در قرنهای گذشته، اصلیترین روش برای وزن کردن هر چیزی با ترازوهایی بوده است که از کشش یک فنر استفاده میکنند یا از تعادل و مقایسه یک بار با دیگری. اما در عصر فعلی، برای بیشتر کاربردهای صنعتی و تجاری، وقتی که قرار است وزنی سنگین اندازهگیری شود، این روشها با لودسلها جایگزین شدهاند. لودسل در فارسی سلول وزنکشی یا مبدل وزن یا سلول بار نیز ترجمه شده است.
از لودسلها برای اندازهگیری وزن استفاده میشود. لودسلها بخشی کلیدی در زندگی روزمره ما هستند. ما همه جا با لودسلها روبرو هستیم: در ماشین خود یا در صندوق فروشگاهها. البته که لودسلها همیشه مشخص و قابل دیدن نیستند، چون اغلب در داخل تجهیزات و ابزار دیگر، پنهان شدهاند.
انواع لودسل
طرحهای مختلف لودسلها، بر اساس نوع سیگنال خروجی ایجاد شده (پنوماتیک، هیدرولیک، الکتریکی) یا بسته به روش تشخیص وزن (خم شدن، برش، فشردگی، تنش و …) مشخص میشود.
انواع لودسل بسته به نوع سیگنال خروجی ایجاد شده:
لودسلهای هیدرولیک
لودسلهای هیدرولیک، دستگاههای نیرو-تعادل هستند و وزن را به عنوان تغییری در فشار سیال پرکننده داخلی اندازهگیری میکنند. در یک سنسور نیروی هیدرولیک از نوع دیافراگم رولینگ، یک بار یا یک نیرو که روی هد لودینگ عمل میکند، به یک پیستون منتقل میشود که در عوض، یک سیال پرکننده محبوس داخل محفظه دیافراگم الاستومریک را فشرده میسازد.
با افزایش نیرو، فشار سیال هیدرولیک بالاتر میرود. این فشار میتواند به شکل محلی نشان داده شود یا برای کنترل یا نمایش ریموت (راه دور) مخابره شود. خروجی خطی است و توسط میزان سیال پرکننده و دمای آن، نسبتا تحت تاثیر قرار نمیگیرد.
اگر لودسلها به شکل مناسب نصب و کالیبره شوند، دقت و صحت میتواند ۰٫۲۵% فول اسکیل یا بهتر باشد که برای اکثر کاربردهای فرآیند وزنکشی، قابل قبول است. از آنجایی که چنین سنسوری، هیچ قطعات و اجزای الکتریکی ندارد، برای استفاده در نواحی خطرناک ایدهآل است.
کاربردهای معمول برای لودسل هیدرولیک، عبارتند از وزنکشی مخزن، محفظه و قیف. برای رسیدن به حداکثر دقت،
وزن مخزن باید با قرار دادن سنسور تک نیرو در هر نقطه از ساپورت و جمع زدن خروجیهای آنان به دست آید.
لودسلهای پنوماتیک
لودسلهای پنوماتیک همچنین از اصل نیرو-تعادل بهره میبرند. این دستگاهها از چندین محفظه dampener استفاده میکنند تا دقتی بالاتر از یک دستگاه هیدرولیک ارائه کنند. در برخی طرحها، اولین محفظه dampener به عنوان محفظه وزن تازه (tare) استفاده میشود.
لودسلهای پنوماتیک معمولا برای اندازهگیری وزنهای نسبتا کوچک در صنایعی استفاده میشوند که مساله و نگرانی اصلی، تمیزی و ایمنی است.
مزایای این نوع لودسلها: ذاتا ضد انفجار هستند و نسبت به تغییرات و واریاسیونهای دمایی حساس نیستند. به علاوه، دارای هیچ نوع سیالی نیستند که اگر دیافراگم بترکد، فرآیند را آلوده کند.
معایب آنها عبارتند از سرعت نسبتا پایین واکنش و نیاز به نیتروژن یا هوای تمیز، خشک و تنظیمشده.
لودسل استرین گیج
لودسلهای استرین گیج (strain gauge) نوعی لودسل هستند که چیدمان استرین گیج داخل پوشش لودسل قرار دارد تا بار اعمال شده روی آنها را به سیگنالهایی الکتریکی تبدیل کند. وزن روی لودسل، توسط نوسان ولتاژ ایجادشده در استرین گیج (وقتی که دفرمه میشود) اندازهگیری میشود.
این گیجها خود به یک عضو ساختاری یا میله وصل میشوند که وقتی وزن به آن اعمال شود، دفرمه میشود. لودسلهای مدرن چهار استرین گیج دارند که داخل آنها نصب شده تا دقت اندازهگیری را افزایش دهد. دو مورد از این گیجها معمولا در تنش و دو مورد در فشردگی (compression) هستند و با تنظیمات جبرانی سیمکشی شدهاند.
وقتی که هیچ باری روی لودسل وجود نداشته باشد، مقاومتهای هر استرین گیج یکسان خواهد بود. از طرفی، وقتی که بار روی آن باشد، مقاومت استرین گیج تغییر میکند که باعث تغییر در ولتاژ خروجی میشود. تغییر در ولتاژ خروجی اندازهگیری شده و با استفاده از یک میتر دیجیتال، به مقادیر قابل اندازهگیری تبدیل میشود.
لودسل پیزومقاومتی
مشابه کارکرد استرین گیجها، سنسورهای نیروی پیزومقاومتی یک سیگنال خروجی سطح بالا ایجاد میکنند که در نتیجه برای سیستمهای وزنکشی ساده ایدهآل هستند، چون میتوانند مستقیما به کنتور یا میتر خوانش (readout meter) وصل شوند. البته در دسترس بودن آمپلیفایرهای خطی ارزانقیمت، اهمیت این مزیت را کم کرده است. یک عیب دیگر دستگاههای پیزومقاومتی، خروجی غیرخطی آنهاست.
