Kendin Yap Yüksek Hassasiyetli Terazi: 0.0001 g / 0.1 mg Ölçüm Kapasitesi
Platformumuzdaki en çok okunan ve popüler makaleleri görmek için Trendler bölümüne geçebilirsiniz.
Giriş
Biyokimyasal projelerde çok yüksek hassasiyetli tartım gereksinimleri ortaya çıkabilir. Piyasada bulunan teraziler bu hassasiyeti sağlayamayınca, elektronik ve mekanik bileşenler kullanılarak kendi terazisini yapmak isteyenler için elektromanyetik kuvvet restorasyonu prensibine dayanan bir tasarım örneği sunulmuştur. Bu tasarım, 0.1 mg (0.0001 g) hassasiyetle ölçüm yapabilmekte ve çevresel etkilerin bile ölçüm sinyaline yansıdığı kadar duyarlıdır.
Ayrıca Bakınız
Tasarımın Temel Prensibi ve Bileşenleri
Elektromanyetik kuvvet restorasyonu prensibi, terazinin hassasiyetini artırmak için kullanılan temel yöntemdir. Bu yöntemde, 110 Ω dirençli bir bobin, bir kolun ucuna asılır ve altındaki neodimyum halka mıknatısın manyetik alanında bulunur. Tartılan kütleyi dengelemek için bobinden geçen akım, kütle ile doğru orantılıdır.
Bobin ve Mıknatıs: Bobin yaklaşık 20 g kaldırma kapasitesine sahiptir. Farklı bobinlerle dinamik aralık ve hassasiyet arasında takas yapılabilir.
Akım Ölçümü: 10 Ω'luk düşük sıcaklık katsayılı (5 ppm/°C) bir şönt direnç kullanılır. Akım, 24-bit ADC (ADS1232) ile ölçülür.
Mikrodenetleyici ve Görüntüleme: Arduino Nano, ADC'den alınan sinyali işler ve küçük bir LCD ekranda (SLC0801B) gösterir.
Fotointerrupter: Kolda hareket eden bir alüminyum folyo, IR LED ve fotodiyot arasında konum algılaması sağlar. IR LED sabit akımla sürülür, fotodiyot ise hızlı tepki için ters polarlanır.
Referans Gerilim: Düşük sürüklenmeli 2.0 V referans (REF5020) ADC ve fotodiyot devresine stabil gerilim sağlar.
Akım Kontrolü: IRF540N N-kanal güç MOSFET'i, bobin akımını düşük taraf anahtarlama ile kontrol eder.
Op-Amplifikatörler: OPA187 sıfır sürüklenmeli op-amp'ler, referans voltajlarını tamponlar, fotointerrupter sürer ve bobin akımını kontrol eder.
Kullanıcı Arayüzü: Kapasitif dokunmatik buton ile tartım sıfırlama (tara) yapılabilir, böylece terazinin yüzeyine dokunmaya gerek kalmaz.
Tasarım Zorlukları ve İyileştirme Önerileri
Salınım Sorunu: Kolu hafif ve rezonans frekansı yüksek yapmak, geri besleme döngüsünün daha hızlı ve stabil çalışmasını sağlar. Bu, daha düşük kapasitanslı MOSFET gerektirebilir.
Sıcaklık ve Çevresel Koşullar: Tüm geri besleme yolundaki bileşenlerin düşük sıcaklık katsayısına sahip olması gereklidir. Sıcaklık, nem, basınç gibi çevresel faktörlerin etkisini azaltmak için izleme ve kompanzasyon sistemleri kurulmalıdır.
Kılavuz Sistemi: Tartım doğruluğunu, ağırlığın kol üzerindeki konumundan bağımsız hale getirmek için paralel kılavuz sistemleri veya esnek metal flexure yapılar kullanılabilir. Bu sistemler, ölçümde sürtünme ve konum hatalarını azaltır.
Çevresel Etkiler ve Ölçüm Doğruluğu
Yüksek hassasiyetli teraziler, çevresel etkilerden büyük ölçüde etkilenir. Bunlar arasında:
Titreşimler: Beton binalarda bile yürüme veya dış kaynaklı titreşimler ölçüm sinyalini etkiler.
Hava Akımları ve Basınç: Ölçüm ortamının stabil olması gerekir.
Manyetik Alanlar: Dış manyetik etkiler ölçüm doğruluğunu bozabilir.
Isı Değişimleri: Referans gerilim ve sensörlerin sıcaklık değişimlerine karşı stabil olması gerekir.
Bu nedenle, hassas teraziler genellikle titreşim izoleli masalar üzerinde, çevresel kontrollü odalarda ve bazen vakumlu ölçüm odalarında kullanılır. Ayrıca, ölçüm sırasında yerçekimi alanındaki küçük değişiklikler bile göz önünde bulundurulabilir.
Ölçüm Performansı ve Kullanım
Projede kullanılan terazi, ±0.1 mg hassasiyetle ölçüm yapabilmektedir.
Ölçüm sinyali Arduino Nano'da düşük geçiren filtre ve üssel hareketli ortalama ile işlenir; bu da yaklaşık 5 saniyelik stabilizasyon süresi sağlar.
USB-C bağlantısı üzerinden sürekli veri akışı sağlanabilir.
Doğruluk ve tekrarlanabilirlik testleri referans ağırlıklarla yapılmıştır.
Sonuç
Elektromanyetik kuvvet restorasyonu prensibine dayanan bu kendin yap hassas terazi, elektronik ve mekanik tasarım bilgisi gerektirmektedir. Çevresel faktörlerin kontrolü ve devre tasarımındaki detaylar, yüksek hassasiyetli ölçüm için kritik öneme sahiptir. Tasarımda kullanılan bileşenlerin seçimi ve geri besleme döngüsünün optimizasyonu, ölçüm performansını doğrudan etkiler. Bu tür projeler, hassas tartım teknolojisinin temel prensiplerini anlamak ve uygulamak için değerli örnekler sunar.
"Bir adamın yüksek hassasiyetli terazisi, bir başkasının düşük hassasiyetli sismografıdır." – Proje sahibi
