重量計の製作(1)

投稿者: | 2021年04月26日

Amazonで以下の品物を購入しました。組み合わせて重量計の製作を画策しています。

購入品1: ロードセル

購入品2:ロードセル用アンプ

使い方を思案

おそらく、秋月電子通商で販売しているこちら[https://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-13203/]と同じものと思われます。

抵抗値

とりあえず、テスターで線間電圧を測ってみます。

赤ー黒 1kオーム
赤ー白 1kオーム
黒ー白 2kオーム

理論上は、赤-黒、赤-白の両方がひずみゲージの場合、荷重に対しての感度差があれば(もしくは符号が異なる場合)、秋月電子通商に掲載の仕様書の通りの結線で、ブリッジ回路を構成できます。
とはいえ、感度差を設定すると構造的に若干複雑となりますので、赤-黒、赤-白のどちらかがひずみゲージで金属面に貼り付けられており、どちらかが固定抵抗でひずみとは無関係と推定しています。

荷重付加方法

ひずみゲージの実物を裏から見ると写真のような形になります。くびれ型になっている箇所にひずみゲージが張り付けられており、この部分に荷重がかかると、ゲージが伸長し、抵抗値が増加する仕組みと考えられます。

抵抗ブリッジ回路の分析

ロードセル用アンプは、資料を見る限りは、計装アンプで微小電圧を増幅して、専用のプロトコルで出力する仕組みと考えられます。一般的に、ひずみゲージは、ブリッジ回路を構成して微小な電圧差を発生させるものです。そこで、前述のロードセル用アンプで、微小な電位差が増幅されて測定されます。
そこで、まず、ブリッジ回路について考えてみます。
ブリッジ回路において、4か所に抵抗値を設け、R1/R2 = R3/R4のように比が等しくなる場合には、Va、Vb間の電位差はゼロとなります。。ここから、R1~R4の各々の抵抗値が1+α1~1+α4倍となった場合に、Va、Vb間の電位差がどの程度発生するかを計算にて見積もります。なお、計算の途中で、R1=R2=R3=R4=Rとしています。

見積もった結果、各々、元の抵抗値に比例して、電位差変化に影響することがわかります。。また、対角に位置する抵抗は、電位差の変化に対して同符号の変化をもたらし、隣り合う抵抗値の変化は異符号の変化をもたらします。

ここで、一旦、ロードセルの仕様に戻ります。赤―白、赤―黒のどちらかが固定抵抗でどちらかがひずみゲージであったことを思い出してみましょう。

4台セットで使用した場合。R1とR4もしくは、R2とR3がひずみゲージとなり、各々のロードセルに荷重が発生した場合に電位差の変化は同符号となります。

秋月電子通商に掲載されている仕様書によれば、4台セットでの使用が標準と書かれていますが、ここまで、ひずみゲージとブリッジ回路についてわかると、2台セットで使用してブリッジ回路を構成することや、ロードセル1台と、可変抵抗とを組み合わせたブリッジ回路構成なども可能とわかります。

続き 重量計の製作(2)

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