Hallo zusammen, ich baue gerade an einer Kraftmessplatte mit welcher vertikale Bodenreaktionskräfte gemessen werden sollen. Dabei sind zwischen zwei Holzplatten Gummistopfen angebracht, sodass nur ein kleiner Teil der Kraft auf das parallel dazu angebrachte Moosgummi abfällt, an denen insgesammt vier piezoelektrische Sensoren befestigt sind. So sollen diese Sensoren eine annähernd proportionale Kraft spüren und Spannung generieren. Die vier Piezos (Kapazität ca. 30nF) können parallel zu einem Kondi (ca. 2 nF oder 1muF oder kein Kondi) geschalten werden, um eine größere Zeitkonstante zu erhalten (siehe Schaltplan anbei). Als Messeingang benutze ich Cassy, welches selbst wohl einen etwas niederohmigen Messeingang hat. Da die Piezos sehrr hochomig sind, entläd sich die Geschichte durch das Messgerät ziemlich schnell. Die Piezos generieren zwar eine Spannung von über 10 V - Strom fließt aber nahezu keiner. Habe nun herausgefunden, dass ein Impedanzwandler oder Operationsverstärker dem schnellen Entladevorgang entgegenwirken wirken können, da dadurch eine proportionale Spannung mit größerer Stromstärke generiert bzw. schließlich abgegriffen werden kann. Da ich mit diesem Projekt eine alternative, möglichst kostengünstige Variante einer Kraftmessplatte untersuche, soll die Lösung (Impedanzwandler) auch nicht viel kosten bzw. evtl auch mit ein paar sehr billigen Bauteilen selbst Lötbar sein? Daher bitte ich um Hilfe bei diesem Thema wie ich eine längere Zeitkonstante in der Messung bekomme. Vielen Dank für die Hilfe und Grüße Nico PS: Die angehängten Bilder zeigen das Schaltbild und Ladekurven (1), Sprung (2) und Entladekurven (3) mit den verschiedenen Kondis. Je länger die Entladekurve war, desto mehr Kapazität hatte der Kondi.
Nico schrieb: > möglichst kostengünstige > Variante einer Kraftmessplatte untersuche, soll die Lösung > (Impedanzwandler) auch nicht viel kosten bzw. evtl auch mit ein paar > sehr billigen Bauteilen selbst Lötbar sein? Dann nimm doch einen TL071. Der hat einen sehr hochohmigen Eingang. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl072a.pdf https://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=189106;SEARCH=tl%20071 mfg klaus
Fast alle möglichen Operationsverstärker sind um Längen schneller als Dein Piezo-Aliment. Die Ausgangsspannung, vor allem deren Änderung wird ja (indirekt) von mechanischen Effekten bestimmt. Zwei Sachen sollten aber nicht unter den Tisch fallen: 1. Natürlich möglichst hochohmig abgreifen. Sollte aber bei den heutigen OP's kein Problem sein. 2. Aufpassen, dass Du mittels hoher Spannung den OP nicht aus der Fassung bringst. Piezokeramik kann recht hohe Spannungen erzeugen, wenn die Druckänderung hoch und schnell genug ist und der Eingangswiderstand stimmt.
Das mit dem Gummi und parallelen Moosgummi ist aber äußerst unsicher bzgl. Linearität und Konstanz. Nimm doch einfach eine Personenwaage oder baue sie um, wenn der Kraftbereich zu groß ist. Da ist alles dran und Du sparst die Entwicklungszeit ein. Eine Waage ist ein lineares Meßgerät. Kraftangleichungen an Waagen werden immer über definierte Hebel und nie über elastische Elemente vorgenommen. Sonst könnte man gleich raten oder würfeln. Gruß - Werner
Nico schrieb: > Die Piezos generieren zwar eine Spannung von über 10 V - Strom > fließt aber nahezu keiner. Ja, entscheidend ist, welche Spannungen deine Cassy messen kann (+/-10V?) denn danach bemisst sich, welche Versorgungsspannung der Vorverstäerker braucht (zumindest +/-12V) und welcher OpAmp geht. Ein TL071 ist zwar hochohmig und reicht bis +/-15V, könnte aber (wenn die Karte z.B. +/-20V messen könnte) eventuell nicht ausreichen. Du musst also noch mal nachschlagen und genauer ermitteln, welche Spannungen real maximal anliegen können.
Hallo! Überdenke deine "Lösung" bitte noch mal. Wie werner45 bereits schrieb. Gummi und Moosgummi mit Piezo gibt ein Ergebnis zwische Schätzen und Raten. Selbst die Form eines "Anregeimpulses" kann nicht mal qualitativ gut bestimmt werden. Das ist wie Kohlemikrofon im HiFi-Studio: es kommt was raus - aber, na ja.
