Digitalwaage

[CPU_Heizer]

Hallo zusammn!


Da unsere Küchenwaage ungenau ist und langsam ausgedient hat, hab ich mir gedacht, ich könnte vielleicht selbst eine digitale Waage bauen.

Eine erste 3D-Planung sieht so aus:
http://img11.imageshack.us/img11/1543/unbenanntotr.png

http://img4.imageshack.us/img4/7944/unbenannt2s.png

Im allgemeinen bräuchte es da nicht mehr als ein "Set to 0"-Knopf, ein on/off-Knopf, ein Display, ein uC und vier Drucksensoren.

Die Wiege-Platte liegt nur auf, evtl. stabilisiert durch vier halblöcher an der Unterseite. Im bild ist sie aus Holz, wird aber dann wahrscheinlich aus Plastik oder Metall gemacht.

Als Drucksensoren hab ich mir sowas (http://www.conrad.ch/goto.php?artikel=503368) gedacht, das ist aber für mein sehr bescheidenes Taschengeld doch recht teuer, wenn man vier Stück davon benötigt. Gibt's da noch ne billigere Lösung? :-k

Bitte macht mich auf Denkfehler aufmerksam, danke für jeden Tip!

[Besserwessi]

Sensoren für eine Waage sind leider nicht so billig zu kriegen. Normalerweise geht man eher den Weg andersherum: man nimmt eine Waage wegen den Sensoren auseinander.

Wenn man viel Platz hat und Spaß am Experiment könnte man versuchen die Kraft in eine Resonanzfrequenz umzusetzen, z.B. einer schwingfähigen Saite.

[CPU_Heizer]

Ich habe mir auch schon etwas anderes überlegt, das ist aber etwas komplitziert, und eventuell auch ungenau wegen der Reibung.

http://img104.imageshack.us/img104/6675/unbenannt3.png
(mit Gewichtsstütze mein ich das, wo das Gewicht aufgelegt wird)


Wie meinste das genau, eine Kraft-Resonanz-Umsetzung? (Kennst du n guten Weblink über sowas?)

[Besserwessi]

Die Frequenz einer Saite hängt bekannlich von der Kraft ab mit der daran gezogen wird. Die Resonanzfrequenz kann man z.B. über einen Piezo der Elektromagneten Anregen und messen. Frequenzen kann kann mit dem µC gut mit hiher Auflösung messen.

Edit:
Die Lösung mit der Feder ist auch mäglich. Allerdings wird das mit dem Poti nicht werden. Zur Wegmessung nimmt man besser eine kapazitiven Sensor oder eine induktiven Sensor mit verschiebbarem Kern (LVDT). Mit so einem Kapazitiven Sensor arbeiten auch einiger der billigen Waagen.

[Da_Vinci13]

Hi,
Das hilft dir zwar nicht weiter aber fragen darf man doch:
Wo kannst du so tolle Bilder machen? Wie ganz oben?
Kann man das Gratis Downloaden?

Grüsse!

[linux_step1]

noch eine idee zum experimentieren:
Es gab mal in der Zeitschrift Elektor (okt 1986) einen Beitrag über eine elektronische Waage nach dem Kompensationsprinzip.
Das prinzip beruht darauf, dass die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld sehr exakt proportional zum Strom ist. Man muss "nur" durch eine regelung dafür sorgen, dass der Leiter immer an der gleichen position bleibt, und den dann fließenden Strom messen.
Praktisch realisiert haben die von Elektor das mittels eines umgebauten Lautsprechers.

Grüße Gerd

Edit:
Ich hab mir noch den link zu den sensoren angesehen. Glaube nicht dass die geeignet sind.

[oberallgeier]

Hi,

... selbst eine digitale Waage bauen ... und vier Drucksensoren ...Auch wenn das Projekt etwas schwierig wird, mal ein paar Anmerkungen. ICH würde drei Drucksensoren nehmen - dann hätte ich kaum das Problem, evtl. Verspannungen der Wägeplattform elektronisch oder softwareseitig kompensieren zu müssen. Vier Drucksensoren ergeben - vor allem bei den extrem kurzen Ausschlägen dieser Sensoren - eine statisch eher (theoretisch eindeutig) unbestimmte Auflage.

... elektronische Waage nach dem Kompensationsprinzip ...Kompensationswaagen haben einen guten Vorteil - sie sind s..ehr genau, bis zu 20 Bit oder mehr - im Labor habe ich eine 8200g Waage mit 1/100g. Nachteilig ist die Schwingungsfähigkeit des Kompensationsteils - daher ist eine sehr saubere Dämpfung (aperiodischer Grenzfall) vonnöten. Die Dämpfung führt wiederum zu einem zeitlichen Schleppfehler von ein, zwei Zehntelsekunden, der allerdings bei Deiner Anwendung als Küchenwaage nicht wirklich stören sollte. Die - billigere - Lösung, die Biegebalkenwaage, die im Prinzip mit einem einzigen DMS auskommen kann, hat diesen Schleppfehler/Zeitverzug nicht, muss sich aber mit deutlich geringerer Auflösung zufriedengeben. Im guten Küchenwaagenbereich sind 12 bis 12,5 Bit Standard: 5000 g mit 1g/div. So ein Teil gibt es als "gutes" mit sehr sauberem Handling und guten Design schon für knapp über 20 €. Billiger sind die Waagen mit 11 Bit - 2000g mit 1g/div.

