6800 Hódmezővásárhely, Dr. Rapcsák András. u. 49.

Mérlegcellák, erőmérő cellák

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 5.00 (1 Vote)
Csillag inaktívCsillag inaktívCsillag inaktívCsillag inaktívCsillag inaktív
 

Tekintse meg LAUMAS mérlegcella kínálatunkat!

A mérlegcella egy olyan érzékelő, melynek a kimenő elektromos jele egyenesen arányos az általa mért tömeggel. Működési elvében, felépítésében hasonló érzékelő az erőmérő cella, mely esetén a kimenő elektromos jel a mért erővel arányos. Általában a mérlegcellát és az erőmérő cellát az különbözteti meg, hogy a mérlegcella kg (kilogramm) vagy t (tonna) skálázású, míg az erőmérő cella N (newton) vagy kN skálázású. A mérlegcellák és erőmérő cellák számtalan különböző mérési elven működhetnek, lehetnek nyúlásmérő bélyegesek vagy piezoelektromosak.

 

Nyúlásmérő bélyeges mérlegcellák és erőmérő cellák

merlegcella 01
 

A nyúlásmérő bélyeges mérlegcellák és erőmérő cellák a legelterjedtebbek az iparban. Ezek a cellák nagy merevségűek, a saját frekvenciájuk magas frekvenciatartományban van, alkalmasak statikus és dinamikus mérésre is és általában hosszú élettartamúak. A cellák mérési elve, hogy ha a cellatest alakváltozást szenved el, akkor vele együtt deformálódik a benne lévő nyúlásmérő bélyeg(ek) is, miközben megváltozik az abban lévő vezető ellenállása. Különböző terhelések hatására különböző ellenállás változást lehet mérni, ilyen módon skálázható, kalibrálható a cella.

A mérlegcellák és erőmérő cellák általában több (legalább 4) nyúlásmérő bélyeget alkalmaznak, azokat teljes Wheatstone-hídba kötve. Ettől eltérően előfordulhat még 1 bélyeget tartalmazó (negyedhídba kötött), illetve 2 bélyeget tartalmazó (félhídba kötött) cella is.[1] A bélyegek száma, elhelyezkedése és bekötése döntően befolyásolja a cella érzékenységét, a mérés pontosságát, az érzékenységét a hőmérséklet-változására. A kimenő elektromos jel tipikusan pár mV (millivolt), így a legtöbb esetben erősíteni kell a jelet, mérőerősítő szükséges a használatához. A kimenő elektromos jel tömegre vagy erőre skálázható. Néhány cellát nagy felbontású, 24 bites A/D konverterrel látnak el, ezeket a cellákat digitális mérlegcellának vagy digitális erőmérő cellának hívják.

A cellatest kialakítása

Több különböző kialakítású cellatest terjedt el:

  • Csapcella: azokat a cellákat hívják így, melyek fektetett csap vagy hasáb alakúak, és az egyik végükön befogják, a másik végükön pedig megterhelik őket. Mérési elvük szerint lehetnek nyírócellák vagy hajlítócellák.
  • Egypont mérlegcella vagy platformcella: kinézetében hasonló a csapcellához, de a kialakítása alkalmassá teszi arra, hogy a terhelés helyzete ne befolyásolja a mérést. Ezt nyomaték-kompenzációval érik el.
  • Nyomócella: hengeres vagy hasáb alakú, csak tengely irányú nyomó terhelés felvételére alkalmas cella.
  • Oszlopcella: hengeres alakú, önbeálló kivitelű, a nyomócella egyik változata.
  • Húzó-nyomó cella: hengeres vagy hasáb alakú, csak tengely irányú húzó vagy nyomó terhelés felvételére alkalmas cella.
  • S-cella: S-alakú állított hasáb, a húzó-nyomó cellák egyik változata.
  • Erőmérő gyűrű: alátét alakú erőmérő cella.
  • Többkomponensű erőmérő cella: a cellatest henger alakú, a főiránya a henger tengelye, de a főirányú terhelésen (Fz) kívül alkalmas a keresztirányú terhelések mérésére is (Fx és Fy, egymásra merőleges irányok).
merlegcella 02
 
