Halbleiterwägezelle direkt im Kraftfluss - Woher?

Hallo,

ich suche zur Zeit nach einer Möglichkeit mit einem Sensor eine Masse zu wiegen.

Eine Platte (ca.45kg) im/auf dem Boden soll den darauf stehenden/gehenden kleine Paarhufer (Ziegen, Schafe)wiegen. Der kraftaufnehmende Sensor soll direkt im Kraftfluss liegen. Eine Messung an einer parallel angebrachten Messtrecke soll es nicht sein. Unten steht dazu mehr.

An den Sensor werden aber noch eine ganze Menge anderer Anforderungen gestellt. Ich bin mir nicht sicher ob es einen solchen Sensor gibt. Ich schreibe die Dinge an die ich so denke einfach mal runter:

  • Messbereich von 40kg bis 80kg
  • Auflösung 0,1kg oder besser
  • Schockfest, einen bestimmten Wert kann ich nicht sagen - 150kg machen aber Sinn. Das ist der Bereich in dem nicht sinnvoll gemessen werden kann. Der Sensor sollte jedoch nicht kaputtgehen.
  • Messzyklen ca. 2 Millionen, ohne Kalibrierung
  • Arbeitstemperatur 10 bis 60 Grad
  • Maximale Temperatur, minus 40 bis plus 90 Grad

Ich habe mir verschiedene Wägezellen angesehen. Die einer Metallfeder nachempfunden sind haben oft einen Dehnmesstreifen. Da die Metalle aber praktisch alle einer Dehnung über der Zeit ausgesetzt sind (Relaxion), muss regelmäßig nachkalibriert werden. Auch die Messung mit einem Messsystem das nicht unmittelbar im Kraftfluss liegt hat das Problem das die Messung ungenau ist, sobald sich Eigenschaften im gesamten Messaufbau mit der Zeit ändern. Das passiert aber nun mal, sobald Federn im System vorkommen.

Daher bleibt, soweit ich das verstehe, nur die direkte Messungen im Kraftfluss übrig. Da die Anzahl der Messzyklen sehr gross ist denke ich das ein Halbleitersensor eine gute Wahl sein kann. Sehe ich das richtig oder habe ich etwas zu naiv gesehen?

Sven

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Sven Schulz
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Vielleicht missverstehe ich das Wort "Kraftfluss", aber es gibt Waagen die nur noch starre Drucksensoren enthalten. Sogar kleine fuer das Badezimmer. Die sind oft aus Glas oder aus einem kuenstlichen Marmor. Egal wie "schief" man draufsteigt, es werden alle vier Drucksensoren gemessen und addiert. Federn oder bewegen tut sich da fuehlbar nix mehr.

Ich weiss nicht ob diese auch nach dem Prinzip arbeitet, aber generell sollte es sowas in Europa geben:

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Das Suchwort fuer einen Selbstbau waere "Load Cell" und die meisten sind "siffresistent", denn Paarhufer sind nicht immer stubenrein und man weiss nie wann sie pieseln oder gar koetteln :-)

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/
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Joerg

Am Mon, 10 Sep 2012 23:24:09 +0200 schrieb Sven Schulz:

Suchst Du einen Sensor für Deien Elektronik oder eine Lösung für das Problem?

In letzterem Fall sind Industrie-Sensoren durch aus robust und genau genug. Natürlich auch mechanisch dem Nenndruck gewachsen, usw. Der Anschaffungswiderstand ist selbstverständlich auch robust ...

Marc

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Marc Santhoff

Am 10.09.12 23.24, schrieb Sven Schulz:

Die Anforderungen klingen jetzt erstmal für industrielle Verhältnisse eher moderat: die Auflösung liegt maximal bei 0,1%, zur Unsicherheit sagst Du nichts. Die Auflösung kriegt jede halbwegs vernünftige Wägeplattform hin. Die 2 Millionen Zyklen wären eine ernstere Betrachtung wert.

Über Federwerkstoffrelaxation wirst Du Dir vermutlich keine Gedanken machen müssen. Das ist im Paarhuferstall so ziemlich das kleinste Problem.

