آردوینو Arduino مطالب آموزشی مطالب علمی معرفی و مقایسه

سنسور استرین گیج BF350 چیست؟

راهنمای جامع معرفی، نصب، راه‌اندازی و کدنویسی سنسور استرین گیج BF350 با آردوینو

0 0 زمان تقریبی مطالعه 5 دقیقه

اگر به دنبال اندازه‌گیری دقیق نیرو، فشار، وزن یا تنش مکانیکی در پروژه‌های خود هستید، احتمالاً نام استرین گیج به گوشتان خورده است. این قطعات کوچک و هوشمند، قلب تپنده بسیاری از سیستم‌های توزین صنعتی و سنسورهای فشار هستند. در میان مدل‌های متنوع موجود، BF350 یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین گزینه‌هاست.

در این مقاله قرار است با هم ببینیم استرین گیج چیست، BF350 چه ویژگی‌هایی دارد، چطور باید آن را نصب کرد و چگونه می‌توان با کمک آردوینو و ماژول HX711 داده‌های آن را خواند. اگر به دنیای اندازه‌گیری‌های دقیق علاقه دارید، تا انتها با من همراه باشید.

استرین گیج چیست و چطور کار می‌کند؟

استرین گیج (Strain Gauge) درواقع یک حسگر فوق‌العاده دقیق است که برای اندازه‌گیری کرنش یا همان تغییر طول نسبی یک جسم به کار می‌رود. وقتی یک قطعه فلزی تحت نیرو قرار می‌گیرد—مثلاً کشیده یا فشرده می‌شود—مقاومت الکتریکی استرین گیجی که روی آن چسبانده شده، تغییر می‌کند.

این تغییر مقاومت بسیار کوچک است و معمولاً با استفاده از مداری به نام پل وتستون (Wheatstone Bridge) قابل اندازه‌گیری می‌شود. به همین دلیل است که استرین گیج‌ها در ساخت لودسل‌ها، سنسورهای فشار و تجهیزات مشابه نقش کلیدی دارند.

سنسور فشار استرین گیج BF350

🛒 خرید از ECA

معرفی استرین گیج BF350

مدل BF350 یک استرین گیج فویلی است که از آلیاژ کنستانتان و بکینگ رزین فنولیک اصلاح‌شده ساخته شده و مقاومت نامی آن ۳۵۰ اهم است. این ویژگی‌ها باعث شده BF350 گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی باشد.

چرا مقاومت ۳۵۰ اهم اهمیت دارد؟

در مقایسه با استرین گیج‌های رایج ۱۲۰ اهمی، مدل‌های ۳۵۰ اهمی:

توان مصرفی کمتری دارند
نویزپذیری پایین‌تری دارند
دقت بالاتری در مدار پل وتستون ارائه می‌دهند

به همین دلیل است که در بسیاری از لودسل‌های صنعتی از نسخه‌های ۳۵۰ اهم استفاده می‌شود.

مشخصات فنی BF350

مقاومت نامی: ۳۵۰ اهم
فاکتور گیج (Gauge Factor): ۲.۰۰ تا ۲.۲۰
بازه دمای کاری: ۳۰- تا ۸۰+ درجه سانتی‌گراد
ابعاد: ۷.۵ × ۵.۵ میلی‌متر
دقت قابل دستیابی: تا ۰.۰۲٪ از محدوده کامل (Full Scale)

BF350 چه کاربردهایی دارد؟

شاید برایتان سوال پیش بیاید که «خب، این قطعه را دقیقاً کجا می‌توانم استفاده کنم؟». در پاسخ باید گفت BF350 به‌تنهایی یک سنسور وزن آماده نیست، بلکه یک المان اندازه‌گیری کرنش است که باید روی سطح یک قطعه فلزی نصب شود. اما کاربردهای آن بسیار گسترده است:

ساخت لودسل‌های سفارشی با ابعاد و ظرفیت دلخواه
اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های هیدرولیک
مانیتورینگ تنش و کرنش در سازه‌ها و پل‌ها
تست مقاومت مواد در آزمایشگاه‌های مکانیک
اندازه‌گیری گشتاور روی محورهای دوار
طراحی سیستم‌های توزین صنعتی دقیق

اگر پروژه‌ای تحقیقاتی یا صنعتی دارید که نیاز به دقت بالا و اندازه‌گیری نیرو دارید، BF350 می‌تواند انتخاب هوشمندانه‌ای باشد.

