Schnelle gewichtskraftermittlung

[hellobello]

Hallo Forum, ich muss seit langem mal wieder die hervorragende Schwarmintelligenz dieses Forums zu Rate ziehen.

Und zwar suche ich nach einer schnellen Möglichkeit Zugkräfte zu ermitteln, da diese mit einer PID Regelung gesteuert werden sollen.

Hintergrund ist folgender: Ich habe eine Seilwinde, die eine eingestellte Zugkraft exakt einhalten soll. Sagen wir 50 kg. Ein Mensch zieht dagegen. Zieht der mehr als 50kg, soll die Winde locker lassen, zieht er weniger, soll die Winde anziehen. Jeweils bis wieder die 50kg erreicht werden. Im Prinzip eine elektronische Hantel.

Das Problem: Meine ersten Versuche liefen über Wägezellen + HX711 + Auswertung über Arduino. Allerdings haben die Wägezellen das Problem, dass sie viel zu träge reagieren. Lässt man sie los, kommen sie erst nach einigen Sekunden wieder auf null. Das ist für eine PID Regelung in echtzeit vollkommen inakzeptabel. Ich habe sowohl 200kg load cells, 50kg load cells, sowie die Wägezellen von Personenwaagen probiert. Immer mit dem selben bescheidenen ergebnis. Dazu kommt noch die Temperaturdrift.

Meine nächste Idee wären Spiralfedern, die bei Zug zusammengedrückt werden. Je nachdem wie weit das ist, habe ich einen brauchbaren wert. Machen wägezellen ja im Prinzip auch. Aber jetzt brauche ich eine Möglichkeit diese eher geringe distanzänderung möglichst genau zu messen. Ein Linearpoti wird wohl nach und nach immer ungenauer werden, und rauschen. Aber wie kann ich noch eine relativ genaue Messung ohne Verschleißerscheinungen und die Verwendung von Dehnungsstreifen zu realisieren?

Edit: Möglichst was für Selberbastler also THD Elemente im vernünftigen Preisbereich ;)

Bin gespannt aufs Brain storming :)

Beste Grüße, der Micha

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Kann man z.B. die Elektronik von einem digitalen Messschieber irgendwie hacken, um ihn mit dem Microcontroller (Arduino) auszuwerten? Driftet der weg, wenn man tausende male die vor-zurück Bewegung macht?

[White_Fox]

Irgendwo wurde hier mal eine Waage diskutiert. Peter hat damals viel zu berichten gewußt. Den solltest du mal suchen.
Diese Wägezellen arbeiten mit einem Dehnungsmeßstreifen, schwingen aber fürcherlich. Das wird die Elektronik einer Wägezelle wohl kompensieren, das könnte dir in die Suppe gespuckt haben.

Ansonsten wären DMS vermutlich meine erste Wahl. Aber nicht an einer Wägezelle, sondern an einem Bolzen aus eher weichem Metall.

[Gnom67]

Was ist der Sinn dabei? Eine Art Trainingsgerät?

Wie wärs, wenn du hinten an das Seil einfach ein 50-Kg-Gewicht hängst - dann ist die Zugkraft immer genau 50 Kg...

[hellobello]

Schlechte Antwort. Aber du hast recht. Ein Trainingsgerät. Es soll ohne Gewichtsscheiben auskommen in dem man das Gewicht einfach per Poti oder Handyapp verändert. Das geht auch schon, nur die Kraftermittlung macht probleme.

[hbquax]

Eigentlich sollte eine Wägezelle auch relativ schnell messen können. Ist eventuell in dem Messverstärker eine bestimmte Integrationszeit eingestellt? Und kann man die eventuell ändern? Für statische Messungen (Küchenwaage) ist eine lange Integrationszeit ok, für dich halt nicht.

Noch ne Idee 1: Wozu brauchst du den Arduino? Könnte man das ganze nicht komplett als analogen Regelkreis aufbauen?

Noch ne Idee 2: Motor mit Konstantstrom versorgen => konstantes Drehmoment => ungefähr konstante Seilkraft

[Gnom67]

Eine recht genaue Entfernungsmessung kriegst du mit einer Trinagulationslichtschranke hin.
Vielleicht reicht aber auch schon ein Ultraschallsensor.
Ansonsten, wie wäre es mit einem Drehgeber (Gabellichtschranke/Lochrad)?
Die zu messende Entfernung kannst du ja ggf. über Hebel/Übersetzung noch vergrößern, so dass die Auflösung steigt.

