VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В настоящее время наблюдается повсеместное внедрение компьютерных технологий в различные отрасли человеческой деятельности. Одной из областей применения ЭВМ являются лабораторные исследования, в которых компьютер используется для автоматизации физического эксперимента и обработки полученных данных. Такой симбиоз позволяет проводить эксперименты на новом уровне, с высокой точностью воспроизведения процессов. Используя вычислительные мощности ПК можно в кротчайшие сроки, снимать и обрабатывать огромные массивы данных получаемых с датчиков.

Целью настоящей работы является разработка и создание автоматизированного комплекса по исследованию тензодатчика.

Для достижения поставленной цели необходимо следующее оборудование: макетная плата Arduino Uno, тензодатчик SEN-09673 ROHS и шаговый двигатель 28BYJ-48 в качестве внешнего воздействия на тензодатчик.

С помощью Arduino можно разрабатывать различные интерактивные устройства, измерительные приборы, обрабатывать данные датчиков и переключателей, управлять двигателями и т.д. Преимуществом использования данной платформы является наличие программного обеспечения, работающего в различных операционных системах, обширного количества библиотек и открытость кода.

Для определения силы нажатия используется тензодатчик SEN-09673 ROHS, который меняет свое сопротивление в зависимости от приложенной силы. Наиболее распространенными являются тензодатчики сопротивления (проволочные и фольговые), преобразующие входной параметр деформации в изменение электрического сопротивления.

Для измерения упругих деформаций наклеиваем тензорезистор снизу к стальной консольной балке, при этом он испытывает деформацию растяжения. Диапазон изменения сопротивления используемого в работе датчика от 1 МОм без давления до 2,5 кОм при максимальной нагрузке.

Для изучения принципа действия тензодатчика нами была собрана схема, представленная на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки по изучению тензодатчика

Прогиб балки создается с помощью поворота шагового двигателя.

Для считывания сигнала, поступающего на аналоговый вход с тензодатчика, был написан следующий код:

#define TenthoDatchik

float k;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

float val = analogRead(1); // считываем значение на 1-м аналоговом входе

k=5*val/1024; // переводим полученное значение от 0 до 1023 в вольты

Serial.println(k); // вывод данных с порта

delay(1000);// считываем значение 1 раз в секунду. delay-задержка

}

Число уровней квантования при переводе напряжения в число составляет 2¹⁰ = 1024. Учитывая, что система работает от напряжения 5 В, получаем:

51024=0,0049мВ.

Работа с шаговым двигателем осуществляется с помощью библиотеки Stepper, которая входит в состав стандартного набора библиотек Arduino.

В ходе проведения эксперимента был получен следующий график, представленный на рисунке 2. Из него видно, что с увеличением силы воздействия на тензодатчик его сопротивление уменьшается.

Рисунок 2 – Изменение сопротивления тензодатчика от прогиба пластины

В заключении хочется отметить, что разработанная установка может быть использована при проведении лабораторных работ по дисциплине «Общая физика», раздел «Электричество».

Список литературы

1. Евзютин А.А.Автоматизация школьного и вузовского физического эксперимента с использованием многоканальной платы аналого-цифрового преобразования Режим доступа http://www.physics.uni-altai.ru/Metodist/?issue=3&article=4 Дата обращения 23.12.2014

2. Лабораторная работа № 7 Исследование тензометрических измерительных преобразователей (тензодатчиков) Режим доступа iit.tusur.ru/docs/mss/lr_7.doc Дата обращения 23.12.2014

3. Столяров В.С. Автоматизация физического эксперимента в среде LabVIEW. Режим http://www.physchem.msu.ru/doc/afe1.pdfДата обращения 23.12.2014

Код для цитирования: Скопировать