เมนูเนื้อหา
- 1. การเตรียมองค์ประกอบการตรวจจับ
- 3. การขยายสัญญาณและการปรับอากาศ
- 6. ที่อยู่อาศัยและการติดตั้ง
- 1. ความแม่นยำของเซ็นเซอร์แรงบิด DIY คืออะไร?
- 2. ฉันจะเลือกเกจวัดความเครียดที่เหมาะสมสำหรับเซ็นเซอร์แรงบิดของฉันได้อย่างไร?
- 3. ฉันสามารถใช้เซ็นเซอร์แรงบิด DIY สำหรับแอปพลิเคชันความเร็วสูงได้หรือไม่?
- 4. ฉันควรปรับเซ็นเซอร์แรงบิดบ่อยแค่ไหน?
- 5. แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดทั่วไปในการวัดแรงบิดคืออะไร?
ก่อนที่จะดำน้ำในกระบวนการก่อสร้างสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าเซ็นเซอร์แรงบิดคืออะไรและทำงานอย่างไร เซ็นเซอร์แรงบิดหรือที่เรียกว่าตัวแปลงสัญญาณแรงบิดหรือเครื่องวัดแรงบิดแปลงอินพุตเชิงกลบิดเป็นสัญญาณเอาต์พุตไฟฟ้า มีสองประเภทหลักของ เซ็นเซอร์แรงบิด :
1. เซ็นเซอร์แรงบิดปฏิกิริยาปฏิกิริยา
2. เซ็นเซอร์แรงบิดหมุน
ทั้งสองประเภทใช้หลักการการถ่ายโอนต่าง ๆ เพื่อวัดแรงบิดรวมถึงมาตรวัดความเครียดผลึกเพียโซอิเล็กทริกการตรวจจับ capacitive และการแปรผันของสนามแม่เหล็ก
ในการสร้างเซ็นเซอร์แรงบิดขั้นพื้นฐานคุณจะต้องใช้วัสดุดังต่อไปนี้:
- Arduino Board (เช่น Arduino Mega)
- LCD Shield
- โหลดเซลล์
- เครื่องขยายสัญญาณ
- มาตรวัดความเครียด
- ส่วนขยายของซ็อกเก็ตหรือเพลา
- กาว (กาวสุด, กาวร้อน)
- สายไฟและตัวเชื่อมต่อ
- อุปกรณ์บัดกรี
- เครื่องพิมพ์ 3 มิติหรือวัสดุงานฝีมือ (ไม่บังคับ)
ขั้นตอนแรกในการสร้างเซ็นเซอร์แรงบิดของคุณคือการเตรียมองค์ประกอบการตรวจจับ สำหรับคู่มือนี้เราจะมุ่งเน้นไปที่การใช้มาตรวัดความเครียดซึ่งมีอยู่อย่างกว้างขวางและราคาไม่แพง
1. เลือกส่วนขยายเพลาหรือซ็อกเก็ตที่เหมาะสมเป็นองค์ประกอบการตรวจจับของคุณ
2. ทำความสะอาดพื้นผิวให้ละเอียดเพื่อให้แน่ใจว่าการยึดเกาะที่เหมาะสม
3. ทำเครื่องหมายตำแหน่งสำหรับเกจวัดความเครียดที่มุม 45 องศากับแกนของเพลา
4. ใช้กาว Super อย่างระมัดระวังเพื่อแนบเกจวัดความเครียดกับตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายไว้
เมื่อเกจวัดความเครียดติดอยู่อย่างแน่น
1. เชื่อมต่อเกจวัดความเครียดในการกำหนดค่าสะพานวีทสโตน
2. ใช้สายไฟบาง ๆ ที่ยืดหยุ่นเพื่อลดการรบกวนด้วยการหมุนของเพลา
3. ใช้กาวร้อนหรือซีลแลนต์ซิลิโคนเพื่อป้องกันการเชื่อมต่อและช่วยบรรเทาความเครียด
สัญญาณไฟฟ้าที่ผลิตโดยเกจวัดความเครียดมักจะอ่อนแอมากและต้องมีการขยาย:
1. เชื่อมต่อเอาต์พุตบริดจ์ Wheatstone เข้ากับแอมพลิฟายเออร์สัญญาณเช่นแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด
2. ปรับอัตราขยายของเครื่องขยายเสียงเพื่อให้ได้ความไวที่ต้องการ
3. ใช้การกรองที่จำเป็นใด ๆ เพื่อลดเสียงรบกวนในสัญญาณ
ในการประมวลผลและแสดงการวัดแรงบิดเราจะใช้บอร์ด Arduino:
1. เชื่อมต่อสัญญาณขยายเข้ากับอินพุตอะนาล็อกบน Arduino
2. แนบโล่ LCD เข้ากับ Arduino เพื่อแสดงการวัด
3. เขียนและอัปโหลดภาพร่าง Arduino เพื่ออ่านอินพุตเซ็นเซอร์และคำนวณค่าแรงบิด
การสอบเทียบที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการวัดแรงบิดที่แม่นยำ:
1. ใช้ค่าแรงบิดที่รู้จักกับเซ็นเซอร์โดยใช้น้ำหนักที่สอบเทียบหรือประแจแรงบิดอ้างอิง
2. บันทึกเอาต์พุตเซ็นเซอร์สำหรับค่าแรงบิดที่รู้จักกัน
3. สร้างเส้นโค้งการสอบเทียบหรือสมการเพื่อแปลงการอ่านเซ็นเซอร์เป็นค่าแรงบิด
4. ใช้การสอบเทียบในภาพร่าง Arduino ของคุณ
เพื่อปกป้องเซ็นเซอร์แรงบิดของคุณและตรวจสอบการวัดที่เชื่อถือได้:
1. การออกแบบและการพิมพ์ 3 มิติ (หรือสร้าง) ที่อยู่อาศัยสำหรับส่วนประกอบเซ็นเซอร์
2. สร้างจุดติดตั้งสำหรับการติดตั้งเซ็นเซอร์เข้ากับการตั้งค่าการทดสอบหรือเครื่องจักรของคุณ
