที่หลากหลายโปรดจำไว้ว่าการฝึกฝนและการทดลองเป็นกุญแจสำคัญในการเรียนรู้การออกแบบเซลล์โหลด อย่าท้อแท้หากความพยายามครั้งแรกของคุณไม่สมบูรณ์แบบ-การทำซ้ำแต่ละครั้งจะทำให้คุณใกล้ชิดกับการสร้างเซลล์โหลดที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้
A1: มาตรวัดความเครียดเป็นส่วนประกอบที่ใช้ภายในเซลล์โหลด มาตรวัดความเครียดวัดการเสียรูปของตัวโหลดเซลล์ในขณะที่เซลล์โหลดโดยรวมเป็นอุปกรณ์การวัดแรงที่สมบูรณ์รวมถึงองค์ประกอบการตรวจจับมาตรวัดความเครียดและวงจรที่เกี่ยวข้อง
A2: เลือกโหลดเซลล์ที่มีความจุเกินโหลดสูงสุดที่คาดหวังของคุณ 20-50% สิ่งนี้ให้ระยะขอบด้านความปลอดภัยและช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีความแม่นยำในช่วงการวัดทั้งหมด
A3: ใช่ แต่คุณจะต้องใช้เซลล์โหลดใต้น้ำที่ออกแบบมาเป็นพิเศษพร้อมกับการปิดผนึกและวัสดุกันน้ำที่เหมาะสม เซลล์โหลดมาตรฐานไม่เหมาะสำหรับการใช้ใต้น้ำโดยไม่มีการดัดแปลงที่เหมาะสม
A4: ความถี่การสอบเทียบขึ้นอยู่กับการใช้งานและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ตามกฎทั่วไปให้ปรับเทียบเซลล์โหลดของคุณอย่างน้อยปีละครั้งหรือบ่อยกว่านั้นหากคุณสังเกตเห็นการล่องลอยในการวัดหรือหลังจากที่เซลล์โหลดไปยังโอเวอร์โหลด
A5: เซลล์โหลดการบีบอัดได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดแรงผลักเข้าไปในเซลล์ในขณะที่เซลล์โหลดแรงดึงวัดแรงดึง เซลล์โหลดบางเซลล์สามารถวัดทั้งการบีบอัดและความตึงเครียดที่เรียกว่าเซลล์โหลดสากลหรือสองทิศทาง
