{"id":1631,"date":"2021-02-19T22:11:20","date_gmt":"2021-02-19T21:11:20","guid":{"rendered":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/?p=1631"},"modified":"2022-12-20T00:44:44","modified_gmt":"2022-12-19T23:44:44","slug":"waegezelle-wie-funktionieren-preiswerte-personenwaagen-zellen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/waegezelle-wie-funktionieren-preiswerte-personenwaagen-zellen\/","title":{"rendered":"W\u00e4gezelle – wie funktionieren preiswerte Personenwaagen-Zellen"},"content":{"rendered":"

Eine preiswerte W\u00e4gezelle, wie sie in 10-Euro Personenwaagen verbaut ist, kommt gerne in DIY-Projekten, z.B. f\u00fcr Selbstbau-Trachtwaagen, zum Einsatz. Doch wie ist sie intern aufgebaut und wie funktioniert eine Br\u00fcckenschaltung damit? An hochpreisige Pr\u00e4zisionswaagen wird man mit solchen Konstrukten nicht herankommen, aber einen ersten Gewichtseindruck z.B. bei Bienenst\u00f6cken l\u00e4sst sich im Prinzip schon mit einer 3-Euro-W\u00e4gezelle bauen.<\/em><\/p>\n

Update 24.02.2022: Die unten abgebildeten „T\u00f6pfchen“ hat wohl Leser inspiriert, daher stelle ich die STL-Dateien hier als Zip-Archiv zur Verf\u00fcgung. <\/em>DoseWa\u0308gezelle210220<\/a><\/p>\n

Update 18.12.2022: Wir haben eine kommerzielle Waage getestet, die die hier beschriebenen W\u00e4gezellentypen einsetzt (siehe Abb. 7):\u00a0 Preisg\u00fcnstige Trachtwaage unter der Lupe<\/a><\/p>\n

Aufbau einer preiswerten W\u00e4gezelle<\/h2>\n

Preiswerte W\u00e4gezellen bestehen aus gestanztem Blech. Die Verbiegung eines Streifens (durch Gewicht) wird durch einen aufgeklebten Dehnungsmessstreifen<\/a> als dehnungsabh\u00e4ngigen Widerstand elektrisch messbar. Dazu w\u00e4ren zun\u00e4chst zwei Anschl\u00fcsse 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 au\u00dfen gef\u00fchrt. Damit haben die W\u00e4gezellen drei Anschl\u00fcsse, in Abb. 1 wei\u00df, rot und schwarz. Abb. 1 zeigt ebenso das Ersatzschaltbild. Die Widerst\u00e4nde sind entsprechend den Anschl\u00fcssen mit WR (wei\u00df-rot) und RS (rot-schwarz) gekennzeichnet.<\/p>\n

\"W\u00e4gezelle<\/a><\/p>\n

Abb. 1: preiswerte W\u00e4gezelle und Ersatzschaltbild<\/p>\n

Die Dehnungsmessstreifen, die wenig von der Belastung abh\u00e4ngig sind, dienen in Br\u00fcckenschaltungen zur Temperaturkompensation.<\/p>\n

Ermittlung des „eigentlichen“ Mess-Dehnungsstreifens<\/h2>\n

Mit der einfachen Schaltung in Abb. 2 k\u00f6nnen Sie den Dehnungsstreifen ermitteln, der sich bei Belastung \u00e4ndert. Mit drei Festwiderst\u00e4nden ist Teil einer Br\u00fcckenschaltung aufgebaut. Ein Dehnungsmessstreifen aus der W\u00e4gezelle bildet den vierten, ggf. ver\u00e4nderlichen Widerstand. Bei den hier getesteten Zellen zeigte das Voltmeter f\u00fcr SR1 (schwarz-rot) einen Ausschlag von knapp 2mV bei Belastung mit der Kombizange, f\u00fcr RW1 (rot-wei\u00df) lediglich 0,1mV. Damit ist der Streifen zwischen dem roten und dem schwarzen Kabel der eigentliche Messstreifen.<\/p>\n