Csapcella

Gyakori hibák

  • Rögzítés, beépítés: a cellákat minden esetben megfelelően rögzíteni kell. Az összes terhelésnek tisztán a cellán (vagy cellákon) kell nyugodnia; a súrlódás nullpont eltolódást vagy hiszterézist okozhat. A nem megfelelő rögzítés, a nem megfelelő beépítés azt eredményezheti, hogy a mért eredmény a felhasználónak valósnak tűnik, miközben az jelentős mérési hibát okozhat.
  • Túlterhelés: a cellatest a normál mérési tartományán belül rugalmas alakváltozást szenved, majd tehermentesítés után visszanyeri eredeti állapotát. Ha a cellát a normál mérési tartományán túl terhelik meg, akkor maradó alakváltozás következhet be, nullpont eltolódást eredményezhet, továbbá megnőhet a linearitási hibája, hiszterézise; a kalibrálása megnehezül vagy lehetetlenné válik. Nagyobb túlterhelés esetén a nyúlásmérő bélyegek leválhatnak a cellatestről, ami részleges vagy teljes működésképtelenséget okoz. Szélsőséges esetben a cellatest is eltörhet.
  • Vezetékezési problémák: nem megfelelő vezetékezés esetén korrózió vagy a vezetékek közé jutó szennyeződés és nedvesség hatására jelentősen változhat a vezetékek ellenállása, ami hibás méréshez vezethet.
  • Elektromos rongálódás: a cellát könnyen tönkreteheti indukált- vagy kóboráram. Ha villám csap a cellába, akkor nem megfelelő kialakítás vagy helytelen bekötés, földelés esetén teljesen tönkreteheti a nyúlásmérő bélyegeket. Ehhez hasonlóan a nem megfelelő bekötés miatti áramsokktól megsérülhet a bélyeg szigetelése. A cella közelében végzett hegesztéseknél is körültekintőnek kell lenni, a cellát ki kell kötni és az összes pint / kábel eret a lehető legközelebb le kell földelni.
  • Nemlinearitás: a legtöbb cella nem tökéletesen lineáris karakterisztikával rendelkezik. Ezt a nemlinearitást akkor kell mindenképpen figyelembe venni, ha széles méréstartományban használják a cellát, vagy jóval nagyobb méréstartományú cellát kell használni a dinamikus vagy sokkszerű terhelések miatt. A nemlinearitás miatti pontosság csökkenés javítható, ha több ponton kalibráljuk az erőmérő cellát és ilyen módon adjuk meg a mérőerősítőnek vagy mérésadatgyűjtőnek a skálázást.[2]

Híd tápfeszültség és névleges kimenet

A nyúlásmérő bélyeges mérlegcellának és erőmérő cellának tápfeszültségre van szüksége, amit a nyúlásmérő bélyeghez hasonlóan hídgerjesztésnek vagy híd tápfeszültségnek is hívnak. Ez általában 10 V, de gyakorlatilag 0 és 20 V között lehetséges, az adott cella specifikációjának megfelelően. A kimeneti jel - a terhelésen kívül - arányos tápfeszültséggel is. A cellák névleges kimenetét feszültségarányban szokták megadni, mV/V mértékegységgel, mely a névleges terhelésre vonatkozik. Ha például a cella méréstartománya 100 N és a névleges kimenete 2 mV/V, akkor 1 V tápfeszültség és 100 N terhelés mellett 2 mV-ot mérünk; ugyanakkor 10 V tápfeszültség mellett 20 mV-ot. Ez arra sarkallhatja a felhasználót, hogy nagyobb tápfeszültséget válasszon, de ez egy határon túl nem lehetséges, ugyanis a nyúlásmérő bélyeg nagyobb feszültség hatására felmelegszik, ami meghamisítja a mérést.

A tipikus névleges kimeneti jel 1 és 3 mV/V közötti. A tipikus maximális híd tápfeszültség 15 V.