Was heisst für mich gutes Design und gutes Handling bei Küchenwaagen? Autozero, Auto-Aus, Umschalten der Gewichtseinheiten und Zuwiegefunktion/Tara mit Anzeige "negativer" Gewichte, gute Unempfindlichkeit gegen aussermittige Last, dazu natürlich ein schmutzunempfindliches Äusseres und ein ansprechendes Aussehen.

[CPU_Heizer]

Hallo, erstmal danke für eure Tips!

@Besserwessi: Das System klingt interessant aber auch kompliziert. Meinst du soetwas passt 3/4 mal in eine 15cm*15cm Waage? und wäre das auch robust genug?

@Da_Vinci13: Das Modell habe ich in "gmax" modelliert. Das kannste auf der Website von Discreet gratis downloaden.

@linux_step1: Das System tönt sehr unkomplitziert und einfach, wenn ich das richtig verstanden hab. Ich werd heut Abend n Bild hochladen wie ich mir das vorstelle. (Mittagspause geht jetz zu ende)

@oberallgeier: Die Idee mit dem DMS klingt gut aber dann müsste man das Gewicht doch immer genau in die Mitte stellen?

[Besserwessi]

Bei dem System mit 3 (oder auch 4) Sensoren braucht man die Last gerade nicht genau in der Mitte zu haben. Die Gesamtlast ist gerade die Summe der einzelen Lasten. Wenn man außerhalb der Mitte ist kriegt man nur eine verschiebung zwischen den Sensoren. Mit nur einem Sensor in der Mitte hat man seitliche Kräfte und entsprechend reibung. Alternativ kann man die Last auch über ein Hebelsystem so umlenken das man alles auf einen Sonsor kreigt. Dann ist man aber durch die Präzision der Mechanik begrenzt. Bei 3 Sensoren kann man noch elektronisch nachjustieren und ggf. erkenne wann die Last zu weit aus der Mitte ist.

[CPU_Heizer]

oberallgeier hat gesagt, man könnte das ganze mit nur einem DMS bauen. Dann wäre es doch aber wichtig, dass man das Gewicht mittig auflegt, oder?
So ein Hebelsystem wäre wohl etwas kompliziert ;)

@linux_step1: Meinst du soetwas?
http://img201.imageshack.us/img201/3043/kraftsensor.png

[oberallgeier]

Hi,

ein möglicher Trick bei einfachen Waagen ist der Doppelbiegebalken, der z.T. aus einem einzigen Metallstück gefertigt wird. Seine mechanischen Eigenschaften (insbesondere gegen Biegedrillknicken, das früher Kippen hieß. Biegedrillknicken (http://de.wikipedia.org/wiki/Biegedrillknicken) ist ein ziemlich komplexer Beanspruchungsfall) sind so, dass er bei einfachen Waagen als Träger der Waageschale genommen werden kann.

...............http://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/mb-iwp/Waage/Doppel-Biegebalken.jpg

Dazu habe ich eine sehr empfehlenswerte Vorlage (http://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/mb-iwp/Waage/) gefunden - aus der dieses Bild stammt, die zum Nachbau förmlich auffordert. Komplett mit Stückliste, kurzgefasster Bauanleitung etc. Einfach mal ansehen . . . .

"Einen" Dehnmessstreifen kann man wirklich nehmen - wobei ich das mit "ein" leider missverständlich ausgedrückt hatte: es gibt (vier einzelne) DMS, die auf EINEM Träger aufgebracht sind und zu einer Vollbrücke geschaltet werden können. So etwas ist in diesem Aufbau realisiert (http://www.follmann-net.de/Privat/Waage/waage.html) - der sogar mit einem PC als Ausgabegerät läuft (na ja, da lege ich aber die Hand für die Küchentauglichkeit nicht ins Feuer). Dieses Projekt ist in einer ziemlich umfangreichen Dokumentation (http://www.follmann-net.de/Privat/Waage/Waage.PDF) gut und klar beschrieben.