Erstmal vielen Dank für eure Tipps und Anregungen! Beginn der Planung war mir eigentlich schon klar, dass diese Kraftmessplatte keine genauen Werte liefern wird :). In welchem Rahmen sie aber ausreichende Werte liefern wird, mit denen man dann ein wenig Rumrechnen kann (Sprünge analysieren) möchte ich mit diesem Projekt untersuchen. Das Cassy kann Spannungen +/-30 V (evtl. sogar +/-100 V?) messen und Versorgerspannungen bis zu +/-16 V liefern. Werde mich nun mal ransetzen und mich über die Bauteile informieren. Zudem bekomme ich morgen ein hoffentlich ähnliches Bauteil 'LM358'. Bei kurzen Vergleich scheinen mir die Bauteile recht ähnlich. Werde ich dann morgen sehen was rauskommt. Werde die Ergebnisse dann hochladen Beste Grüße und nochmals Danke Nico
Hallo, habe meinen Aufbau wie auf dem Schaltplan (siehe Schaltplan anbei) zusammengelötet. Allerdings habe ich für die ersten Versuche den Kondensator noch weggelassen. Als OpAmp habe ich den LM358 verwendet. Gebe ich mittels Cassy nun eine 16 V Spannung auf Pin 8 (+) bzw. Pin 4 (Masse), so messe ich einen kontinuierlichen Anstieg der Spannung bis zu 15.3 Volt zwischen Pin 1 bzw. 4 (siehe Bild 1). Steige ich nun auf die Kraftmessplatte sink die Spannung auf ca. 11 Volt und die Spannung zwischen Pin 1 und 4 geht wieder richtung die 15 V (siehe Bild 2). Wenn ich nun wie in Bild 3 Pin 1 und 4 kurzschließe sinkt die Spannung kurz auf 0 V. Nach 8 Sekunden bin ich auf die Platte gestiegen (Spannung fällt kurz auf 8 V) und bei Sekunde 11 bin ich von der Platte runter (Spannung steigt rasant auf 10,3 V). Habe nun folgende Fragen: Ist es normal, dass sich in dieser Schaltung die Spannung zwischen Pin 1 und 4 aufläd und schließlich sättigt. Habe ich die Piezo-Sensoren (http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/700000-724999/712943-an-01-en-Piezo_Element_EPZ_35M_S29.pdf) richtig angeschlossen (+ in der Mitte, Masse am Rand)? Ist der Schaltplan so richtig, falls ich lediglich ein Impedanzwandler mit einer Verstärkung von 1 haben möchte? Welche Fehler kann ich alles gemacht haben, ist der OpAmo gesättigt? Vielen Dank für weitere Tipps, Ratschläge und eure Hilfe. Nico
Update zum vorigen Post: Nun das richtige Bild Nr 3. Bitte im vorherigen Post das Bild 3 ignorieren.
Der Lm358 ist deutlich niederohmiger im Eingang. Für die Anwendung ist er schon grenzwertig. Für den OP einen DC pfad brauchen, denn auch die FET OPs haben einen, wenn auch kleinen Bias Strom (pA Bereich beim TL081 , 10 nA Bereich beim LM358). Dass könnte ein relativ hochohmiger Widerstand sein, um einen definierten DC Pegel zu erzeugen. Mit den 4 piezos und 10 MOhms hätte man eine Zeitkonstante in der Größenordung 1 Sekunde. Je nach Anwendung wäre eine noch größere Zeitkonstante sinnvoll. Eventuell könnte das ggf. auch ein manueller Reset oder ein Begrenzung per Dioden sein (gut wäre es da wenn der Bias den Sensor des Limits (z.B. "Last 0") treibt. Kondensatoren parallel zu den Piezos kann man nutzen um die Spannung zu reduzieren um sicher im Arbeitsbereich des OPs zu bleiben. Als Nebeneffekt vergrößert sich die Zeitkonstante ggf. Viel mehr als 5-10 V würde ich nicht nutzen - mehr Spannung wird im Messgerät sowieso nur runter geteilt. Lieber den Verstärker Sensor für 2 V auslegen und den Rest als Reserve nutzen. Gummi und Moosgummi als mechanischen Teiler für die Kräfte zu nutzen kann zu großen Fehlern führen, weil Gummi mechanisch nichtlinear ist. Mit klassischen Federn aus Metall könnte es gehen.
Hallo, wieso nimmst du einen Impedanzwandler und keinen Ladungsverstärker + DC Rückkopplung + OP mit FET Eingang? Hat das einen bestimmten Grund? Desweiteren wirkt ein paralleles C zu einem Piezo wie ein kapazitiver Spannungsteiler und du hast weniger Signal... Wenn du zu hohe Frequenzen filtern willst dann nimm z. B. einen RC TP nach dem Ladungsverstärker. Gruß rs
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