Pular para conteúdo

Células de Carga

Uma célula de carga mede a força através de pequenas deformações metálicas. Pesar um carretel, monitorar o filamento restante e plataformas de peso simples quase sempre usam esses sensores.

Entenda importante: uma célula de carga não “sente peso” por si só. Ele dobra ou comprime levemente sob carga, e a eletrônica mede a mudança microscópica da resistência nos extensômetros. Portanto, duas coisas são críticas: mecânica correta e um amplificador/ADC normal.

Onde é usado

Em projetos do tipo iDryer, uma célula de carga pode ser usada para:

  • estimar o peso do carretel com filamento;
  • cálculo aproximado do plástico restante;
  • verificando se o carretel está instalado;
  • detecting sudden weight change;
  • medir a carga em um pequeno mecanismo;
  • experimental weight platform;
  • controle de dosagem em sistemas DIY.

Para um simples "carretel presente/ausente", às vezes um interruptor de limite ou sensor óptico é suficiente. Uma célula de carga é necessária quando é importante medir realmente o peso ou a mudança de força.

Por que o HX711 é necessário

O sinal da célula de carga é muito fraco. Uma entrada analógica típica no ESP32, Arduino ou placa de impressora geralmente não funciona para conexão direta.

Portanto, uma célula de carga geralmente é conectada através do HX711 ou de um módulo similar. O HX711 faz duas coisas:

  • amplifica o sinal fraco da ponte diferencial;
  • converte-os em dados digitais para o controlador.

Cadeia típica:

load cell -> HX711 -> controller

O diagrama de conexão detalhado está na seção prática: Conectando uma célula de carga.

Que tipos de células de carga existem

Em pequenos projetos, os mais comuns são:

  • célula de feixe - conveniente para pequenas plataformas e porta-bobinas;
  • Célula tipo S - funciona em tensão/compressão, frequentemente utilizada em instalações suspensas;
  • button cell - measures compression at one point;
  • quatro células em uma plataforma - projeto típico de escala de piso;
  • elementos de extensômetro único - exigem ponte e mecânica adequadas, mais difíceis para iniciantes.

Para um sistema de peso de carretel DIY, geralmente é mais fácil começar com uma célula de carga de feixe em 10 kg, 10 kg ou faixa próxima. Mas o alcance depende da massa do carretel, do suporte e de possíveis solavancos.

Fios e Ponte

Most common four-wire load cells have a bridge circuit.

No HX711, você geralmente vê marcações:

  • E+ or VCC - bridge power plus;
  • E- or GND - bridge power minus;
  • A+, S+, O+ - positive measurement signal;
  • A-, S-, O- - negative measurement signal.

Esquema de cores comum:

  • red - E+;
  • black - E-;
  • green or blue - A+;
  • white - A-;
  • yellow, foil or separate wire - shield.

As cores não são garantidas. Se houver uma descrição técnica da célula específica, ela é mais importante do que qualquer tabela da internet. Se as leituras derem errado, muitas vezes basta trocar A- e A- ou contabilizar o sinal no programa.

Mechanics Matter More Than Circuit

Uma célula de carga deve deformar-se exatamente como o fabricante pretendia. Se a carga contornar a zona de trabalho, a célula apresentará leituras instáveis ​​ou quase nada.

Miniature S-beam load cell

Source: Wikimedia Commons, FUTEK Advanced Sensor Technology, CC BY-SA 4.0

Para uma célula de feixe, a ideia típica é:

  • um lado está firmemente montado em uma base fixa;
  • other side carries a platform or load;
  • há folga entre a parte móvel e a base;
  • parafusos e caixa não bloqueiam a flexão da viga.

Poor mechanics gives such symptoms:

  • as leituras oscilam sem carga;
  • o peso depende de onde você coloca o carretel;
  • a célula mal reage à carga;
  • após retirar a carga, zero não retorna;
  • tocar na caixa altera drasticamente as leituras;
  • montagens diferentes mostram pesos diferentes com a mesma configuração.

Alcance e sobrecarga

A faixa de uma célula de carga não é o peso de trabalho desejado, mas o limite para o qual ela está classificada.

