Zum Inhalt

Wägezellen

Eine Wägezelle ist ein Sensor, der Gewicht oder Kraft misst. Sie wird häufig mit einem HX711-Verstärker verwendet, um digitale Werte für einen Mikrocontroller bereitzustellen.

In iDryer-ähnlichen Geräten werden Wägezellen verwendet, um das Filamentgewicht zu überwachen: Überprüfung des Filament-Status, Erfassung von leeren Spulen oder Wiegen des getrockneten Filaments.

Wo es verwendet wird

In Dryern und Peripheriegeräten:

  • Filament-Gesamtgewicht;
  • verbrauchte Filament-Menge;
  • Spulen-Status (voll/leer);
  • Gewichtskalibrierung oder Kalibrierprotokolle.

Eine Wägezelle mit bekannter Kalibrierung kann Gewicht mit Genauigkeit von wenigen Grammen messen.

Wägezellen-Typen und Nennwerte

Typische Wägezellen für 3D-Drucker:

  • 50 kg - für große Spulen;
  • 10 kg - für Standardspulen;
  • 5 kg - für kleine Spulen oder teilweise Gewichtskontrolle.

Die Einheit ist normalerweise in kg oder lbs.

Überprüfen Sie:

  • Bereich (z.B. 0-50 kg);
  • Genauigkeit;
  • Ausgangsempfindlichkeit (mV/V);
  • Materialkonstruktion (Aluminium, Stahl);
  • Verdrahtung und Stecker.

Für Filament braucht es nicht extrem genaue Wägezellen. Eine billige 10 kg-Wägezelle mit etwa ±50 g Fehler ist ausreichend.

HX711 Verstärker

Der HX711 ist ein beliebter Verstärker für Wägezellen. Er konvertiert das kleine mV-Signal der Wägezelle in digitale Werte.

Verbindung:

  • E+ (Stromversorgung) zum Stromversorgungs-positiv;
  • E- (Referenzspannung) zu GND;
  • A+/A- oder B+/B- - je nach Kanal;
  • GND - zu Masse des Controllers;
  • DT (Daten) - zu GPIO des Controllers;
  • SCK (Takt) - zu GPIO des Controllers.

Der HX711 benötigt Stromversorgung. Die digitale Schnittstelle kann von 5V- oder 3.3V-Logik gesteuert werden, aber die Stromversorgung sollte stabil sein.

Kalibrierung

Ein HX711 funktioniert nicht ohne Kalibrierung.

Kalibrierungsprozess:

  1. Sensor mit bekanntem Gewicht lesen (z.B. 0 ohne Last, 5 kg mit bekanntem Gewicht);
  2. ADC-Rohwerte aufzeichnen;
  3. Kalibrierungsfaktoren berechnen;
  4. In der Firmware speichern oder in EEPROM.

Beispiel:

Rohwert ohne Last: 0
Rohwert mit 5 kg: 10000
Kalibrierungsfaktor = 10000 / 5 = 2000 pro kg

Dann wird ein beliebiger Rohwert in Gewicht konvertiert: Gewicht = Rohwert / 2000.

Die Kalibrierung kann sich mit Temperatur ändern. Für genaue Messungen kann eine Temperaturkompensation erforderlich sein.

Mechanische Montage

Die Wägezelle muss mechanisch korrekt montiert werden, um genaue Messungen zu erhalten.

Überprüfen Sie:

  • die Spule sitzt zentriert auf der Wägezelle;
  • die Belastung ist vertikal (nicht schräg);
  • die Wägezelle wird nicht verdreht;
  • keine zusätzliche horizontale Kraft;
  • Vibrationen werden minimiert.

Eine falsch montierte Wägezelle gibt fehlerhafte oder unstabile Messwerte.

Spule und Belastungsverteilung

Wenn Sie eine asymmetrische Last (z.B. Filament auf einer Seite einer Spule) haben, kann die Messung instabil sein.

Für stabilere Messungen:

  • ein symmetrisches Design bevorzugen;
  • mehrere Wägezellen verwenden (eine an jedem Lager);
  • mechanische Führungen, um Bewegungen zu minimieren.

Eine Wägezelle kann nur vertikale Kräfte gut messen.

Störung und Filterung

Ein HX711 kann EMI von Motoren, Heizern oder PWM-Signalen aufnehmen.

Maßnahmen:

  • HX711 in der Nähe des Controllers montieren;
  • Verdrahtung von HX711 und Wägezelle kurz und verdrillt;
  • GND-Sternpunkt verwenden;
  • Firmware-Filter: gleitender Durchschnitt oder Medianfilter auf die Rohwerte anwenden.

Eine digitale Filterung in der Firmware kann Messungen stabiler machen.

Was vor dem Kauf zu überprüfen ist

Vor dem Kauf überprüfen Sie:

  • Bereich und Nenngewicht;
  • Ausgangsempfindlichkeit (mV/V);
  • Material und Konstruktion;
  • Verdrahtung und Steckertyp;
  • ob es bereits einen HX711 hat oder nur der Sensor;
  • Verfügbarkeit von Kalibrierdaten;
  • ob der HX711-Breakout einzeln oder mit Wägezelle kommt.

Für ein einfaches Projekt: ein günstiges Set mit 10 kg-Wägezelle und HX711 Breakout.

Typische Fehler

  • Wägezelle an falsche Spannung angeschlossen;
  • HX711 nicht kalibriert;
  • Wägezelle nicht zentriert montiert;
  • zusätzliche horizontale Kräfte auf die Wägezelle;
  • Verdrahtung nicht verdrillt, EMI-Störung;
  • fehlende oder falsche GND-Verbindung;
  • mehrere Wägezellen ohne separate Verstärker;
  • Firmware liest ADC direkt statt über HX711 I2C/SPI.

Hauptpunkt

Eine Wägezelle mit HX711 kann zuverlässiges Gewicht messen mit Kalibrierung. Mechanische Montage und Verdrahtung sind genauso wichtig wie der Sensor selbst. Digitale Filterung in der Firmware kann Messungen stabilisieren.

Referenzmaterialien