لودسلهای القایی و رلوکتانس
هردوی این دستگاهها به جابجایی هسته فرومغناطیسی وزن-تناسبی واکنش نشان میدهند. یکی اندوکتانس یا القاوری سیمپیچ سیملوله را به خاطر حرکت هسته آهنی آن تغییر میدهد؛ دیگری رلوکتانس یا مقاومت مغناطیسی یک شکاف هوای خیلی کوچک را تغییر میدهد.
لودسلهای مغناطوکشسانی
کارکرد این سنسور نیرو، بر اساس تغییر در نفوذپذیری متریالهای فرومغناطیسی با تنش اعمالشده است. از پشتهای از لایهها ساخته شده که یک ستون متحمل بار را پیرامون مجموعهای از پیچشهای ترانسفورماتور اولیه و ثانویه شکل میدهد.
وقتی که یک نیرو اعمال شود، تنشها باعث ایجاد اعوجاج (distortion) در الگوی شار میشود، یک سیگنال خروجی متناسب با بار اعمالشده ایجاد میکند. این یک سنسور محکم و بادوام است و همچنین برای اندازهگیری نیرو و وزن در کارخانههای نورد فلز و فولاد استفاده میشود.
انواع لودسل بر اساس روش تشخیص وزن:
مشخصا تولیدکنندگان مختلف، انواع مختلفی از لودسلها را تولید میکنند. برای تامین نیازمندیهای کاربردهای مختلفی که برای لودسلها وجود دارد، این تنوع ضروری است.
خوشبختانه تولیدکنندگان و این صنعت، نامگذاری را ساده حفظ کردهاند و اسامی لودسلها با نیروهایی که اندازهگیری میکنند مرتبط است. از طرفی، انواع مختلفی از لودسل داخل هر دستهبندی وجود دارد، معمولا بر اساس تولیدکننده آنها. اسامی جایگزین اغلب بر اساس «شکل» لودسل تعیین میشود، مثل S-Beam و لودسل beam و لودسل ستونی.
لودسلهای فشردگی
یک لودسل فشردگی یا compression load cell فقط برای اندازهگیری فشردگی یا نیروهای «هل دهنده» طراحی شده است.
برای کاربردهای وزن کردن عمومی ایدهآل است، به ویژه برای وزن کردن در سیلو و محفظهها و معمولا در سیستمهای مرکز ثقل ساده و پیچیده به کار گرفته میشود.
به محصولاتی که زیرمجموعهی این دستهبندی هستند، این اسامی نیز گفته میشود:
لودسل کامپرسیو (compressive)، لودسل ستونی (column)، لودسل بندینگ رینگ (bending ring)، لودسل رینگ پیچش (torsion ring)، لودسل پنکیک (pancake)، لودسل لو پروفایل (low profile)، لودسل حلقوی (annular)، لودسل دونات (donut)، لودسل through hole، لودسل فورس واشر (force washer)، لودسل S beam و لودسل Z beam. چند مثال از لودسلهای فشردگی تصاویر ۱ و ۳ و ۶ و ۷ هستند.
لودسلهای تِنشن یا کششی (tension)
لودسل تنشن، طراحی شده تا بارهای «کشیدنی» یا کشدار را اندازهگیری کند.
یک استفاده رایج برای این نوع لودسل، در ترازوهای آویز است و همچنین برای وزن کردن محفظه هم محبوب هستند. در آزمایشگاه، برای کاربردهای اندازهگیری عمومی نیرو، استاندارد محسوب میشوند. به محصولاتی که در این دستهبندی قرار میگیرند، این اسامی نیز گفته میشود:
لودسلهای کشیدنی (tensile)، لودسل S beam، لودسل Z beam، تنشن لینک (tension link)، لود لینک (load link)، لودسل تاگل (toggle). نمونه از این نوع لودسل در تصویر ۳ و ۵ و ۷ و ۹ قابل دیدن است.
لودسلهای کششی و فشردگی (tension & compression)
همانطور که از اسم آنها مشخص است، این لودسلها ترکیبی از دو نوع لودسل قبلی هستند و میتوانند هم بارهای کششی و هم نیروهای فشردگی را اندازهگیری کنند.
کاربردهای رایج آنها عبارتند از سیستمهای وزنکشی و تست قطعه. این لودسلها در ابعاد و اشکال مختلفی به بازار عرضه میشوند و جدیدترین نسخههای آن لودسلهایی کوچک اما دقیق و صحیح هستند که هر جایی که فضا محدود باشد، قابل استفاده هستند.
به محصولاتی که در این دستهبندی قرار میگیرند، همچنین لودسل یونیورسال (universal)، S beam و Z beam و لود لینک (load link) گفته میشود. تصاویر ۳ و ۷ و ۹ نمونههایی از این نوع لودسلها هستند.
لودسلهای بیم (beam)
لودسلهای بندینگ بیم (bending beam) یا shear beam احتمالا رایجترین و پراستفادهترین لودسلها هستند، چون به شدت منعطف و چندکاره هستند و در گسترهی وسیعی از کاربردها قابل استفاده هستند. به ویژه برای بکارگیری در ابزارآلات و تجهیزات وزن مثل ترازو، دینامومتر (Dynamometer) و ماشینهای تست کششی مناسب هستند.
به محصولاتی که در این دستهبندی قرار میگیرند، این اسامی نیز گفته میشود:
لودسلهای shear beam، لودسلهای bending beam، لودسلهای force beam، لودسلهای تک نقطه (single point)، لودسلهای cantilever beam، لودسلهای dual cantilever و پرتوهای نیروی ایزومتریک (isometric force beams). تصویر ۸ نمونهای از این نوع لودسل است.
قلابهای اندازهگیری بار
یک قلاب یا یک shackle، یک قطعه فلزی به شکل حرف U انگلیسی است که در سمت بازِ آن، یک کلویس یا پیچ وجود دارد. معمولا برای سیستمهای ریگینگ در صنایع مختلف استفاده میشود،
مثل صنعت دریانوردی، جرثقیلهای صنعتی و حتی صنعت سرگرمی (مثل استودیوهای تلویزیونی و فیلمسازی) که برای سیستمهای نورپردازی یا طراحی صحنه استفاده میشود. با قلابهای اندازهگیری بار، یک پین بار (load pin) در طراحی قلاب طراحی میشود تا بتوان روی بار نظارت کرد.