Welche Wägezellen hast Du Dir denn angesehen? Eine komplette Wägeplattform mit 4 Zellen ist das, was normalerweise verwendet wird.

Normalerweise wägt man im Kraftfluss, alles andere macht eher Probleme. Und Halbleitersensoren - das bedeutet ja Halbleiter als Federwerkstoff - gibt es nahezu nur als Drucksensoren. Das ginge natürlich auch (Hydraulische Plattform und Druckmessung) - ich wäre mir nicht sicher, ob besser und einfacher.

Alternativ könnte auch ein hängender Durchlaufkäfig mit Zuglast-Wägezelle in Frage kommen, z.B. bei

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der Typ U2A. Dazu eine "stallfähige" Waagenelektronik und die Birne ist geschält.

Und wo ist das Problem, alle hundert Ziegen mal einen Kopf zu drücken, um den Offset wegzunullen? Den Mist, den Dir die Paarhufer auf die Plattform schleppen, musst Du sowieso wegnullen.

Gruß, V.

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Volker Staben

Irgendwann habe ich da mal einen Zeitungsbericht über eine spezielle Waage gelesen. Die Waage konnte Kühe beim Durchlaufen wiegen. Machte automatisch einen gleitenden Mittelwert - solange da die Kuh drüberlief - nullte auch automatisch den ganzen Dreck weg, der auf der Waage lag - in der Zeit in der sie leer war; erkannte auch, wenn da mal 2 Kühe drauf waren und loggte das automatisch anhand der Ohrmarke. Rundumsorglos Überwachung. Also machbar ist das schon seit langem. Nur die Frage wie teuer es werden darf? Ich würde da erst mal beim Landwirtschaftshändler nachschauen, ehe ich da Industriesensoren suche...

M.

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Matthias Weingart

Am 11.09.12 08.38, schrieb Matthias Weingart:

Vermutlich ist das Problem in der Landwirtschaft nicht unüblich. Ich war davon ausgegangen, dass jemand aus der Landwirtschaft ohnehin schon beim Landhandel gesucht hat. Die Anforderungen in der Landwirtschaft unterscheiden sich von industriellen Anforderungen (Temperatur, IPxy, ...) wenig. Insofern werden dann ohnehin Industriekomponenten verbaut und die Preise sind anyway entsprechend. Nur Gebastel wird billig - aber dafür zahlt man dann an anderer Stelle.

V.

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Volker Staben

Am 11.09.2012 09:22, schrieb Volker Staben:

Eher beim Anlagenbauer. "Big Dutchman" wäre da eine Quelle. Die beziehen aber einen Teil ihrer Waagen wohl dort:

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Gibt noch einige mehr.

Ich kenne das aus dem Bereich Geflügel. Wobei da automatische Gewichtserfassung eher schlecht funktioniert. Bei Schafen und Ziegen stelle ich mir das prinzipiell etwas einfacher vor.

Es gibt es auch ähnliche Waagen für Schlachtereien.

Gruß

Stefan

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Stefan

Ich suche einen Sensor, das kam nicht so klar aus dem posting heraus. Ich kenne solche Art von Sensoren leider nicht.

sven

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Sven Schulz

Was ist in diesem Fall eine 'Unsicherheit'?

Na ja, die Tiere trampeln ja gehörig über die Bodenplatte. Federn sind dabei ordentlich am Arbeiten. Aber egal, die Relaxion von Metall(Federn) kommt (leider) praktisch immer vor.

Noch gar keine. Ich kenn mich mit solchen Sensoren überhaupt nicht aus. Da die Platte auf Federn bzw. Dämpfern gelagert werden muss, kommt ein Sensor mit Druck- oder Zugbeanspruchung direkt im Kraftfluss in Frage. Ich weis noch nicht mal wie die Dinger aussehen.

Wie sehen solche Sensoren aus? Als Druck-Pille mit Anschlüssen zum Anschrauben?

Das schaue ich mir mal an.

Sven

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Sven Schulz

Am 11.09.12 22.52, schrieb Sven Schulz:

Messunsicherheit, engl. uncertainty.

Ja. Ist bei Kraftaufnehmern tatsächlich von Bedeutung, wenn Du mit der Auflösung in den Bereich von ppm kommst.

