Introduktion:

I denne øvelse, skal I forbinde en Strain Gauge Half-Bridge med jeres DAQ og udvikle en lille vægt. Half-bridgen består af en firkantet metalbjælke, hvorpå der på modsatte sider er påklistret to strain gauges. Når stangen belastes, ændres modstanden i de to strain gauges - hvilket kan omsættes til belastningsvægten. 

Teori:

De to Strain Gauges er påklistret over- og undersiden på bjælken. Når enden belastes af en vægt, vil den på undersiden således blive udsat for et tryk, mens oversiden vil blive strukket. De to Strain Gauges har den egenskab, at tryk/stræk vil ændre deres resistivitet som følge af ændringer i deres længde og tykkelse. Når disse variable modstande indgår i en såkaldt Wheatstone Bridge, konverteres modstandsændringerne til spænding. For en half-bridge er der to mulige konfigurationer; En med den ene strain gauge orienteret på langs af bjælken, og den anden på tværs (til at måle ændringer i Poisson's ratio), og en som den I skal måle på (i LabView nomenklatur, en Half-bridge II), hvor begge Strain Gauges er orienteret på langs af bjælken - grunden til, at der bruges to er for at øge følsomheden af broen. På en full-bridge er der i alt 4 strain gauges med en på tværs og en på langs på både over- og underside.

I kan finde yderligere detaljer i dette pdf-dokument.

Måleopstilling:

Materialer:

• Strain Gauge Half-Bridge
• Forstærker til samme
• 50, 100 og 200 g lod
• 4 kabler med banan-stik (han-han)
• Kabel: BNC ->2 nøgne ledninger
• 1 DAQ (NI-6009)

Vejledning:

Forstærkeren skal have tilsluttet +15V, -15V og stel. Sluk for begge kredse før kablerne forbindes, og sæt spændingen til at være 15.0 V. Sæt Current til at kunne levere 0.1 på hver kreds. 

Kontroller at alt er forbundet rigtigt - I kan brænde forstærkerne af ved forkert tilslutning.

Tilslut da kablerne som vist og tænd for kredsene (herunder er spændingen sat til 8V, i jeres tilfælde skal den være 15.0):

Forbind Strain Gauge Half-Bridgen med forstærkeren med det hvide stik og sæt BNC-kablet på BNC-udgangen. Forbind de nøgne ledninger herfra med DAQ'en på indgang AI0 ± (det er ligegyldigt hvilket kabel, der kommer i hvilket stik).

Slut din DAQ til computerens USB-stik og installer evt. driverne (burde ske automatisk). I er nu klar til selve øvelsen.

VI implementation:

Dit VI skal kunne kalibrere din Half-Bridge, så Volt konverteres direkte til gram. Til dette bruges et array, som indeholder kalibreringsvægtene i første kolonne og tilhørende Volt i anden kolonne. For at udfylde anden kolonne med spændingerne, benyttes en Text Ring kontrol, som kan give såvel en tekst-streng som dens tilhørende værdi. Værdierne og lod-vægtene fødes ind i en linear fit funktion, som giver hældningskoefficient (slope) og skæring med y-aksen (intercept). Ganges førstnævnte på indgangsspændingen og man adderer intercept, bliver spændingen direkte konverteret til gram, og vægten er skabt.

• Start LabView og lav et tomt VI. 
• Indsæt en DAQ assistant på Block Diagrammet
  • Acquire Signal -> Analog Input -> Strain
  • Hvis I ikke har DAQ assistant, skal I installere DAQ drivers fra den udleverede CD og genstarte LabView.
• Vælg 6009 modulet og indgang ai0 (analog input 0)
  • Under "Strain Configuration", vælg "Half Bridge II".
  • Sæt Gage Resistance til 120.
  • Sæt Acquisition mode (nederst) til Continuous Samples og Samples to Read/Rate (Hz) til 100 begge to.
  • Dit panel skulle nu se sådan ud:

• Når du klikker OK, spørger LabView om du vil indsætte et While loop. Svar ja hertil.
• Forbind en Waveform Graph til Data udgangen (placeres inde i While loopet).
• Forbind også en numerisk indikator til Data udgangen, så værdien kan udlæses numerisk.
• Kør dit VI (ikke kontinuert), prøv at belaste Half-Bridgen og se hvorvidt det afspejles i grafen.
• Nu skal Half-Bridgen kalibreres. I første omgang skal spændingerne fra en række kendte vægte gemmes. De kan så bruges til at beregne den lineære sammenhæng mellem spænding og vægt.
  • Start med at lave et control array (dvs. på Front panelet) indeholdende numeriske controls. Lav det fire rækker højt og 2 bredt.
  • Fyld første kolonne med værdierne 0, 50, 100 og 200 (dette er vægten på de lodder der skal kalibreres med), anden kolonne efterlades med nuller (her kommer Volt til at fremgå.)
  • For at aktivere denne kolonne SKAL I indtaste 0 i en af cellerne og trykke enter - da vil de gå fra nedtonet grå til hvid og være aktive.
  • Højreklik kanten af Control Arrayet og Vælg Data Operations -> Make Current Value Default
    Dette vil gemme de indtastede værdier, så arrayet altid vil starte med disse (istedet for nul over hele linien - hvilket ville ske hvis vi brugte et "Initialize Array").
  • Omdøb dit Control Array til at hedde "Vægte og Volt Initialisering"
  • Dupliker dit Control Array (Ctrl+C, fravælg alt og tryk Ctrl+V). Højreklik på dette nye array og vælg "Change to Indicator". Omdøb det nye array til at hedde Vægte og Volt.
  • Placer ikonet for initialiseringsarrayet på Block Diagrammet til venstre for While Loopet. Gem arrayet, så det ikke vises på Front Panelet ved at højreklikke ikonet på Block Diagrammet og vælge "Hide Control". 
  • Træk værdien fra Arrayet ind i While Loopet og husk at den skal forbindes med en struktur, der tillader jer at opdatere arrayet, så det ikke nulstiller ved hver iteration.
  • Nu skal I lave en struktur, som tillader jer at gemme en given spænding når I vejer et lod. Til dette skal der bruges en "Text Ring" kontrol. Dette er en struktur, som tillader jer at skabe en række tekstværdier, som samtidig har en værdi tilknyttet. Dette udnytter vi til at gemme fx spændingen for 100 g ind på plads nr 2 i arrayet.
    • Lav en "Text Ring" kontrol på Front Panelet og omdøb den til "Kalibreringsvægt"
    • Højreklik på den og vælg "Edit items"
    • Rediger værdierne så de ser ud som til højre.
    • Dette udgør nu et opslagsværk, så I ved, at hvis der skal gemmes en spænding for et 200g lod, skal den gemmes i position 3 af arrayet.
    • Tilføj en Boolean Knap og omdøb den "Kalibrer Vægt".
      Denne knap skal kun aktivere en enkelt gang når I klikker på den, dvs. den skal ikke forblive nede. I kan skifte funktion fra den blivende version (Switch) til et enkelt tryk (Latch) ved at højreklikke på knappen og vælge Mechanical Action. 
    • Lav en Case struktur inde i While Loopet - under True, skal den tage værdien fra Data udgangen på DAQ Assistenten og gemme den i Vægte og Volt Initialiserings Arrayet på den rette position. Under false, skal arrayet blot passeres uforandret fra venstre mod højre.
    • Forbind arrayet fra Case strukturen med jeres Vægte og Volt indikator array.
    • Hvis alt går vel, skulle I nu kunne veje forskellige lodder og gemme spændingerne på de rette steder i arrayet. Test dette.
  • Fremfor at skulle veje samtlige lodder hver gang I har programmeret nye funktioner, er det nu en RIGTIG god ide, at lave muligheden for at gemme jeres kalibrering og indlæse den fra start (som det måske fremgår, faldt dette først læreren ind LANGT senere, efter UTALLIGE kalibreringer…)
    • Lav endnu en Boolean Control knap (Mechanical Action = Latch) og omdøb den til "Gem Kalibrering". Forbind den til en Case Struktur, hvori I kommer en "Write To Measurement File". Sæt den til at gemme kalibreringen et logisk sted og kald den fx HalfBridgeKalibrering.lvm
    • Forbind Arrayet med Signals indgangen.
    • Til venstre for While Loopet laver I en ny Case struktur. I True casen skal den læse jeres gemte LVM fil og sende den til While Loopet som indgangsparameter. Under False skal den bruge det tidligere "Vægte og Volt Initialisering"s array. Forbind Selector Terminalen med en Boolean Knap (Mechanical Action = Switch) og kald denne "Indlæs Kalibrering".
    • Afhængig af hvorvidt I sætter "Indlæs Kalibrering" til True inden I starter jeres VI, kan I nu enten kalibrere på ny eller bruge jeres gemte kalibrering istedet.
  • Vi er nu ved at være klar til at beregne den lineære sammenhæng mellem spænding og vægt. Hertil skal, passende nok, bruges et LabView VI kaldet "Linear Fit" (NB: IKKE Linear Fit PtByPt!) De relevante indgange og udgange er angivet til højre herfor. 
    • Kom Vægte på Y-indgangen (brug jeres nyskabte "Select Column" SubVI fra sidst) og Spænding på X-indgangen. 
    • Lav numeriske indikatorer for hhv. Slope og Intercept
    • Multiplicer Slope på Spændingen fra DAQ Assistenten og adder med Intercept værdien. Forbind resultatet heraf med en Meter Numeric Indicator (se til højre), lav skalaen om til at gå fra 0->250 og gør den større. Omdøb den til Vægt.
• Om alt er gået vel, kan I nu placere vilkårlige lodder på Half Bridgen og veje dem med en nogenlunde præcision:)
• Gem jeres VI som "4-1_HalfBridgeWeight.vi"