اغلب در نسخههای سیمدار و بدون سیم (بیسیم) موجود هستند. تصویر ۴ نمونهای از یک قلاب بار است.
پینهای اندازهگیری بار
پینهای اندازهگیری بار برای کاربردهایی وسیع طراحی میشوند، به عنوان جایگزینهای مستقیم برای پینهای کلویس یا لولا. مزایای بسیاری نسبت به دیگر سنسورهای بار دارند، از این نظر که معمولا نیازمند هیچ تغییری در ساختار مکانیکی که بر آن نظارت میکنند نیستند. عموما در لنگرهای طنابی، زنجیری یا ترمز، قرقرهها، قلابها، بلوکهای بلبرینگ (bearing blocks) و لولاها استفاده میشوند.
به محصولاتی که در این دستهبندی قرار میگیرند، این اسامی نیز گفته میشود: پین بار یا لود پین (load pin)، shackle load pin و پین cevis. یک نمونه از پین اندازهگیری بار در تصویر ۲ دیده میشود.
لینکهای نظارت بر بار (لینکهای لود مانیتورینگ)
لینکهای لود مانیتورینگ (یا نظارت بر بار) همانطور که از اسمشان مشخص است، به عنوان لینکی بین قلاب و جسمی که قرار است اندازهگیری شود طراحی شدهاند.
معمولا در کاربردهای بالابر و وزنکشی استفاده میشوند، به خصوص در شرایط سخت محیطی. بار میتواند روی خود لینک یا روی نشانگری جداگانه، نمایش داده شود.
برای انعطاف بیشتر در انتخاب، هم لینک لودهای سیمدار و هم تلمتری موجود هستند و این مزیت را دارند که نصب آنها در سوراخهایی که با ابعاد قلاب استاندارد مطابق دارد، ساده است.
به محصولاتی که در این دستهبندی قرار میگیرند، این اسامی نیز گفته میشود: لودسل لینک، لودسل لینک کششی (tensile link)، لودسل صفحه (plate)، لینک اندازهگیری بار (load measuring link) و لودسل تاگل (toggle). تصویر پنج نمونهای از یک لود لینک است.
تکنولوژی بیسیم
در بسیاری از موارد، استفاده از لودسلهای مرسوم کابلدار یا سیمدار باعث محدود شدن فاصله یا حرکت میشود یا در برخی موارد به دلایل ایمنی، نیازمند فاصلهای بزرگتر بین کاربر و بار هستیم. استفاده از تکنولوژی بیسیم سادهتر است، چون طول بلند کابل دنبالهدار، میتواند به مشکلاتی منجر شود، مثلا اینکه ممکن است به سادگی آسیب ببیند یا به جایی گیر کند. همچنین تنها مزیت بیسیم، مسائل لجستیک کاربردها نیست. بلکه میتواند به کاهش هزینه نیز منجر شود، چون دیگر هزینه کابل و نصب و سیمکشی وجود ندارد، مواردی که شاید نیازمند تغییرات و اصلاحاتی در ساختمانها یا مسائل نگهداری و تعمیر باشد.
اصول لودسل استرین گیج
یک لودسل، دستگاهی است که نیرو (جرم ضرب در گرانش) را به سیگنال الکتریکی تبدیل میکند. این کار معمولا با اثر پیزو-الکتریکی یا با استرین گیجها محقق میشود. متریالهای پیزو، موادی هستند که وقتی تحت فشار قرار بگیرند، یک سیگنال الکتریکی کوچک خروجی میکنند. مشهورترین آنها بلور یا کریستالهای پیزو هستند اما دیگر مواد و متریالها هم وجود دارند که این کار را میکنند، همچون پیزوسرامیکها.
لودسلهای خازنی بر اساس اصل تغییر ظرفیت خازنی کار میکنند که توانایی یک سیستم برای نگه داشتن و حفظ مقدار مشخصی شارژ است، وقتی که ولتاژ به آن اعمال شود. برای خازنهای صفحه موازی رایج، ظرفیت خازنی مستقیما با میزان همپوشانی صفحات و دیالکتریک بین صفحات متناسب است و با فاصله بین صفحات نسبت معکوس دارد.
لودسلهای مقاومتی بر اساس اصل پیزو-مقاومتی کار میکنند. وقتی که یک بار/نیرو/تنش به سنسور اعمال میشود، مقاومت آن را تغییر میدهد. وقتی که ولتاژ ورودی اعمال شود، این تغییر در مقاومت به تغییری در ولتاژ خروجی منجر میشود.
سادهترین نوع لودسل، بندینگ بیم (bending beam) با یک استرین گیج است. یک پیکربندی بندینگ معمول، لودسل S beam است. شکل S دارد و چهار استرین گیج دارد که به بخشهای افقی وصل شده است.
وقتی که یک بار به شکل عمودی به سمت پایین، بر روی بندینگ S شکل اعمال میشود، دو گیج را در فشردگی و دو گیج دیگر را در کششی قرار میدهد. اتصال این گیجها در یک چیدمان پل ویتستون، تغییرات کوچک در مقاومت را ممکن میسازد تا یک سیگنال الکتریکی قابل اندازهگیری ایجاد کنند.
یک استرین گیج، یک دستگاه الکتریکی است که از متریالی ساخته شده است که مقاومت آن با استرین تغییر میند، معمولا به عنوان دفرمه شدن، خود را نشان میدهد. در لودسلها استفاده میشوند که برای انحراف در پاسخ به بار طراحی شدهاند.
اکثر لودسلها با یک پیکربندی beam طراحی میشوند که زیر بار خم میشود، البته برخی از انبساط در سطح مقطع استفاده میکنند، که ناشی از فشردگی طولی یا محوری است. خروجی اینها عموما خطی بودن کمتری نسبت به پیکربندیهای بندینگ دارد، در نتیجه کالیبراسیون را هم در نظر داشته باشید.
برای اینکه یک لودسل استرین گیج، اندازهگیریهای مفیدی ارائه کند، بار باید در جهت کار (عملیات) اعمال شود. بارهای کناری به خوانشهای غیر دقیق منجر میشود و شاید به دستگاه آسیب وارد کند. سیستمهای سنسور پیزو دوام بیشتری از این نظر دارند اما در مجموع دقت کمتری دارند. به علاوه، خروجی بسیاری از متریالهای پیزو معمولا به دما وابسته است.