[hellobello]

Danke mal. Den Arduino brauche ich weil der nicht nur messen und regeln soll, sondern das Ganze auch steuern. Es sollen die Parameter Gewicht, Absenkung, max. range of motion und min. ROM zum einen per Potis, und zum anderen auch über Bluetooth mit dem Handy einstellbar sein. Das funktioniert soweit auch schon gut, doch ich kämpfe seit Wochen mit der Trägheit der herkömmlichen Wägezellen.

Ich hab mich auch bissl schlau gemacht, das Hacken von einem Messschieber scheint gar nicht sooo schwer. Vier Drähte, gnd, +1,6V, clk, und dat. Werd ich als nächstes probieren.

Ultraschall und Lichtschranke hab ich mir auch schon überlegt, ich weiß aber nicht wie die Auflösung ist, bei einem Abstand von ein paar cm. Der Messschieber schafft 1/10mm.
Ebenso mit der Gabellichtschranke Schlitzscheibe und Messung. Jede mechanische Verstärkung mit Hebelachsen oder Zahnrädern kumuliert eben auch auch Messfehler. 😞

[hellobello]

Eigentlich sollte eine Wägezelle auch relativ schnell messen können.

Hochzählen tut sie schnell. Das Problem ist die Rückstellphase, wenn das Gewicht weggenommen wird. Dann braucht es bestimmt 5 Sekunden bis alles wieder auf Null ist. Ich schätze so lange braucht halt das Alu bis es sich wieder entspannt hat.

[hbquax]

Viel Erfolg!

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gibt im Industriebereich Anwendungen, da werden auf einem Förderband Verpackungen im Durchlauf gewogen, mehrere pro Sekunde. Im Windkanalbereich gibt es auch DMS-Waagen, die instationäre Kräfte mit hohen Abtastraten medsen. Und Metalle haben auch keine Verformungshysterese von 5 Sekunden. Entweder hast du sehr seltsame Wägezellen erwischt oder deine Messtechnik oder dein Arduinoprogramm spielen dir einen Streich.

[hellobello]

Das stimmt. Gehen tut es natürlich. Fragt sich bloß was die industriellen Hersteller anders machen. Deren Waagen sind ja teilweise Mikrogramm genau, in einer abartigen Geschwindigkeit. Sooo genau brauche ich das natürlich nicht. Nur die abartige Geschwindigkeit :)

Vielleicht hat schon jemand eine schnellere Waage gebaut bzw. kann mir bestätigen, dass lediglich an meinem Setup was nicht stimmt?

Ich habs mal filmdokumentarisch bereitgestellt:

https://youtu.be/QmAs4ePz4CE

Ignoriert mal, dass es ins negative geht. Die Software hab ich nicht angepasst.

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https://youtu.be/S12Mp8gDJmI

Am Ende des Videos sieht man auch bei dem, dass das Display ein, zwei Sekunden lang runterzählt.

[HaWe]

wenn es sich um einen Arduino handelt:
- wie lautet der Sketch-Sourcecode?
- welche Libs werden verwendet (Links) ?
- welches HX711 Board und welche Wägezellen verwendest du (Link)?
- wie ist die Verkabelung (Foto, Fritzing oder Link)?

(ich würde es dann auch besser unter "Arduino" diskutieren, wegen der oft speziellen Arduino-Libs + API)

[hellobello]

Also, ich habe folgendes herausgefunden: Pin 15 regelt die Samplerate. Liegt der auf LOW, sind 10 samples pro Sekunde möglich. Liegt der auf HIGH, sind es 80 SPS. Allerdings gehen die Fehlmessungen in die Höhe (was meine Versuche nicht bestätigen). Bei dem von mir verwendeten breakout board ist das nicht so einfach zu ändern, man muss den Chip auslöten, die Brücke zwischen Pin 14 und 15 trennen (mit Schraubendreher zerkratzen, oder Dremel), die praktischerweise UNTER dem Chip liegt. Dann Pin 15 + 16 verbinden. Der Pin 15 liegt dann auf HIGH.

[Binaa]

Das ist eine spannende Frage. Könnte man bei so einem Thema eigentlich auch die Berater für Elektroseilwinden in den Shops wie hier mal fragen? Hat das jemand schon mal gemacht?

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