Vezeték bekötés

merlegcella 03
 
Wheatstone-híd 4 vezetékes bekötéssel

A teljes hidas cellák egyik lehetséges bekötése a 4 vezetékes bekötés. Ekkor a Wheatstone-híd két szemközti pontja a híd tápfeszültség (bekötési rajzokon alsó és felső pont, jelölésük Ex+ és Ex- vagy E+ és E-, magyarul Táp + és Táp -), a másik két szemközti pontja a mért jel (bekötési rajzokon bal és jobb pont, S+ és S- vagy Meas+ és Meas-, magyarul Mérő jel + és Mérő jel -). Ideális esetben nulla terhelésre S+ és S- között 0 mV a mért jel, ezt hívják kiegyenlített hídnak. Terhelés hatására a mért jel arányosan nő a terheléssel.

A másik lehetséges bekötés a 6 vezetékes bekötés. Ekkor két további vezetéket kötnek be, ezeket "sense", érzékelő vagy kompenzáló vezetékeknek hívják (bekötési rajzon a jelölésük Sens+ és Sens− vagy RS+ és RS-, magyarul Kompenzáló vezeték + és Kompenzáló vezeték -), és a híd tápfeszültség pozitív és negatív pontjaihoz kötik őket, párhuzamosan az Ex+ és Ex- vezetékekkel. Az ilyen bekötés képes kompenzálni a vezetékek ellenállás-változását, ami a hőmérséklet-változás hatására következhet be.

A vezetékek a legtöbb esetben színkódolásúak, de nincs igazán egységes színkód, a legtöbb gyártó saját kódolást használ. Egy lehetséges színkódolás: S+ fehér, S- piros, Ex+ kék, Ex- fekete, Sens+ zöld és Sens- szürke.

A teljes hídban lévő egyes ellenállások jellemzően 350 ohmosak, de néhány más tipikus érték is elterjedt, ilyen a 120 ohm és az 1000 ohm. A cellák adatlapja mindig tartalmazza, hogy hány vezetékes bekötésű a cella, és mekkora a bemenő és kimenő névleges ellenállása.[3]

A híd jellemzően elektromosan izolált a cellatesttől. A cellatestben a nyúlásmérő bélyegek általában egymáshoz közel helyezkednek el, hogy a hőmérsékletük megegyezzen, ne legyen jelentős hatása a hőmérséklet-eltérésnek.

Mérés több cellával

A terhelés mérésére használható egy vagy több cella is.

Ha a terhelés egy adott pontba koncentrálódik, vagy csak viszonylag kisebb felületen oszlik el, akkor használható egy cella (egypont cella, nyomócella, húzócella). Hosszúkás alakú szerkezetnél, pl. egy gerendánál a két végén kell egy-egy cellát használni; nagyobb hengeres alakú szerkezeteknél, pl. tartályoknál 3 cellát kell használni; míg négyszögletes szerkezeteknél, pl. hídmérlegnél 4-6-8 cellát alkalmaznak, a terhelés és a szerkezet nagyságától függően.

Ha garantálható, hogy a cellák szimmetrikusak, ugyanolyan típusúak, méréstartományúak, érzékenységűek, akkor az egyes cellákat közvetlenül lehet közösíteni, ezzel összegezve a mérési tartományukat. Ezzel a módszerrel csökkenthetők a költségek, ugyanakkor figyelembe kell venni, hogy a pontosság csökkenni fog. A cellákat párhuzamosan kell bekötni, minden vezetéket a többi cella ugyanolyan vezetékével (Ex+ és Ex+, S+ és S+, stb.); a kimenő jel egyenesen arányos a cellákon mért terhelés összegével. Pl. ha összekötnek két 100 kg-os mérési tartományú, 2 mV/V névleges kimenetű cellát ilyen módon, akkor 200 kg terhelésre mérhető 2 mV/V. Ezt a módszert gyakran alkalmazzák pl. a fürdőszoba mérlegeknél, kisebb pontosságú hídmérlegeknél.

Pontosabb mérést eredményez, ha közösítő dobozt használnak a több cellával végzett mérésekhez. A közösítő dobozokban potméterekkel, kiegészítő ellenállásokkal finoman összehangolhatók a cellák, a kimeneti jel a cellák által mért terhelés összege.