"Kraftmessdose" als Suchbegriff in der Suchmaschine Deines geringsten Misstrauens liefert tausende Bilder.

Gruß, V.

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Volker Staben

Mich interessiert eher der 'rohe' Sensor, nicht unbedingt das fertig konfektionierte Teil. Ich denke da an einen Kristall mit 2 Drähten drann. Gibt es sowas?

Sven

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Sven Schulz

Am 11.09.12 23.33, schrieb Sven Schulz:

Ja. Heißt "Diode". Auf welchem Stern lebst Du?

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Volker Staben

"Sven Schulz" :

Nennt sich DMS - Dehnmeßstreifen. Den klebst Du direkt auf den Stahlträger auf. Das Kleben ist aber eine Wissenschaft für sich, nicht nur welcher Kleber sondern auch welche Art von DMS und wie herum der (bzw. die) DMS aufgeklebt werden müssen. Einfacher für Dich wären mindestens 3 normale Kraftmessdosen, die du unter deine Wägeplatte verteilst. Noch einfacher eine fertige Waage. ;-)

M.

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Matthias Weingart

Was den Sensor angeht. Es gibt auch Piezi-Kristalldetektoren, aber die sind wesentlich aufwendiger, was die Auswertung angeht. Sowas wird wohl als Drucksensor in Motoren eingesetzt. Kräfte misst man üblicherweise mit DMS Kraftaufnehmern. Das ist dann im Prinzip der nackte Sensor, ein Stück Alu mit aufgeklebten Metallbahnen, die eine Brückenschaltung bilden.

Gruß

Stefan

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Stefan

Am 12.09.12 07.43, schrieb Matthias Weingart:

Ein DMS ist kein "Kristall".

Mit einem DMS ist es nicht getan. Für normalerweise verwendete Brückenschaltungen, Temperaturkompensation, E-Modul-Kompensation, Kriechkompensation, Kompensation unsymmetrischer Krafteinleitung, Abgleich von Nullpunkt und Empfindlichkeit etc. pp. benötigt man i.d.R. eine ganze Reihe von DMS und Abgleichwiderständen. Dazu kommt ein geeignetes Design des Federkörpers - Material, Geometrie,...

Das überlässt man besser denjenigen, die sich damit auskennen und setzt eine Kraftmessdose ein - wenn man nicht basteln möchte, sondern wiegen.

V.

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Volker Staben

Mit Piezo kann man nur dynamische Kräfte messen. Also bevorzugt schnelle Kraftänderungen.

Ich kenne nur 4 Sensortypen die kommerziell verbaut werden.

  1. Kondensatorplatten in einem parallellogramm "Federrahmen"
  2. Ein Draht der durch die Messkraft gespannt wird und in einem Magnetfeld schwingt
  3. Biegebalken mit DMS
  4. Die Messkraft wird durch einen Elektromagnet kompensiert. Der Strom ist das Messergebnis.
4 ist der Einzige bei dem nichts verformt wird, kommt aber für den OP nicht in Frage.
--
MFG Gernot
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Gernot Fink

Ich würde aber gerne basteln. Mir reicht ein 'druckabhängiger' Kristall.

S.

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Sven Schulz

Dann brauchst Du vermutlich mindestens vier piezoelektrische Sensoren wie hier:

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Ich kenne nur hiesige Edelhersteller wie Wilcoxon. Wo man die Sensoren guenstig bei Euch bekommt weiss vielleicht jemand anders.

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/
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Joerg

Und so sprach Sven Schulz:

Da geht (fast) jeder höherkapazitive Keramikondensator. Ist nur eine frage des Messverstärkers ;)

Roland

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Roland Ertelt

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Die typischen Piezos liefern aber nur eine dynamische Spannung, d.h. der Kristall wirkt als DC-blockender Kondensator. Bei sehr sorgfältigem Aufbau kann man periodisch Nullen (Druckindizierung an Motoren usw) ansonsten wird man früher oder später Opfer von Droop. Statisches Signal gibt es von piezoresistiven Sensoren.

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mfg Rolf Bombach
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Rolf Bombach

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