[linux_step1]

Man braucht einen magneten (am besten permanentmagnet) und eine Spule.
Das prinzip kann man vielleicht am einfachsten anhand eines Lautsprechers darstellen:
nimm einen Lautsprecher (ohne gehäuse, also nur das chassis) und schliess eine (kleine) Gleichpsannung an. Die Membran wird sich raus oder rein bewegen je nach polarität der Spannung.
Leg den Lautsprecher flach auf den Tisch, Magnet nach unten. Wenn du ein gewicht auf die Membaran legst (zb. deine wunderschöne Teekanne, ach übrigens ich hab mir grade gmax installiert), dann sinkt die Mebran nach unten. Wenn du eine Gleichspannung mit der richtigen Polarität anlegst, wird das Gewicht angehoben. Nun musst du den Strom so einstellen, dass exakt wieder die Ruhelage erreicht wird. Dann ist der strom proportional zum Gewicht. Die stromeinstellung übernimmt am besten eine kleine Regelung. Dazu braucht man einen positionssensor (zb Lichtschranke).
Eine ähnliche anordnung gibts übrigens in jeder modernen Festplatte. (zumindest in denen, die ich bisher geöffnet habe). Und zwar zur Kopfpositionierung. Da ist ein starker Magnet und eine Spule drin. Der Magnet ist festehend, die Spule ist an einem drehbaren Arm befestigt. Am anderen Ende des Arms snd die schreib/lesköpfe. Auch damit könnte man evtl eine Waage bauen.

Grüße Gerd

[CPU_Heizer]

Hallo, erstmal sorry für das lange warten-lassen ;)

Das Kompensationsprinzip wäre wahrscheinlich von den technischen Kentnissen her einfach umzusetzen, aber die Herstellung aufwändig (4 Lichtschranken/Reflektionssysteme.)
Ausserdem habe ich immernoch Angst, dass die mechanische Reibung die Messungen ungenau macht.
Ausserdem: Die Lautspecher müss dann doch genug stark sein um das Gewicht auf die mittelhöhe zu heben?!

Im Moment scheint mir die Biegebalkenmethode mit Abstand am einfachsten und unkompliziertesten. Wenn ich noch einen billigen DMS finde, werde ich wohl etwas in der Art umsetzen.

DMS-Variante:
+ Mechanische Reibung "stockt" nicht (ist kontinuierlich)
+ die Gewichtslage ist unkritisch
+ robust
+ genau genug für die Küche
+ billig

- dickes Waagen-Design benötigt
- komplizierte softwareseitige berechnung (logarithmisch, oder?)

[Besserwessi]

Für eine Küchenwaage sollten DMS schon genau genug sein. Ein bischen sollte man aber schon bei der Wahl des Federmaterials aufpassen. Da gibt es Temperaturabhängigkeiten und wenn man ganz fasch liegt (Stahl mit viel Kohlenstoff oder gar Magnesiumlegierungen) gibt es auch noch anelastische Effekte.
Zur Laufzeit braucht man da nicht mehr viel berechenen. Die Kennlinie ist in aller Regel linear. Das ergibt sich schon daraus, dass man nur kleine verbiegungen zulassen darf.
Die Sache mit dem billig ist so eine Sache: auch wenn da an sich nicht viel dran ist an einem DMS, sind die meistens recht teuer. So 20 EUR pro Sensor wird man wenigstens einplanen müssen. Auch das Aufkleben ist ziehmlich kritisch.

Billiger als DMS ist da oft eine Kapazitive Messung der Durchbiegung.

[linux_step1]

Ich gebe dir recht: die praktische Realisierung des Kompensationsprinzip ist sicher nicht ganz einfach (aber technisch interessant).
Ein bisschen muss ich trotzdem widersprechen: wenn man einen Lautsprecher als Basis nimmt gibt es praktisch keine Reibung. Es wird auch nur eine Lichtschranke benötigt.
Was die Stärke betrifft: ein kleiner Tieftöner oder käftiger Mitteltöner sollte für 500-1000g ausreichen.

[CPU_Heizer]

Also ein kapazitiver Sensor wäre auch noch eine sehr interessante Möglichkeit.
Mechanisch könnte man evtl. eine Anordnung wie beim DMS bauen, ausser dass die beiden Träger nicht Biegebalken sondern Kondensatorelektroden sind. Natürlich müsste man ein elastisches Metall nehmen und den Abstand viel kleiner gestalten.

Dann werde ich wohl morgen einige Messungen über die Kapazitätunterschiede durchführen.

@linux_step1:
500g - 1kg ist wirklich einiges! Aber solche Dinger sind ja auch nicht ganz klein und passen zu viert wahrscheinlich nicht gut in eine kleine Küchenwaage (ca. 15*15cm).
Aber diese Variante würde sich doch prima für die Tiefenmessung in einem Modell-U-Boot eignen!? Eine Membran is ja schon dran, nur mit der Lichtschranke wirds evtl. schrierig.

[Manf]

Die Frequenz einer Saite hängt bekannlich von der Kraft ab mit der daran gezogen wird.

Hier ist übrigens ein solcher Kraftmesser beschrieben.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=14678

https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=768

So sieht es industriell aus.
http://www.digisens.com/55.0.html
http://www.digisens.com/typo3temp/b672e85c55.jpg