Néhány esetben szükség van arra, hogy ne csak a cellákon lévő terhelés összege legyen mérhető, hanem az egyes cellák által külön-külön mért terhelés is. Ilyenkor többcsatornás mérlegműszert, mérlegkijelzőt vagy mérésadatgyűjtőt kell használni.

Piezoelektromos cellák

A piezoelektromos cellák a nyúlásmérő bélyeges cellákhoz hasonlóan a terhelés hatására keletkező deformációt használják ki. A mérőelem egy piezoelektromos kerámia vagy kristály, melynek a felületén nyomás hatására töltésmennyiség keletkezik. A keletkező töltésmennyiség arányos a terheléssel. Nagyságrendileg néhány pC (pikocoulomb) töltésmennyiség keletkezik 1 N terhelésre.

Régebben az ilyen típusú cellákat csak dinamikus mérésekhez használták, ugyanis a töltésmennyiség csak a dinamikus terhelés hatására keletkezik, de ma már a hozzájuk kapcsolt vagy beépített töltéserősítőkkel alkalmasak kvázi-statikus és dinamikus mérésekre egyaránt, bár hosszútávú statikus mérésekre nem ajánlott.

További előnye a töltéserősítőhöz kapcsolt celláknak, hogy széles mérési tartományban használhatók, legtöbbször jól skálázhatók, alacsony a jel-zaj arányuk. Előnye még a piezoelektromos celláknak a kis méret, az extrém nagy merevség, a magas a sajátfrekvencia. A legnagyobb hátrányuk, hogy a nyúlásmérő bélyeges cellákhoz viszonyítva rosszabb a pontosságuk. Figyelembe kell venni azt is, hogy a piezoelektromos cellák csak nyomó irányú terhelés tudnak mérni, ugyanis csak nyomás hatására keletkezik töltés a piezoelektromos kerámia vagy kristály felületén.

Az ilyen cellák tipikus felhasználási területe az erőmérés, dinamikusan változó nagy (nyomó irányú) terhelésnél; illetve ha kis helyen kell nagy erőt mérni és a pontosság nem elsődleges.[4]

Felhasználási területek

A mérlegcellák megtalálhatók az összes bolti mérlegben, gyümölcsmérlegben, fürdőszobai mérlegben, babamérlegben, hídmérlegben, tartálymérlegben, siló mérlegben, ipari mérlegben, laboratóriumban, raktárban, gyógyszertárban, áruházban, üzemekben, gazdaságokban, otthonunkban.

Az erőmérő cellák tipikus felhasználásai területei a kutatás-fejlesztési laboratóriumok, tesztberendezések, az gyártásközi- és gyártásvégi tesztpadok, a gyártógépek, présüzemek, gépállapot felügyeleti rendszerek, infrastruktúra felügyeleti rendszerek.

Szabványok

  • ASTM E4 - Practices for Force Verification of Testing Machines
  • ASTM E74 - Practice for Calibration of Force Measuring Instruments for Verifying the Force Indication of Testing Machines
  • NTEP - National Conference on Weights and Measures (Certificate of Conformance)

Forrás: https://hu.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9rlegcella

Pin It

RAVAS Holland gyártmányú békamérlegek, mérleges békák. Részletek!

Magunkról

A LAUMAS Elettronica 1984 óta működik az ipari méréstechnikában és a csomagolásban. Az ügyfelek igényeinek gondos elemzésével és egy kifinomult belső kutató laboratórium jelenlétével a LAUMAS Elettronica megbízható precíziós termékeket gyárt.

Felhasználási területek

Tartály és siló mérés, padló és raktári mérleg (platform mérleg), adogoló mérleg, járműdiagnosztikai mérés, híd és járműmérleg, jármű fedélzeti mérleg, szállítószalag mérleg, függesztett terhek mérése, mérlegtechnikán alapuló biztonsági rendszer, magas higiéniai elvárásoknak megfelelő mérlegkomponensek, technológiai mérés

Search