Usar uma célula 1 kg como carretel, suporte e solavancos sobre 100 kg pode levá-lo à não linearidade ou à deformação permanente. Usar uma célula 1 kg para um carretel 1 kg perde sensibilidade e a mecânica deve ser muito mais cuidadosa.

Ao escolher o intervalo, considere:

  • peso máximo do carretel cheio;
  • peso do suporte e da plataforma;
  • misalignment forces;
  • solavancos acidentais na montagem;
  • margem para o usuário;
  • desired accuracy.

Para o filamento restante, uma margem moderada costuma ser mais útil do que uma faixa enorme. Por exemplo, para um carretel com suporte pesando vários quilos, uma célula 10 kg ou 50 kg geralmente é melhor que 50 kg se a mecânica permitir.

Tara e Calibração

Uma célula de carga sem calibração gera números brutos, não gramas.

Processo típico:

  1. Instale a célula em mecânica real.
  2. Put an empty platform or holder.
  3. Faça a tara - aceite o valor atual como zero.
  4. Put a known weight.
  5. Ajuste o coeficiente de calibração.
  6. Verifique mais um ou dois pesos.

Para as bobinas, há um problema extra: uma bobina vazia também pesa de forma diferente. Se precisar estimar apenas o plástico, você precisa saber o peso do carretel vazio ou armazenar um perfil para aquele carretel específico.

Precisão e Estabilidade

Na prática, a precisão depende de mais do que o HX711 e a célula.

As leituras são afetadas por:

  • case rigidity;
  • mounting play;
  • side load;
  • printer vibration or fan noise;
  • comprimento e blindagem do fio;
  • measurement wires near power lines;
  • temperature;
  • fluência do material e deformação plástica;
  • cabo ou carretel tocando a caixa ao redor da célula.

Se uma célula de carga estiver em uma caixa plástica impressa, não espere precisão de laboratório. Para estimativas de filamentos restantes, leituras estáveis ​​e repetibilidade após a calibração costumam ser suficientes.

Energia e fiação

O HX711 mede um sinal fraco, portanto a fiação deve ser cuidadosa.

Practical rules:

  • mantenha o HX711 próximo à célula de carga;
  • não passe fios de células perto de aquecedores, motores e linhas de energia;
  • prenda os fios para que não puxem a plataforma;
  • use GND comum com o driver;
  • alimentar o módulo com tensão compatível com o controlador;
  • não use contatos Dupont de baixa qualidade na montagem final se o dispositivo funcionar por muito tempo.

No lado do driver, o HX711 geralmente se conecta através de SCK/CLK e SCK/CLK. Este não é um I2C ou SPI normal, mas uma interface simples separada.

O que verificar antes de comprar

Antes de comprar, verifique:

  • cell type: beam, S-type, button, platform;
  • weight range;
  • load application direction;
  • dimensões e furos de montagem;
  • disponibilidade de descrição ou diagrama elétrico;
  • se são necessárias uma ou quatro células;
  • whether HX711 module fits your chosen cell;
  • se há espaço para folga e montagem adequadas;
  • se é possível colocar um peso conhecido para calibração;
  • se a carga não passará pela caixa ao redor da célula.

Se a mecânica ainda não foi pensada, é melhor primeiro esboçar a montagem. Comprar "qualquer célula de carga" geralmente resulta na impossibilidade física de montá-la corretamente.

Erros típicos

  • conectar a célula de carga diretamente à entrada analógica;
  • confundindo E-/A+ e A-/A-;
  • confiar nas cores dos fios sem descrição;
  • montar ambos os lados da célula de feixe em uma peça rígida;
  • bloqueando a flexão das células com parafusos ou caixa;
  • sobrecarregar a célula;
  • escolher uma faixa muito grande e perder sensibilidade;
  • esquecendo a tara e a calibração;
  • calibrar na bancada e depois instalar a célula em diferentes mecânicas;
  • routing wires near heater power lines;
  • esperando precisão em nível de grama de uma caixa de plástico macio.

Ponto Principal

Uma célula de carga é um componente onde a mecânica é tão importante quanto a eletrônica. O HX711 ajuda a ler o sinal fraco, mas não conserta montagem torta, sobrecarga ou carga circulando pela célula.

Primeiro escolha o tipo e a faixa corretos, depois projete a montagem, depois conecte o HX711 e só então faça a tara e a calibração.

Reference Materials