Wägezelle – wie funktionieren preiswerte Personenwaagen-Zellen

preiswerte Wägezelle

Eine preiswerte Wägezelle, wie sie in 10-Euro Personenwaagen verbaut ist, kommt gerne in DIY-Projekten, z.B. für Selbstbau-Trachtwaagen, zum Einsatz. Doch wie ist sie intern aufgebaut und wie funktioniert eine Brückenschaltung damit?

Aufbau einer preiswerten Wägezelle

Preiswerte Wägezellen bestehen aus gestanztem Blech. Die Verbiegung eines Streifens (durch Gewicht) wird durch einen aufgeklebten Dehnungsmessstreifen als dehnungsabhängigen Widerstand elektrisch messbar. Dazu wären zunächst zwei Anschlüsse an den Zellen erforderlich. Jedoch ist ein weiterer Dehnungsmessstreifen so angebracht, dass er bei Verbiegung wenig beeinflusst wird. Beide Dehnungsmessstreifen sind in Reihe geschaltet, die Verbindung ist nach außen geführt. Damit haben die Wägezellen drei Anschlüsse, in Abb. 1 weiß, rot und schwarz. Abb. 1 zeigt ebenso das Ersatzschaltbild. Die Widerstände sind entsprechend den Anschlüssen mit WR (weiß-rot) und RS (rot-schwarz) gekennzeichnet.

Wägezelle und Ersatzschaltbild

Abb. 1: preiswerte Wägezelle und Ersatzschaltbild

Die Dehnungsmessstreifen, die wenig von der Belastung abhängig sind, dienen in Brückenschaltungen zur Temperaturkompensation.

Ermittlung des „eigentlichen“ Mess-Dehnungsstreifens

Mit der einfachen Schaltung in Abb. 2 können Sie den Dehnungsstreifen ermitteln, der sich bei Belastung ändert. Mit drei Festwiderständen ist Teil einer Brückenschaltung aufgebaut. Ein Dehnungsmessstreifen aus der Wägezelle bildet den vierten, ggf. veränderlichen Widerstand. Bei den hier getesteten Zellen zeigte das Voltmeter für SR1 (schwarz-rot) einen Ausschlag von knapp 2mV bei Belastung mit der Kombizange, für RW1 (rot-weiß) lediglich 0,1mV. Damit ist der Streifen zwischen dem roten und dem schwarzen Kabel der eigentliche Messstreifen.

Schaltung zur Ermillung des richtigen Dehnungsmessstreifens

Abb. 2: Einfacher Test, um herauszubekommen, wofür die Anschlüsse sind.

Brückenschaltung

Bereits mit einer Wägezelle lässt sich eine Brückenschaltung aufbauen.

Brückenschaltung mit einer preiswerten Wägezelle

Abb. 3: Schaltung mit einer Wägezelle

Empfindlicher in der Wägung (aber unempfindlicher gegen Temperaturschwankungen) ist eine Brücke mit zwei Wägezellen.

Brückenschaltung mit zwei preiswerten Wägezellen

Abb. 4: Schaltung mit zwei Wägezellen

Mit vier Wägezellen lässt sich eine Brücke aufbauen, die je nach Belastung eine noch höhere Spannung ausgibt. Werden die vier Wägezellen z.B. unter einer stabilen Platte angeordnet, so lassen sich Waagen aufbauen, die unempfindlich gegen die Postion des Wägegutes sind.

Brückenschaltung mit vier preiswerten Wägezellen

Abb. 5: Schaltung mit vier Wägezellen

Mit wenigen weiteren Bauteilen lässt sich so eine internetgestützte Waage aufbauen. Auf den Honey-Pi Seiten ist eine Umsetzung mit dem Raspberry Pi und dem HX711 gezeigt.

Maße der Wägezelle

Für DIY-Projekte ist es praktisch, beim Kauf des Topfbohrers im Baumarkt gleich die Maße parat zu haben. In Abb. 6 sind die wichtigsten – alle in mm – angegeben.

Bemaßung einer preiswerten Wägezelle

Abb. 6: Bemaßung einer preiswerten Wägezelle in mm

Implementierung – Aufbau einer Billig-Trachtwaage

Mit wenigen zusätzlichen Bauteilen lässt sich mit den preiswerten Wägezellen z. B. eine Trachtwaage für die Unterstützung der Imkerei aufbauen. Das Konstrukt kann in Bezug auf Messwiederholgenauigkeit, Temperaturkonstanz, Linearität etc. nicht mit den kommerziellen Systemen wie z.B. Wolf-Waagen mithalten, aber zur Erkennung von Futtermangel oder dem Trachtende sollte es genügen. Der Aufbau in Abb. 7 basiert auf einer 30cm * 30cm Platte und ist für das Mini-Plus-Beutensystem geeignet. Die Wägezellen sind in passende Töpfchen aus dem 3D-Drucker gebettet, als Widerlager dienen 5-Cent-Stücke. Bei einer Belastung von 20 kg pro Wägezelle drücken sich die Münzen nicht ein.

Trachtwaage für Mini Plus

Abb. 7: Montage der Wägezellen auf einer Karrosserie-Sperrholzplatte

Videos

Ein kleines Imkerspielzeug (Mini Trachtwaage) aus einem studentischen Projekt.

 

 

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Ein Gedanke zu „Wägezelle – wie funktionieren preiswerte Personenwaagen-Zellen

  1. Tyler Padleton

    Vielen Dank für diese Darstellung, wie Personenwaagen-Zellen funktionieren. Mein Onkel produziert Waagen und Wägezellen und erzählt mir gerne von seiner Arbeit, was ich sehr spannend finde. Spannend, wie sich mit wenigen zusätzlichen Bauteilen eine Trachtwaage für die Unterstützung der Imkerei aufbauen lässt!

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