مدار پل ویتستون
چهار استرین گیج در یک پیکربندی پل ویتستون قرار دارند، با چهار مقاومت متصل شده، همانطور که در چیزی به اسم «شبکه پل ویتستون» نمایش داده میشود.
یک ولتاژ تحریک – معمولا ۱۰V به یک مجموعه از گوشهها اعمال میشود و تفاوت ولتاژ بین دو گوشه دیگر اندازهگیری میشود. در حالت تعادل، وقتی که هیچ باری اعمال نشده، خروجی ولتاژ صفر یا بسیار نزدیک به صفر است، وقتی که چهار مقاومت از نظر مقدار، نزدیک هستند. برای همین است که به آن مدار پل متعادل (balanced) گفته میشود.
وقتی که عضو فلزی که استرین گیجها به آن متصل شدهاند، توسط اعمال شدن یک نیرو مورد تنش قرار میگیرد، استرین به دست آمده به تغییری در مقاومت در یکی از مقاومتها منجر میشود. این تغییر در مقاومت، به تغییری در ولتاژ خروجی منتهی میشود. این تغییر کوچک در ولتاژ خروجی (معمولا حدود ۲۰ mVolt از کل تغییر در پاسخ به بار کامل) میتواند اندازهگیری شده و دیجیتالسازی شود؛ بعد از تقویت شدن با احتیاط سیگنالهای سطح کوچک میلیولتی به سیگنال ۰-۵V یا ۰-۱۰V با دامنهی بالاتر.
این لودسلها چندین دهه است که استفاده میشوند و میتوانند خوانشهایی بسیار دقیق ارائه کنند اما نیازمند اتخاذ تعداد زیادی اقدامات خستهکننده و ظریف در فرآیند تولید هستند.
علاوه بر بندینگ بیمها (bending beams)، طراحیهای متنوع دیگری هم برای لودسلها وجود دارد. به طور مثال:
- لودسلهایی با المانهای فنر به شکل ستون برای بارهای سنگین
- لودسلهای سیلندری توخالی برای بارهای خیلی سنگین
- لودسلهایی با المانهای فنر، مستقیما از براکت اندازهگیری
- لودسلهای پیچش رینگ (ring torsion)
- لودسلهایی با المانهای فنر دیافراگم
چه زمانی از لودسل استفاده کنیم؟
یک لودسل، نیروی مکانیکی را اندازهگیری میکند، عموما وزن اجسام. امروز، تقریبا تمام ترازوهای وزنکشی الکترونیکی از لودسلها برای اندازهگیری وزن استفاده میکنند. به دلیل دقتی که با آن وزن را اندازهگیری میکنند، به شکل گسترده استفاده میشوند. لودسلها در گسترهای از حوزهها کاربرد دارند که نیازمند دقت و صحت است.
حساسیتهای لودسلها به دستهبندیهایی مختلف تقسیم میشوند، بر اساس دقتی که یک سل ارائه میکند. این دستهبندیها، از دقت کمتر به بیشتر، به شکل زیر هستند:
D1 – C1 – C2 – C3 – C3MR – C4 – C5 – C6
در سمت پایین این مقیاس، سلهای نوع D1 هستند، که معمولا در صنعت ساخت و ساز، برای وزن کردن بتن، شن و غیره استفاده میشوند.
از نوع C3 به بعد، اینها سلهایی هستند که برای افزودنیهای ساخت و ساز و فرآیندهای صنعتی استفاده میشوند. دقیقترین سلهای C3MR و سلهای C5 و C6 برای وزن کردن و قیرمالی مخازن و ترازوهای به شدت دقیق حفظ میشوند.
انتخاب لودسل
موقع ارزیابی لودسلها برای یک کاربرد، باید به موارد زیر توجه کنید:
- بازه اندازهگیری
- محدوده ایمن بار (حداکثر باری که میتواند اعمال شود، بدون ایجاد یک شیفت دائم در خوانشها)
- بار مازاد غایی یا حداکثری (باری که لودسل را میشکند)
- بار ایمن کناری (حداکثر بار افقی که لودسل میتواند بدون ایجاد شیفت دائمی در خوانشها، تحمل کند)
دیگر مسائل احتمالی که باید در نظر بگیرید عبارتند از: احتمال ضربه در بارگیری یا لودینگ شوک (shock loading)، لودینگ خارج از مرکز (off-center loading) و نیاز به محافظت محیط زیستی. یک مثال از shock loading زمانی است که یک بار روی لودسل پرتاب شود یا بیفتند. متریالهای ضربهگیر میتوانند تاثیر این برخورد و ضربه بار را کاهش دهند. بارهای خارج از مرکز (off-center) به نتایجی گمراهکننده منجر میشود و میتواند به لودسل آسیب بزند. لودسلهایی که قرار است برای محیطهای خارجی و بیرونی استفاده شوند، باید استانداردهای مناسب IP و NEMA را محقق کنند.
مشخصات فنی لودسل
بازه اندازهگیری
بازه اندازهگیری لودسل یا ظرفیت یک بار، تفاوت بین پایینترین و بالاترین اندازهگیری است که لودسل میتواند انجام دهد. به آن رِنج یا Range هم گفته میشود. بازه اندازهگیری لودسل بر اساس نوع لودسلی که انتخاب میکنید، متفاوت است. موقع انتخاب یک لودسل برای کاربرد خود، مهم است که بازه اندازهگیری لود را تعیین کنید. هر تولیدکننده لودسل اطلاعاتی را در مورد بازه تقسیم در شیت مشخصات فنی ارائه میکند که به شما کمک میکند حداقل و حداکثر وزنی که لودسل میتواند اندازهگیری کند را تعیین کنید.