نصب استرین گیج؛ مهم‌ترین مرحله کار

نصب استرین گیج، حساسترین بخش پروژه است. اگر نصب به‌درستی انجام نشود، داده‌های شما هیچ اعتباری نخواهند داشت. برای نصب صحیح مراحل زیر را دنبال کنید:

آماده‌سازی سطح: سطح فلز را با سنباده نرم (مثلاً ۴۰۰) به‌آرامی زبر کرده و سپس با الکل یا استون کاملاً تمیز کنید.
چسب‌زنی: از چسب مخصوص استرین گیج مثل M-Bond استفاده کنید.
نصب گیج: گیج را با دقت در محل مورد نظر قرار دهید و با اعمال فشار یکنواخت (معمولاً با انگشت شست یا ابزار مخصوص) به مدت مشخصی (طبق دستور چسب) نگه دارید.
لحیم‌کاری: ترمینال‌ها را با نهایت دقت لحیم کنید. هرگز از هویه‌های قوی و نوک درشت استفاده نکنید؛ دمای بالا و حرارت طولانی می‌تواند به گیج آسیب بزند.

مدار راه‌اندازی BF350 با آردوینو

شاید تصور کنید می‌توان خروجی استرین گیج را مستقیماً به آردوینو وصل کرد، اما این کار شدنی نیست. تغییرات مقاومت در حد میلی‌ولت است و نیاز به تقویت و دیجیتال‌سازی دارد. برای این کار به یک ماژول تقویت‌کننده دقیق نیاز داریم.

معرفی ماژول HX711

HX711 یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ۲۴ بیتی مخصوص لودسل‌ها و پل‌های وتستون است. این ماژول سیگنال بسیار ضعیف خروجی از استرین گیج را دریافت کرده، تقویت می‌کند و به داده‌دیجیتال قابل خواندن برای آردوینو تبدیل می‌نماید.

انواع آرایش پل وتستون

برای اندازه‌گیری با استرین گیج می‌توان از سه نوع آرایش استفاده کرد:

Quarter Bridge: فقط یک استرین گیج فعال (ساده‌ترین اما کم‌دقت‌ترین حالت)
Half Bridge: دو استرین گیج فعال (دقت متوسط، جبران دمایی نسبی)
Full Bridge: چهار استرین گیج فعال (بیشترین دقت و جبران دمایی عالی)

برای پروژه‌های حرفه‌ای معمولاً از آرایش Full Bridge استفاده می‌شود، یعنی چهار عدد BF350 روی یک قطعه فلزی نصب می‌کنیم تا یک پل کامل بسازیم.

سیم‌کشی HX711 به آردوینو

اتصال ماژول HX711 به آردوینو ساده است:

HX711	آردوینو
VCC	5V
GND	GND
DT	D3
SCK	D2

در اینجا پایه‌های DT و SCK را به ترتیب به پایه‌های دیجیتال ۳ و ۲ آردوینو وصل کرده‌ایم.

نمونه کد آردوینو برای خواندن BF350

برای شروع به کتابخانه HX711 نیاز دارید. می‌توانید آن را از طریق مدیریت کتابخانه‌های آردوینو نصب کنید.

#include "HX711.h"

#define DOUT  3
#define CLK   2

HX711 scale;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  scale.begin(DOUT, CLK);

  Serial.println("آزمایش استرین گیج BF350");

  scale.set_scale();    // مقیاس پیش‌فرض
  scale.tare();         // صفر کردن سنسور

}

void loop() {
  long reading = scale.get_units(10);  // میانگین ۱۰ نمونه

  Serial.print("مقدار خام: ");
  Serial.println(reading);

  delay(500);
}

#include "HX711.h"

#define DOUT 3

#define CLK 2

HX711 scale;

void setup() {

Serial.begin(9600);

scale.begin(DOUT, CLK);

Serial.println("آزمایش استرین گیج BF350");

scale.set_scale(); // مقیاس پیش‌فرض

scale.tare(); // صفر کردن سنسور

}

void loop() {

long reading = scale.get_units(10); // میانگین ۱۰ نمونه

Serial.print("مقدار خام: ");

Serial.println(reading);

delay(500);

}

پس از آپلود کد، اگر همه چیز درست باشد، با اعمال نیرو به سطح زیر استرین گیج، اعداد سریال مانیتور تغییر خواهند کرد.