3. ตรวจสอบการจัดตำแหน่งที่เหมาะสมและการรบกวนน้อยที่สุดกับเพลาหมุน
สำหรับผู้ที่ต้องการปรับปรุงการออกแบบเซ็นเซอร์แรงบิดให้พิจารณาเทคนิคขั้นสูงเหล่านี้:
แทนที่จะใช้เกจวัดความเครียดคุณสามารถสำรวจวิธีการที่ไม่สัมผัสเช่นเซ็นเซอร์คลื่นเสียง magnetoelastic หรือพื้นผิวอะคูสติก (SAW) เทคโนโลยีเหล่านี้มีข้อได้เปรียบในแง่ของความทนทานและลดการบำรุงรักษา
ใช้การส่งข้อมูลแบบไร้สายโดยใช้โมดูลบลูทู ธ หรือ Wi-Fi เพื่อขจัดความจำเป็นในการลื่นแหวนในเซ็นเซอร์แรงบิดหมุน
รวมเซ็นเซอร์อุณหภูมิและอัลกอริทึมการชดเชยเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในสภาพการทำงานที่หลากหลาย
เซ็นเซอร์แรงบิด DIY สามารถใช้ในแอปพลิเคชันต่าง ๆ รวมถึง:
1. การทดสอบและพัฒนายานยนต์
2. หุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ
3. การตรวจสอบประสิทธิภาพของกังหันลม
4. การทดสอบวัสดุและการจำแนกลักษณะ
5. การวิเคราะห์ประสิทธิภาพอุปกรณ์กีฬา
การสร้างเซ็นเซอร์แรงบิดของคุณเองเป็นโครงการที่คุ้มค่าที่รวมวิศวกรรมเครื่องกลอิเล็กทรอนิกส์และการเขียนโปรแกรม โดยทำตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในคู่มือนี้คุณสามารถสร้างอุปกรณ์วัดแรงบิดที่ใช้งานได้สำหรับค่าใช้จ่ายของเซ็นเซอร์เชิงพาณิชย์เพียงเล็กน้อย ในขณะที่เซ็นเซอร์ DIY อาจไม่ตรงกับความแม่นยำของอุปกรณ์ระดับมืออาชีพ แต่พวกเขาสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีค่าสำหรับการใช้งานมากมายและทำหน้าที่เป็นประสบการณ์การเรียนรู้ที่ยอดเยี่ยม
ความแม่นยำของเซ็นเซอร์แรงบิด DIY ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ รวมถึงคุณภาพของส่วนประกอบที่ใช้ความแม่นยำในการสอบเทียบและสภาพแวดล้อม ด้วยการก่อสร้างและการสอบเทียบอย่างระมัดระวังคุณสามารถบรรลุความถูกต้องภายใน 1-5% ของช่วงเต็มรูปแบบ อย่างไรก็ตามสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการเซ็นเซอร์เกรดระดับมืออาชีพที่มีความแม่นยำสูง
เมื่อเลือกมาตรวัดความเครียดให้พิจารณาปัจจัยต่อไปนี้:
- ความต้านทาน (โดยทั่วไปคือ120Ωหรือ350Ω)
- ปัจจัยมาตรวัด (ความไวต่อความเครียด)
- การชดเชยอุณหภูมิ
- ขนาดและรูปร่างที่เหมาะสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางเพลาของคุณ
เลือกเกจวัดความเครียดที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันการวัดแรงบิดเพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด
เซ็นเซอร์แรงบิด DIY สามารถใช้สำหรับแอปพลิเคชันความเร็วปานกลาง แต่การใช้ความเร็วสูงอาจทำให้เกิดความท้าทายเพิ่มเติม สำหรับเซ็นเซอร์ที่หมุนได้ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการปรับสมดุลที่เหมาะสมและพิจารณาใช้วิธีการไม่สัมผัสเช่นเซ็นเซอร์ magnetoelastic สำหรับการใช้งานความเร็วสูงมาก
ความถี่การสอบเทียบขึ้นอยู่กับการใช้งานของเซ็นเซอร์และสภาพแวดล้อม ตามกฎทั่วไป:
- ทำการสอบเทียบเริ่มต้นหลังจากการก่อสร้าง
- ปรับเทียบใหม่ทุก 6-12 เดือนสำหรับการใช้งานปกติ
- ปรับเทียบบ่อยขึ้นหากสัมผัสกับอุณหภูมิสูงหรือแรงกระแทกทางกล
แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดทั่วไปในการวัดแรงบิดรวมถึง:
- การเยื้องศูนย์ของเซ็นเซอร์หรือเพลาที่ไม่ถูกต้อง
- การแปรผันของอุณหภูมิที่มีผลต่อประสิทธิภาพของมาตรวัดความเครียด
- สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า
- hysteresis เชิงกลในองค์ประกอบการตรวจจับ
- การปรับสภาพสัญญาณไม่เพียงพอหรือการกรอง
การจัดการกับปัจจัยเหล่านี้สามารถปรับปรุงความแม่นยำและความน่าเชื่อถือของเซ็นเซอร์แรงบิด DIY ของคุณได้อย่างมีนัยสำคัญ
