Digital Vinkelmätare?

[H.O]

Sök servo potentiometer (från t.ex Bourns eller Vishay), de roterar otroligt lätt. Men de kostar från 500:- och uppåt så en digital vinkelmätare är nog både enklare och billigare.

[4kTRB]

Jag är ute efter en potentiometer som är lite lättare att snurra på än en ordinär. Det gör att jag inte behöver en så tung tyngd i pendeln.

[FormerMazda]

Ja eller vad är du ute efter?

Vill du bygga själv?
Eller vill du ha ett verktyg och tänkte att bygga är enda vägen att gå?

Vad vill du mäta?

[4kTRB]

Bygga en likadan som i första bilden med tillägget digital visning.

[FormerMazda]

Jag har en knippe pontentiometrar, en del är sega som attan, en del är rätt lätta att vrida på.
En lättvriden tror jag faktiskt skulle vara duglig om bara pendeln är tillräcklig. Ren och skär bedömning från första bilden säger mig att den skulle duga.

Då är det bara som du säger att bygga en spänningsdelare och ta in signalen på en analog in och översätta till motsvarande grader.

Med en gradskiva och en glasspinne är ju ett test utfört på 10minuter om det ens är lönt.
Eller om det kräver nåt annat än vad man har på hyllan.

Man kan gå åt andra hållet och teoretiskt räkna på saken och köpa svindyra potentiometrar eller enkodrar och gå all in.
Men jag hade börjat med ett bänktest, är ens en AD i en simpel Uc tillräcklig för att få nån användbar upplösning?

[jako]

Det är väl bara att börja räkna på AD omvandlingens upplösning och hur stor spänningsförändring du får i din spänningsdelare (pot) vid en vridning på +/- x grader

[FormerMazda]

Roade mig på lunchen, 4-5minuter efter start så hade jag ett test igång.

10k vridpotentiometer, jag har ingen data på den och antog 300° från ände till ände.

Jag anslöt den till en ESP32-WROOM-32D, potentiometern spänningsdelad mellan 3,3V och 0V.
ESPn har 12bitars DAC, så jag får värden mellan 0-4095 på ingången.
Dessa mappades till 0-3000 (300° med en decimal)

Sen bara lät jag den kräka data och jag testade att visuellt vrida den 90°.
Startposition var typ 37°, slutposition typ 121°. Det ger 84°.

Så med tanke på hur enkelt testet är och hur lite energi jag la på kalibrering så känns det rätt nära.

Bara ofiltrerad läsning med störningar ger ju värden som fladdrar mellan 36,9° och 37,3° i ena läget och 120,7° till 121,2° i andra läget.

Så kopplar man med bättre kablage, spänningsmatar med batteri, filtrerar signalen i mjukvara så bör den bli hyfsat stabil.
Sen behöver man kalibrera vad som är vad mot nån bra setup mekaniskt. Kanske inte ens är linjärt?

[SeniorLemuren]

Om du nu vill ha vinkelmätaren att se ut exakt som på bilden kan du ju glömma mitt förslag. Men i närheten kan man ju lätt komma med en gammal lur för ett par hundringar och tillgång till en 3-d skrivare. Skriv ut en hållare med plats för luren på en centrumaxel och en pendel under så är det klart.

vinkelmätare.MP4

[4kTRB]

Vad är lur? Näverlur?

[LeCanard]

istället för en trög pot, kanske en magnet på en axel och ett par linjära hallefektelement med 90 gradersförskjutning så får du en sin/cos-signal att leka med ….

[Icecap]

Ankan: Sånt finns redan i en krets. Alltså magnetvinkelgivaren.

[E Kafeman]

Goniometern kallas ofta inklinometer när man refererar till gravitations-planet.
Goniometern är främst avsedd för relativa mätningar mellan två lutande plan, Då finns en offsetfunktion för att nollställa en av vinklarnas avläsning

Man bygger inte med potentiometrar. Det är ingen genomtänkt lösning om man vill ha bra resultat-.
Problemet med friktion är löst sedan 50 år så krångla inte till det som redan är löst.
Se på existerande lösningar hur man gör. Gör så eller hitta på något bättre, vilket troligen exkluderar potentiometrar.
Det finns iofs udda lösningar baserat på t.ex. kvicksilver men det är knappast aktuellt här.
Induktiva kontaktlösa pendel-lösningar finns men är speciella då pendeln även visar acceleration och egen pendel-frekvens.
Prismatiska lösningar som inte kräver kontakt mellan axel-planen finns både enklare lösningar och dyra prismor med hög upplösning men hög kvalitet kostar ofta mycket pengar.
Pottar har mer eller mindre friktion, vinkelavläsningar blir olika beroende på från vilket håll man vrider axeln till en viss sökt position.
Glöm pottar. Det är fel komponent.
 