دقت/صحت/accuracy
دقت یا صحت یک لودسل، تفاوت بین مقدار اندازهگیری شده و مقدار واقعی جسم مورد آزمایش است. وقتی که مقدار اندازهگیریشده از مقدار واقعی، زیادی منحرف شود، لودسل غیر دقیق، نادرست یا inaccurate است. دقت لودسل به عوامل بسیاری بستگی دارد، از جمله دما، خزش، هیسترزیس و تکرارپذیری. دیگر عوامل عبارتند از نوسانات در ولتاژ تحریک، نوع نشانگر استفاده شده و نحوه نصب لودسلها.
رزولوشن یا Resolution
برای اینکه یک دستگاه اندازهگیری، تغییری در خروجی نشان دهد، باید ابتدا تغییر در ورودی خود را تشخیص دهد. از طرفی، توانایی دستگاه اندازهگیری برای ثبت این تغییر، به چندین عامل بستگی دارد. رزولوشن یک لودسل، کوچکترین مقدار نیرویی است که میتواند یک تغییر در خروجی برای یک لودسل را محقق کند. از طرفی، مهم است که توجه کنیم که انتخاب یک لودسل با رزولوشن بالاتر، به معنی نتایج بهتر نیست. تنها به این معناست که لودسل توانایی نمایش مقدار اندازهگیری کوچکتری را دارد. برای کاربردهایی که ثبت تغییرات کوچک وزن الزامی نیست، یک لودسل با رزولوشن بالاتر ارزشی ندارد.
تفاوت دقت با رزولوشن
دقت لودسل، توانایی لودسل برای اندازهگیری نیروی اعمالشده توسط یک جسم نسبت به مقدار واقعی آن است. همچنین تفاوت بین مقدار واقعی و خروجی نظری لودسل است. رزولوشن یک لودسل، کوچکترین تغییر در ورودی است که باعث یک تغییر در خروجی میشود. به عبارت دیگر، رزولوشن، درجهای است که در آن کوچکترین تغییر به شکل نظری، قابل تشخیص است. در مورد لودسلها، رزولوشن، کوچکترین افزایشی است که سیستم میتواند وزن کند. مهم است که در هنگام انتخاب لودسل، به تعادلی درست بین دقت و رزولوشن دست پیدا کنیم. یک لودسل با رزولوشن بالاتر، الزاما به این معنی نیست که نتایجی دقیق و صحیح ارائه میکند. به همین شکل، یک لودسل با دقت بالاتر و رزولوشن پایینتر، یعنی شما نمیتوانید تغییرات افزایشی در وزن را ثبت کنید.
حساسیت
حساسیت لودسل، تغییر در خروجی نسبت به تغییر متناسب در ورودی نیروی مکانیکی است. لودسلهایی با حساسیت بالا میتوانند حتی کوچکترین تغییرات در نیرو را اندازهگیری کنند. یک لودسل آنالوگ معمول، درجهبندی حساسیت mV/V دارد و معمولا در شیت مشخصات فنی، در بازهی ۱ mV/V – ۳mV/V ذکر میشود. یک لودسل با نسبتهای حساسیت بالاتر، توانایی تشخیص کوچکترین تغییر در شرایط لودینگ را دارد، که به کاربردی با پاسخ/واکنش سریعتر منجر میشود.
خطای تعادل صفر (zero balance error)
تعادل صفر، خروجی لودسل در شرایط بدون بار (no-load) است. معمولا به عنوان درصدی از فول اسکیل بیان میشود و به آن همچنین افست صفر (Zero offset) هم گفته میشود. بررسی خطای تعادل صفر تضمین میکند که آیا لودسل به خاطر بار مازاد، ضربه بار (شوک) یا خستگی فلز، دچار اعوجاج فیزیکی شده است یا نه. برای انجام این تست، لودسل باید در شرایط no-load (بدون بار) باشد. این یعنی تمام وزن، از جمله وزن مرده، باید برداشته شود. پایههای سیگنال جدا میشوند و ولتاژ در دو طرف سیگنال +/- با استفاده از یک میلیولتمتر اندازهگیری میشود. خروجی به دست آمده، باید کمتر از مشخصات فنی اعلام شده توسط تولیدکننده باشد. به طور مثال، تحریک ۱۰ ولت روی لودسل خروجی ۳mV/V، حداکثر سیگنال برای ۱% شیفت در تعادل صفر، ۰٫۳ میلیولت است.
خطی بودن
یک لودسل طراحی شده تا یک رابطه خطی بین ولتاژ خروجی و بار اعمالشده را دنبال کند. البته این حالت ایدهآل است. در واقعیت، به دلیل عوامل محیطی بسیار و همچنین عوامل لودینگ، خروجی مقدار کمی منحرف میشود و با یک منحنی غیرخطی نمایش داده میشود. این منحنی، حداکثر انحراف از یک خط صاف را نشان میدهد، که از بار صفر شروع شده تا حاکثر ظرفیت نسبت. به غیر خطی بودن، خطای خطی بودن هم گفته میشود و خطای وزن گرفتن لودسل را در کل بازه کاری آن ارائه میکند. همچنین این امکان وجود دارد که خروجی را خطیسازی کنید، با استفاده از ریزپردازندهها و مدارات جبرانی.
پاسخ فرکانس
واکنش یا پاسخ فرکانس لودسل، توانایی لودسل برای واکنش دقیق به تغییرات بار پویا (دینمایک) است. مهم است که لودسلی را با پاسخ فرکانس مناسب انتخاب کنید، در شرایطی که وزن با نرخی سریع، اعمال شده یا تغییر میکند. به ناظر کمک میکند که در رسیدن به بالانسی بین پایداری لودسل و پاسخ برای یک بازه فرکانس مشخص، بهینهسازی کند. در مشخصا تفنی لودسل، به پاسخ فرکانس معمولا «پهنای بند» یا bandwidth گفته میشود. به عنوان یک قاعده کلی، لودسلی را انتخاب کنید که فرکانس طبیعی آن ۱۰ برابر بیشتر از بالاترین فرکانسی باشد که قرار است اندازهگیری شود.
ولتاژ ورودی
ولتاژ ورودی لودسل (تحریک)، ولتاژی است که به ترمینالهای ورودی لودسل ارسال میشود. ولتاژ ورودی ضروری است تا به لودسل امکان کار بدهد، چون منبع جریانی است که داخل لودسل از پل ویتستون عبور میکند. مقادیر حداکثر و توصیهشده معمولا توسط تولیدکننده اعلام میشود و باید سختگیرانه از آنها پیروی کرد تا بهترین نتایج خروجی تضمین شود.