کالیبراسیون؛ از مقدار خام تا وزن واقعی

اعدادی که در سریال مانیتور می‌بینید، مقادیر خام خروجی HX711 هستند. برای تبدیل آنها به وزن یا نیروی واقعی باید کالیبراسیون انجام دهید.

مراحل ساده کالیبراسیون

یک وزنه با جرم دقیق مشخص (مثلاً ۱ کیلوگرم) روی سنسور قرار دهید.
مقدار خوانده‌شده را یادداشت کنید.
مقدار scale.set_scale() را برابر با تقسیم مقدار خوانده‌شده بر وزن واقعی قرار دهید.

به‌عنوان مثال:

scale.set_scale(2280.f);  // این عدد باید به‌صورت تجربی تعیین شود

1 2	scale.set_scale(2280.f); // این عدد باید به‌صورت تجربی تعیین شود

سپس با فراخوانی scale.get_units() مقدار مستقیماً بر حسب واحد وزن (مثلاً کیلوگرم) نمایش داده می‌شود.

نکات طلایی برای طراحی حرفه‌ای

اگر می‌خواهید پروژه‌تان به سطح صنعتی نزدیک شود، این نکات را فراموش نکنید:

۱. جبران دما

با استفاده از آرایش Full Bridge می‌توان اثر تغییرات دما را تا حد زیادی خنثی کرد.

۲. حذف نویز

سیم‌های اتصال را کوتاه نگه دارید.
از کابل‌های شیلددار استفاده کنید.
تغذیه پایدار و مجزا برای مدار آنالوگ در نظر بگیرید.

۳. محل نصب

استرین گیج باید در منطقه‌ای نصب شود که بیشترین تنش مکانیکی را تجربه می‌کند. برای یافتن این نقطه می‌توانید از تحلیل المان محدود (FEA) کمک بگیرید.

مزایا و معایب BF350

مزایا

دقت بسیار بالا
پایداری حرارتی خوب
قیمت مناسب نسبت به کارایی
مناسب برای مصارف تحقیقاتی و صنعتی

معایب

نیاز به نصب بسیار دقیق و حساس
نیاز به مدار تقویت‌کننده خارجی (مثل HX711)
حساسیت به نویز محیطی در سیم‌کشی نامناسب

آیا BF350 برای پروژه شما مناسب است؟

اگر به دنبال یک راه‌حل ساده برای اندازه‌گیری وزن هستید (مثل ساخت ترازوی دیجیتال)، احتمالاً خرید یک لودسل آماده به همراه ماژول HX711 انتخاب ساده‌تر و سریع‌تری است.

اما اگر:

قصد دارید یک لودسل سفارشی با ابعاد خاص طراحی کنید
نیاز به مانیتورینگ تنش در یک سازه دارید
در زمینه تحقیقات مکانیک جامدات فعالیت می‌کنید
می‌خواهید یک سیستم توزین صنعتی دقیق راه‌اندازی کنید

در این موارد BF350 یکی از بهترین گزینه‌هایی است که می‌توانید روی آن حساب کنید.

جمع‌بندی

استرین گیج BF350 یک قطعه دقیق، بادوام و همه‌کاره برای اندازه‌گیری کرنش و به‌تبع آن نیرو و فشار است. با کمک یک پل وتستون و ماژول HX711 می‌توانید به‌راحتی آن را به آردوینو متصل کرده و داده‌های با دقت بالا دریافت کنید. نصب صحیح و کالیبراسیون دقیق، رمز موفقیت در این مسیر است.