Rozkręcaj z LLotharem: Waga do bagażu

Zostałem wywołany do tablicy – jeden z naszych użytkowników/współpracowników zakupił niezwykle tanią wagę kuchenną i napisał:

[…] bardzo mnie to nurtuje jak takie małe płaskie gówienko może ważyć coś precyzyjnie do 1 grama. Chyba się zgodzicie, że jest to ważki problem. […]

~Voo

Niestety mój model wagi kuchennej należy do tych, które można tylko rozmontować, a złożyć z powrotem już niezbyt, więc postanowiłem rozkręcić wagę do bagażu. Zasada działania obu urządzeń jest identyczna.

20150412_110540

Obsługa wagi do bagażu jest banalna – użytkownik trzyma urządzenie za uchwyt, zawiesza bagaż na haku, a na wyświetlaczu pokazuje się waga. W ten sposób użytkownik wie, czy miła pani z Wizzaira będzie dla nas bardzo miła, czy też każe dopłacić za przekroczenie limitu o 50 gram.

Tak więc śrubokręt w dłoń i do dzieła. Śruby schowane są zaraz obok baterii, kilka ruchów śrubokrętem i dostałem się do środka.

20150412_111213

Elektronika w środku jest banalna. Jeden układ typu Chip on Board (ten czarny, bezkształtny smark), jest to zapewne bardzo prosty mikroprocesor, niewiele mocniejszy od tego, który służy do wygrywania melodyjki w kiczowatych pocztówkach – wystarczy do prostych obliczeń i obsługi wyświetlacza. Zamiast układu scalonego lutowanego na płytce drukowanej układ scalony jest zintegrowany z płytką, a następnie zalany żywicą epoksydową, aby ochronić połączenia – metoda ta stosowana jest w celu zabezpieczenia się przed konkurencją, która mogłaby skopiować dane rozwiązania, lub aby obniżyć cenę urządzenia. W przypadku wagi zdecydowanie jest to ten drugi przypadek. Przed zalaniem układ scalony wygląda mniej więcej tak jak poniżej. Od płytki krzemowej wychodzą połączenia, które następnie lądują już na płytce drukowanej.

 

factory_08
Materiał promocyjny firmy M-Tek – http://www.m-tek.com.hk/

Do tego wszystkiego dołączone jest 2048 bitów pamięci EEPROM – jest to bardzo mało pamięci, wystarczy, aby zapisać 96 znaków, czyli mniej więcej tyle, co dwa pierwsze wersy Pana Tadeusza.

Dobra, ale jak ta waga waży? Rozwiązanie tej zagadki kryje się tutaj.

20150412_111003

Na pierwszy rzut oka jest to niepotrzebnie skomplikowany uchwyt. W rzeczywistości ta konstrukcja ma na celu zginanie tej szarej, matowej belki znajdującej się w środku. Element zginany zachowuje się w sposób, który można obliczyć.

Aby to zrozumieć, spójrzmy na prostszy przykład. Belka pokazana poniżej jest zamocowana na sztywno z lewej strony. Z prawej strony działa na nią siła pchająca ją w dół. Konkretne wartości są nieistotne.

2015-04-12 13_23_23-LISA
Czerwone elementy z lewej to zamocowanie belki, zielone strzałki pokazują siłę działającą na belkę

Taka belka, jak każdy się intuicyjnie domyśla, wygnie się w dół tworząc łuk. W ten sposób po zewnętrznej stronie będzie ona nieco rozciągnięta, a po wewnętrznej stronie – ściśnięta. Można to zaobserwować choćby zginając rękę – skóra na łokciu będzie napięta. Kiedy rękę mamy wyprostowaną – skóra jest pomarszczona, bo jest jej wtedy więcej, niż w danej chwili potrzeba.

Untitled
Czerwonym kolorem oznaczono rozciąganie materiału, a niebieskim ściskanie.

Patrząc na ten sam problem z drugiej strony – wiedząc jak dokładnie wygląda belka, z czego jest zrobiona oraz jak bardzo materiał z jednej strony się rozciąga, można obliczyć, z jaką siłą zginana jest ta belka. Pomijając już samą matematykę problemu – jak zmierzyć, jak bardzo się coś rozciąga w tak małej skali? Tensometrem.

Tensometr jest to bardzo mały drucik, bardzo mocno powyginany, który wygląda jak naklejka. Wykorzystuje on najbardziej podstawowe prawa opisujące przepływ prądu. W filmowym skrócie – długi, chudy kabel, posiada większy opór niż krótki i gruby.

Patrząc na obrazek poniżej – jeśli tak powyginane druty rozciągniemy wzdłuż, to cała ścieżka stanie się nieco dłuższa oraz nieco chudsza – opór w przewodzie się zwiększy. Jeśli jednak te same druty ściśniemy, to ścieżki staną się nieco krótsze i nieco grubsze – opór będzie mniejszy.

400px-StrainGaugeVisualization.svg
Wikipedia, Tensometr.

Tak więc na tej dziwnej belce w wadze znajduje się tensometr. Lekki bagaż wygina ją bardzo mało, cięższy bagaż wygina ją dużo bardziej. Są to wartości niewidoczne gołym okiem, ale prosta elektronika dobrze sobie z tym radzi.

Tensometr w rzeczywistości wygląda tak:

Tensometr_foliowyTak dokładnie działa praktycznie każda współczesna waga elektroniczna – obliczanie siły na podstawie wyginanej belki, na której naklejone są malutkie powyginane druciki. Elementy te kosztują obecnie grosze, dzięki czemu każdy może sobie pozwolić na małą, dokładną wagę elektroniczną. I zważyć nią na przykład kota w worku.

20150412_135406_007

Jeśli masz uwagi lub komentarze – zapraszamy do wpisywania ich poniżej.

Kilka komentarzy do "Rozkręcaj z LLotharem: Waga do bagażu"

  • 12 kwietnia 2015 at 20:31
    Permalink

    kot w worku miszcz 🙂

    Reply
    • 12 kwietnia 2015 at 21:31
      Permalink

      No trzeba sprawdzić czy kisiel już będzie czy nie 😀

      Reply
  • 26 lutego 2018 at 11:04
    Permalink

    Na zdjęciu masz rzeczywisty układ dwóch tensometrów. ten ustawiony w poprzek rozciągania jest po to żeby móc robić pomiar różnicowy. Dzięki temu unikasz wykrywania sygnału związanego ze zmianą przewodnictwa i rozszerzalnością temperaturową belki do której jest przyklejony. Bez pomiaru różnicowego tensometr to bardziej termometr niż waga.

    Reply

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

 pozostało znaków