I dag är lägesgivare något som kostar 10 kr i ic-format. Det finns ingen friktion för att vrida en axel på dessa kretsar och man kan ofta mäta mer än en axel.
Det är vanligen differentiella kapacitiva sensorer i det lilla formatet, MEMS.
Idag dominerar helt lösningar denna typ av lägesgivare. Det är vad som sitter i mobiltelefonen för att känna av telefonens lutning för att t.ex. vrida display-texten horisontalt. Sensorn kostar i stort inget alls i en mobiltelefon.

Vill man ha hög kvalitet så finns t.ex. Murata SCL3300 https://www.murata.com/~/media/webrenew ... x?la=en-us
Finns arduino-anpassat för den som inte vill göra eget kretskort.
 
Om vi backar i tiden, bortom dessa små IC, de lite mer analoga lösningarna som förekom för 50-100 år sedan och där man ville att vinkeln skulle referera till gravitations-planet, var nog det vanligaste att man redan då använde differentiell kondensator, som sensor vilket bl.a. användes i flygplan innan det fanns gyro-sensorer.

Principen är enkel:

diff_cap.jpg

Kapacitiva sensorns grundfunktion är att visa hur stor lutningen är i antingen x eller y-planet relativt gravitationsplanet.
Vid lutningsförändring ökar den ena kapacitansen och den andra minskar.
Kondensatorerna matas av en signalgenerator. Avläsning enklast via bryggkopplad mätförstärkare.
 
Differentiell kondensator av ovan typ är lätt att bygga själv.
Det är inte en konventionell vridkondensator som man hittar i gamla radio-apparater utan en diff-kondensator där metallytorna är fasta. För att få variabel kapacitans använder man en vätska som dielektrikum mellan kondensatorns bägge plattor. Vätskan kan väljas efter hur stor tröghet man vill ha. Trög silikonolja eller skvalpig metanol. Vätskan ska ha hög dielektricitetskonstant för enkel avläsning. Ska vara elektriskt isolerande. Kondensatorn kan utgöras av ett plaströr med tre bitar koppartejp klistrade utanpå och invändigt halvfylld med vätska.

Det krävs inte så mycket extra tanke för att inse att det är enkelt att bygga en sådan sensor-kondensator som kan mäta både x och y -planets lutning samtidigt. Då behöver inte Z-planet mätas om sensorn fixeras mot detta plan.
Man har full info om i fall man lutar åt något håll relativt lokala gravitationsplanet.

roll_tilt.jpg

 
Principschema:

schema_incl.png

Lokala gravitationsplanet kan variera om man förändrar accelerationen i det flygplan båt eller bil man sitter i.
På snarlikt sätt som ovan sensorer kan man mäta accelerationen i z-planet med diff-kondingar.I moderna kretsar kan bägge delar vara en del av en serie av diff-kondingar.

För att mäta accelarationen mäter man lägesförändringen i en fjäderupphängd känd massa som på bilden nedan.

MEMS-differential-capacitive-accelerometer.png

[limpan4all]

Utmärkt svar. Jag brukar gilla dina svar, men detta var ett av de bättre. Jag har i några projekt använt kapacitiva vinkelgivare. Dyra men ytterst bra. Numera så skulle jag använda IC-kretsarna istället. Löjligt mycket bättre om behovet inte kräver extrem noggrannhet och snäva toleranser.

[LeCanard]

Ankan: Sånt finns redan i en krets. Alltså magnetvinkelgivaren.

jamen det är ju fusk !

[CPMS]

Byggde något liknande, en vinkelmätare till rörbocken med en pulsräknare (går lätt och har stabil axel), OLED skärm, SD-kort för tabeller med rörtyper och överbockningsvinklar. Fick till slut porta om det till en ESP32 när Aurdino's minne tog slut. Visar vinkeln på axeln och även hur mycket jag bör överbocka pga bakfjädring (enl tabell var 10:e grad med interpolering mellan).
Var ju en intressant programmering som AI'n fixade det mesta av.

Tidig version med Aurdino och utan SD-kort.