ولتاژ تحریک
برای ایجاد یک سیگنال خروجی، لودسلها نیازمند یک ولتاژ تحریک هستند. مقادیر حداکثر و توصیهشده معمولا توسط تولیدکننده اعلام میشود. برای تضمین بهترین نتایج خروجی، حفظ کردن این مقادیر حیاتی است. یک ولتاژ تحریک، بالاتر از حداکثر مقدار اعلامشده، عبور جریان را افزایش داده و باعث گرم شدن استرین گیج میشود. حتی میتواند به خرابی گیج منجر شود. ولتاژ تحریک پایینتر از مقدار توصیهشده توسط تولیدکننده، معمولا مورد قبول است. از طرفی، برای بهترین نتیجه، مقدار توصیهشده را رعایت کنید.
طول عمر
از آنجایی که لودسلها از جنس فلز هستند، طول عمر این دستگاههای اندازهگیری معمولا طولانی است. از طرفی، هر لودسل، یک عمر خستگی مشخصی دارد، که معمولا به شکل زمان چرخه بیان میشود. به طور مثال، اگر یک لودسل عمر خستگی ۱۰۰ هزار بار داشته باشد، یعنی میتواند ۱۰۰ هزار بار، بارگیری (لود) شود. اگر این لودینگ بیشتر از چرخههای اعلامشده انجام شود، لودسلها شاید طبق مشخصات فنی ذکر شده و تضمین شده، کار نکنند. همچنین اگر لودسلها در معرض بار شوک (ضربه) قرا بگیرند یا اگر نیرویی اعمال شود که بیشتر از ظرفیت اعلامشده برای مدتی طولانیتر است، عمر این دستگاههای اندازهگیری کوتاهتر میشود. با استفاده، نگهداری و حفاظتِ صحیح، لودسلها سالهای سال کار خواهند کرد.
جهت یا orientation
جهت لودسل، یعنی قرار دادن وزن به شکل صحیح روی چیدمان اندازهگیری است. وقتی که لودسل به شکل درست نصب نشده یا اگر جهت آن درست نباشد، به خوانشهایی نادرست منجر میشود. اکثر لودسلها دارای یک فلش یا پیکان روی پوشش بیرونی خود هستند که جهت بار را نشان میدهد. وقتی که لودسل درست نصب شده باشد، خوانشها در مقادیر مثبت خواهد بود. همچنین مهم است که بررسی و تایید کنید که ترمینالهای لودسل به شکل مناسب وصل شدهاند. به راهنمای کدُ رنگی تولیدکننده مراجعه کنید تا کارکرد صحیح لودسل تضمین شود.
مواردی که باید قبل از نصب در نظر بگیرید
انواع نصب: علاوه بر نصبهای معمول هیدرولیک، پنوماتیک و انواع استرین گیج لودسلها، مشتریان اغلب در مورد نصب لودسلهای بندینگ بیم، shear beams، نوع قوطی سیلندرشکل (canister)، لودسلهای رینگ و پنکیک و لودسل نوع دکمهای (button) و واشر (washer) هم سوال میکنند. برخی دیگر از انواع پیشرفتهی نصب لودسل برای استفادههای ویژه عبارتند از: نصب لودسل نوع مارپیچی (helical)، فیبر نوری و پیزو مقاومتی.
جهت بار (Load Orientation): تکنسینهای خدماتی متوجه شدهاند که رایجترین دلیل مشکلات دقت در اندازهگیریهای بار، نصب نادرست لودسل است که به لودینگ عمودی غیر دقیق منجر میشود، که به خطاهای مازاد نیرو میانجامد. این بارها باید دقیقا در جهت لودسل عمل کنند.
محیط: میدانهای مغناطیسی و الکتریکی گاهی میتوانند ولتاژ متداخل داخل مدار اندازهگیری ایجاد کنند. برای اطمینان از محافظت در برابر EMC، لودسل، کابلهای اتصال و قطعات الکترونیکی را داخل یک پوشش شیلددار قرار دهید. نشانگر، آمپلیفایر لودسل و ترانسدوسر را بیشتر از یکبار، به زمین وصل نکنید.
چارچوب ساختار: با استفاده از مجراهای از جنس استیل، از کابل اندازهگیری محافظت کنید. از کابلهای اندازهگیری شیلددار و ظرفیت پایین مثل کابلهای HBM استفاده کنید. از میدان پراکنده شار مغناطیسی نشتی از موتورها، سوییچهای کنتاکت و ترانسفورماتورها دوری کنید. استفاده از یک طراحی سفت و سخت برای ساختار پایه/نگهدارندهی لودسلها در کاربردهای لودینگ فشردگی، به طراحیهای انعطافپذیر ترجیح داده میشود، تا پایین آوردن مساوی/متعادل تمام پایهها محقق شود که همچنین تنش را توزیع میکند و یک سطح تماس هموار را فراهم میکند. نصب لودسلها روی ساختار پایهای و صفحه زیرین سفت و سخت، اطمینان حاصل میکند که انتقال بار از بیسِ لودسل به ساختار پایه به شکل برابر انجام شود. این ساختار همچنین باید ظرفیت لازم برای پشتیبانی از نیروهایی مرتبط با بار را هم داشته باشد.
ترازوهای مکانیکی امروزی میتوانند انواع مختلف بار را وزن کنند، از داروسازی گرفته تا مخزنها و خودروهای حمل بزرگ. ثبات محاسبات وزن و خوانشها، نیازمند بهترین طراحی مکانیزم متعادلسازی وزن است که مهندسی شده تا نیرو را حس کند (سنس کند) کالیبراسیون مناسب و نگهداری انجام دهد. بسته به سیگنالهای خروجی ایجاد شده، ما طراحیهای لودسل را بر اساس تشخیص وزن، تمیز میدهیم، به طور مثال همچون تنش، فشردگی، خم شدگی یا برش (bending یا shear). لودسلهای استرین گیج، بارهای موثر را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکنند. تغییر در فشار سیال پرکننده داخلی، وزن را با استفاده از دستگاههای متعادلکنندهی نیرو در طراحیهای لودسل هیدرولیک اندازهگیری میکند. نیازمندیهایی با دقت بالاتر، میتوانند با استفاده از چندین محفظهی دمپنر محقق شوند که همچنین بر اساس مفهوم تعادل نیرو با مهندسی لودسل پنوماتیک کار میکنند.