\"Schaltung<\/a><\/p>\n

Abb. 2: Einfacher Test, um herauszubekommen, wof\u00fcr die Anschl\u00fcsse sind.<\/p>\n

Br\u00fcckenschaltung<\/h2>\n

Bereits mit einer W\u00e4gezelle l\u00e4sst sich eine Br\u00fcckenschaltung aufbauen.<\/p>\n

\"Br\u00fcckenschaltung<\/a><\/p>\n

Abb. 3: Schaltung mit einer W\u00e4gezelle<\/p>\n

Empfindlicher in der W\u00e4gung (und dabei unempfindlicher gegen Temperaturschwankungen) ist eine Br\u00fccke mit zwei W\u00e4gezellen.<\/p>\n

\"Br\u00fcckenschaltung<\/a><\/p>\n

Abb. 4: Schaltung mit zwei W\u00e4gezellen<\/p>\n

Mit vier W\u00e4gezellen l\u00e4sst sich eine Br\u00fccke aufbauen, die je nach Belastung eine noch h\u00f6here Spannung ausgibt. Werden die vier W\u00e4gezellen z.B. unter einer stabilen Platte angeordnet, so lassen sich Waagen aufbauen, die unempfindlich gegen die Postion des W\u00e4gegutes sind.<\/p>\n

\"Br\u00fcckenschaltung<\/a><\/p>\n

Abb. 5: Schaltung mit vier W\u00e4gezellen<\/p>\n

Mit wenigen weiteren Bauteilen l\u00e4sst sich so eine internetgest\u00fctzte Waage aufbauen. Auf den Honey-Pi Seiten ist eine Umsetzung mit dem Raspberry Pi und dem HX711<\/a> gezeigt.<\/p>\n

Ma\u00dfe der W\u00e4gezelle<\/h2>\n

F\u00fcr DIY-Projekte ist es praktisch, beim Kauf des Topfbohrers im Baumarkt gleich die Ma\u00dfe parat zu haben. In Abb. 6 sind die wichtigsten – alle in mm – angegeben.<\/p>\n

\"Bema\u00dfung<\/a><\/p>\n

Abb. 6: Bema\u00dfung einer preiswerten W\u00e4gezelle in mm<\/p>\n

Implementierung – Aufbau einer Billig-Trachtwaage<\/h2>\n

Mit wenigen zus\u00e4tzlichen Bauteilen l\u00e4sst sich mit den preiswerten W\u00e4gezellen z. B. eine Trachtwaage f\u00fcr die Unterst\u00fctzung der Imkerei aufbauen. Das Konstrukt kann in Bezug auf Messwiederholgenauigkeit, Temperaturkonstanz, Linearit\u00e4t etc. nicht mit den kommerziellen Systemen wie z.B. Wolf-Waagen<\/a> mithalten, aber zur Erkennung von Futtermangel oder dem Trachtende sollte es gen\u00fcgen. Der Aufbau in Abb. 7 basiert auf einer 30cm * 30cm Platte und ist f\u00fcr das Mini-Plus-Beutensystem geeignet. Die W\u00e4gezellen sind in passende T\u00f6pfchen aus dem 3D-Drucker gebettet, als Widerlager dienen 5-Cent-St\u00fccke. Bei einer Belastung von 20 kg pro W\u00e4gezelle dr\u00fccken sich die M\u00fcnzen nicht ein.<\/p>\n

\"Trachtwaage<\/a><\/p>\n

Abb. 7: Montage der W\u00e4gezellen auf einer Karrosserie-Sperrholzplatte<\/p>\n

Videos<\/h2>\n

Ein kleines Imkerspielzeug (Mini Trachtwaage) aus einem studentischen Projekt.<\/a><\/p>\n

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