Bruchkraftmessung per Arduino durchführen

[DerMaschbaustudent]

Guten Tag,

ich möchte eine Bruchkraftmessung durchführen und dabei die maximal erfolderliche Kraft bis zum Bruch der Probe messen (3-Punkt-Biegeversuch)

Meine Überlegung dazu war, die Probe in der Mitte zwischen den Auflagern per Zug zu belasten und die Zugkraft kontinuierlich zu steigern. Bei Versagen (Bruch) der Probe würde ja die maximale für den Bruch erforderliche Zugkraft vorliegen, welche ich mir dann ausgeben lassen wollen würde.

Überlegung Nr. 1:
Meine bisherige Überlegung geht über einen Zugsstempel, welcher per DMS in seinem elastischen Bereich ausgelesen wird. Über das Hooksche Gesetz im eindimensionalen Fall könnte man dann ja die eigentliche Kraft berechnen, wenn Werkstoff des Stempel, Querschnitt des Stempels und sowie die Dehnung bekannt ist.

Überlegung Nr.2
Der ganze Aufbau aber als Druckstempel (geht das per DMS, also können diese auch Stauchungen erfassen?)

Überlegung Nr. 3
Nutzen eines Kraft-, Druckkraftsensors zur direkten Erfassung der Maximalkraft, welche bis zum Bruch benötigt wird.

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Über das Auslesen eines DMS weiss ich, dass eine Verstärkerschatung notwendig ist, da die Spannungsveränderung bei Dehnung des DMS sehr klein sind.
Daher würde sich ja doch eher der Druckkraftsensor anbieten, welche keinen Instrumentenvertärker benötigt.

Welchen Weg würdet ihr empfehlen?

Der mechanische Aufbau des Prüfstandes ist bei allen drei Varianten der gleiche (außer das bei Zug oder Druckbelastung der Stempel leicht abgeändert werden muss).
Es geht rein um die spätere Auswertelektronik, welche sich am besten für den Versuch eignet.
Die Bruchproben bestehen aus Schokolade, welche bei einer Temperatur von 0 °C gebrochen werden sollen.
Leider liegen mir keinerlei Erfahrungswerte vor und auch Literaturrecherche hat keine Antwort gegeben, da bisher wohl noch nicht in die Richtung geforscht wurde.
Aus diesem Grund würde ich am liebsten einen Sensor mit möglichst großer Bandbreite (100N sollten reichen) bei möglichst kleiner Auflösung (unter 0,1 N) nutzen. Stehen diese Anforderungen in direkter Konkurrenz zueinander?

Über Hilfe und vielleicht sogar neue Ansätze wäre ich sehr dankbar und würde mich riesig freuen.

Mit freundlichen Grüßen,

DerMaschbaustudent

[Chopp]

Hallo,
Wie aufwendig solls denn werden?

Ich tendiere eher auf Druck statt Zug.

Recht genaue Werte bekommst du mit einen Hydraulischen Kolben,
( Wasser oder Hydrauliköl ist egal )
wo du den Druck in der Leitung mit einen T Stück und einer Druckmessdose
abfragen kannst.
Als Pumpe gibt es Hydraulik Handpumpen ( 200 Bar oder mehr ).
Es gibt dumme Druckmessdosen ( Intern DMS ),
und auch welche mit Elektronik ( 0-10V, 0-20mA, 4-20mA )
Alles eine Preissache.

Gruß, Markus

[DerMaschbaustudent]

ne ganz einfache Hebelpresse würde wahrscheinlich schon reichen.
Ich rede hier von Dimensionen der Probe von 70*15*15 mm.

[Chopp]

Sorry, hatte übersehen das es sich um Schokolade handelt.

Ist vom Prinzip das selbe, nur kleiner.
Ein DMS alleine hat nur eine geringe Auslenkung.
Wenn die Schokolade sich um 1cm durchbiegt bevor sie bricht,
könnte der DMS schon hopps sein.
Auch im Moment des Bruches könnte das eine zu grosse Auslenkung geben.

Bei so geringen Kräften könnte ich mir das auch durchaus Hydraulisch vorstellen .
Gedankenzahnräder mal rotieren lassen:
( Festo Luftzylinder statt Luft eben mit Wasser füllen.
Dann t Stück mit kleiner Druckmessdose an Ende wo die Kolbenstange raus kommt.
Als Geber eine Handpumpe mit Wasser, oder auch ein Festozylinder.
Nur eben andersrum und Kolbenstange als Hand Griff.
Also den einen zum drücken, den andern zum bearbeiten der Schokolade.
Druckmessdose mit Arduino auswerten.
Kraft errechnet sich aus Druck und Kolbendurchmesser.
Das ist für einen Arduino kein Hexenwerk. )

War nur so laut gedacht, als Inspiration für weitere Recherche.
Gruß, Markus.

[Chopp]

Dieser Sensor scheint geeignet zu sein.

Gruß, Markus

[ingo46]

Hallo,

um die Kraft eines Servos zu messen (Druck/Zug Servo-Arm), verwende ich einen Wägesensor (ADS1231), der an einem Ardunio angeschlossen ist und mir den Max-Wert in Ncm anzeigt.

(Anschluss über I2C)

Gruß
Ingo

[ingo46]

Hallo,

ich möchte meinen Vorschlag noch etwas präzisieren:

Hardware:
Arduino-Mega mit TFT_HX8357
Servo aus dem Modellbaubreich
Wägesensor ADS1231

Funktion:
Der Wägesensor wird am Servoarm befestigt und mit definierter Geschwingkeit (Wiederholbarkeit) gegen die Probe gefahren. Anfangs- und Endwert des Servos, sowie Geschwindkeit sind leicht einstellbar. Die Messwerte werden vom Arduino aufgenommen und ausgewertet und dann als Kurve (mit Werten) auf dem TFT angezeigt.

Die Kosten für die Hardware liegen bei ca. 60 €.

Gruß
Ingo

[Bitklopfer]

(18.03.2020 23:23)ingo46 schrieb:  ...
Hardware:
Arduino-Mega mit TFT_HX8357
Servo aus dem Modellbaubreich
Wägesensor ADS1231
...

...der ADS1231 ist aber nur der Verstärker für den Sensor....einen Sensor brauchst da aber noch zusätzlich...das ist dir schon klar...
lgbk