نصب یک لودسل: بهترین و رایجترین اقدامات
هر نصب لودسل منحصر به فرد است، چون انواع مختلی دارند. اگر کاربرد شما نیازمند دقت بسیار بالا، پایداری درازمدت، مشخصات فنی ویژه است یا زمانی که از یک محیط متنوع R&D بهره میگیرید، با یک مهندس سازه مشورت کنید.
برای دستیابی به نتایج وزن کردن دقیق، اطمینان حاصل کنید که از کاربردهای بار مشخص برای لودسلها استفاده کنید. لودسلها یک جهت بار مشخص دارند؛ نیروهای کناری، خمکننده یا پیچشی روی لودسلها وارد نکنید. کاربردهای لودینگ نامناسب میتواند عمر لودسلها را کاهش دهد، به علاوه نتایج اندازهگیری صحیح را هم منحرف کند.
استفاده از طراحی سفت و سخت برای ساختار پایه لودسلها در کاربردهای لودینگ فشردگی، به طراحیهای انعطافپذیر ترجیح داده میشود، تا پایین آوردن مساوی/متعادل تمام پایهها محقق شود که همچنین تنش را توزیع میکند و یک سطح تماس هموار را فراهم میکند.
نصب لودسلها روی ساختار پایه و صفحه بیس (زیرین) سفت، تضمین میکند که انتقال بار از بیسِ لودسل به ساختار پایه، به شکل برابر انجام شود. این ساختار همچنین باید ظرفیت پشتیبانی و تحمل نیروهای مرتبط با لود را هم داشته باشد. برای سازگاری با نصب لودسل شاید نیاز به کمک باشد. از مهندس طراح کمک و مشاوره بگیرید تا وزن کردن احتمالات تداخل تکی، تعیین شود. برای جلوگیری از اعوجاجات در اندازهگیری، باید مواردی ویژه را نیز در نظر بگیرید، برای مخازن وزنکشی، انبساط حرارتی، سطوح نظارتی و حرکات افقی، برای انواع مشخصی از مخازن و ساختارهای زیرین و نگهدارنده. ساختار زیرین لودسل شما شاید نیازمند انداستاپهایی (end-stops) برای محدود کردن انحراف جانبی باشد و همچنین یاتاقانهای الاستومری میتوانند حرارت بین مخزن و لودسل را تنظیم (رگولاسیون) کنند. همچنین اگر لودسل شما نیازمند خودمرکز شدن خودکار (self-centering) باشد، مهندس طراح شاید یک لودسل آونگی (پاندولی) را پیشنهاد کند که به شکل خودکار، ابرسازه را به موقعیت اصلی خود هدایت میکند.
چطور یک لودسل را سیمکشی کنیم؟
یکی از رایجترین کاربردها، جمعآوری داده از یک لودسل یا هر نوع سنسور فول بریج (پل کامل / full-bridge) است، همچون یک پل استرین گیج با بورد A/D. همچنین این مساله کمتر از همه مورد توجه است و کاربران زیادی، خطاهای سیمکشی ساده انجام میدهند که منجر به نویز بیش از حد میشود و در موارد بدتر، حتی به سنسور و ابزار آسیب میزند.
اولین چیزی که باید موقع نصب یک لودسل به خاطر داشته باشید، این است که باید آن را با یک ورودی نوع تفاضلی (differential) اندازهگیری کنید، نه با یک ورودی نوع تک انتها (single ended).
ابتدا، تعیین کنید که آیا دستگاه A/D شما (PLC یا میتر یا DAS شما) میتواند به عنوان یک ورودی تفاضلی پیکربندی شود یا خیر. سپس باید از یک منبع تغذیه رگوله شده برای ارائه تحریک به سنسور خود استفاده کنید.
اگر منبع تغذیه نویزدار یا رگوله نشده باشد، خروجی سنسور هم نویزدار خواهد بود یا دچار دریفت (کژ رفت) میشود. برخی مدارات A/D دارای منابع تغذیه رگوله شده داخلی هستند، از طرفی، به دلیل محدودیتهای جریان، شاید نتوانید بیش از یک یا دو سنسور را وصل کنید.
مدارات پلاگین (Plug-in) معمولا یک اتصال +۵V و -۵V ارائه میکنند، از طرفی، این معمولا منبع تغذیه PC کامپیوتر است که مناسب برای تحریک سنسور پل نیست.
بهترین کار این است که یک منبع تغذیه جداگانه به شدت رگوله شده بخرید، مثل این، که بتواند جریان را برای تمام سنسورهایی که نیاز به برق دارند، تامین کند.
نمودار پایین، پیکربندی صحیح سیمکشی را برای یک لودسل به ورودی تفاضلی نشان میدهد. در نظر داشته باشید که اگر بیش از یک سنسور بار به یک منبع تغذیه متصل باشد، فقط نیاز است که پیچ زمین (ground) را تنها به یک زمین (ground) وصل کنید، در غیر اینصورت، ممکن است یک حلقه زمین ایجاد شود که نویز اضافه ایجاد میکند.
همچنین اطمینان حاصل کنید که منبع تغذیه شناور (floating) است، یعنی از پیش به زمین دیگری، جای دیگری وصل نیست.
رنگهای سیم لودسل
مهم است که برای یک لودسل، کدهای رنگی سیمها را بدانید تا اطمینان حاصل شود که برای دستیابی به نتایج دقیق، به شکل صحیح متصل شدهاند. این کدهای رنگی در بین تولیدکنندگان مختلف، متفاوت هستند و این کدگذاری معمولا روی گواهی کالیبراسیون لودسل ارائه میشود. مهم است که از کدگذاری رنگی ارائه شده توسط تولیدکننده پیروی کنید. این یعنی از اتصالات سیمکشی صحیح اطمینان حاصل کنید تا از خروجی خطادار پرهیز شود.
چطور بررسی کنیم ببینیم که آیا لودسل کار میکند یا خیر؟
شما میتوانید بررسی کنید ببینید که آیا لودسل کار میکند یا خیر، برای این کار، دو مساله را در مورد لودسل بررسی و تایید کنید: مقاومت لودسل و ولتاژ لودسل.
مقاومت خروجی لودسل بین سیمهای مثبت و منفی اندازهگیری میشود. مقاومت ورودی لودسل بین سیم تحریک مثبت و سیم تحریک منفی اندازهگیری میشود. در هر دو حالت، مقدار بین سیمها باید برابر یا مشابه با دیتاشیت ارائه شده همراه با لودسل باشد.
برای اندازهگیری ولتاژ لودسل، هر دو سیم را به آمپلیفایر وصل کنید. حال سیگنال پاسخ بین سیمهای مثبت و منفی را اندازهگیری کنید، همزمان بار را پله پله افزایش دهید تا افزایش سیگنال مرتبط را ببینید.
روند تایید لودسل
اگرچه لودسلها نتایج اندازهگیری دقیقی را ارائه میکنند، به دلیل برخی شرایط لودینگ (بارگیری) و محیطی، ممکن است دچار خطا شوند. خطاهای رایج در لودسلهای استرین گیج عبارتند از:
- نوسانات در مقدار تعادل صفر (zero balance)
- خوانش نادرست یا عدم خوانش
- خوانشهای ناپایدار برای یک وزن مشخص
- تغییرات در خوانشها، زمانی که موقعیت وزن تغییر میکند.
برای تایید اینکه لودسل در وضعیت خوبی است و برای حل مشکلات مذکور، چندین تست و آزمایش وجود دارد. روند ابتدایی تایید، شامل بررسی پایههای مکانیکی، جهت قرارگیری لودسل و سطوح نصب برای تراز سطح و تمیزی و پاکیزگی میشود. به علاوه، کابلهای متصل به summing box حتما باید بررسی شوند تا ببینید که دچار استهلاک نشده باشند.
وقتی که ارزیابی ابتدایی کامل انجام شد، میتوانید لودسل را بررسی کنید ببینید خطایی نداشته باشند، این کار با ارزیابی خوانش تعادل صفر محقق میشود. برای انجام این کار، از گامهای زیر پیروی کنید:
- ترمینالهای خروجی و ورودی لودسل را به یک ولتاژ ورودی/تحریک وصل کنید.
- ولتاژ را با استفاده از میلیولتمتر، برای هر دو ترمینال خروجی و ورودی اندازهگیری کنید. مقدار به دست آمده را بر ولتاژ تحریک تقسیم کنید تا تعادل صفر را به mV/V به دست آورید.
- مقادیر به دست آمده را با مقادیر ارائه شده در گواهی کالیبراسیون تولیدکننده مقایسه کنید.
تست و آزمایشهای مشابهی برای بررسی مقاومت عایق و انسجام پل انجام میشود. اگر مقادیر به دست آمده از طریق این تستها، دارای خطا باشند، این احتمال وجود دارد که یک قطعه الکتریکی خراب شده باشد یا اتصال کوتاه داخلی رخ داده باشد یا احتمالا استرین گیج خراب شده باشد.
استفاده از لودسلها برای وزن کردن کامیون، قطار و هواپیما
در صنعت هواپیمایی، وزن بسیار مهم است و در سود نهایی شرکت، موثر است. هر کیلوگرم وزن اضافهتر یعنی نیاز به سوخت بیشتر برای بلند شدن از زمین، بنابراین اینکه بدانید چه مقدار سوخت در مخزن کافی است یعنی وزن هواپیما را بدانید. توزیع وزن یک عامل دیگر است. اگر وزن بیشتر در عقب هوایپما باشد، بیش از حد نوک آن بلند میشود، زاویه پرواز تغییر میکند و سوخت بیشتر مصرف میشود.
وزن کردن یک چیز خیلی بزرگ مثل یک هواپیما – حتی یک بویینگ ۷۴۷ – خیلی هم سخت نیست. این کار با لودسلها انجام میشود.
اهمیت وزن در حمل و نقل
هواپیماها، از هواپیماهای مسافربری دوصندلی گرفته تا بزرگترین هواپیماهای بار و مسافربری، به دو دلیل، به شکل منظم سنجش وزن میشوند. اولین دلیل این است که اداره هوانوردی فدرال آمریکا (FAA) تعیین کرده اپراتور باید وزن هواپیما را بداند و از آنجایی که وزن با گذر زمان تغییر میکند، دستورالعمل این است که باید به شکل دورهای، سنجش وزن هواپیما انجام شود. و دومین دلیل، خلبان لازم است که وزن بار یا مسافران و بار آنها را که سوار هواپیما هستند، بداند تا بتواند سوخت مورد نیاز و توزیع وزن را تعیین کند (در هواپیماهای کوچک توربوپراپ، رایج است که مسافران جابجا شوند تا توزیع وزن، برابر شود).
وزن کردن کامیون، یکی دیگر از کاربردهای رایج لودسلهاست. وسایل نقلیه سنگین، آسیبی قابل توجه به جاده و به خصوص پلها وارد میکنند، بنابراین کشورها و ایالات، محدودیتهایی را برای حداکثر بار قابل حمل تعیین کردهاند. در ایستگاههای وزنکشی کنار جادهای، کامیونها موظف هستند که متوقف شده تا وزنشان تعیین شود تا مطمئن شویم که این محدودیتها رعایت میشود.
وزن قطارها هم لازم است مشخص شود. درست مثل جادهها، بارهای مازاد استهلاک بر خط راه آهن را افزایش میدهد و مثل هواپیماها، توزیع نابرابر وزن میتواند به مشکلات پایداری در قطارها منجر شود. بار جابجا شده با خط آهن، گاهی اوقات بر اساس وزن قیمتگذاری میشود، در نتیجه ضروری است که بار در هر واگن مشخص باشد.
سیستمهای وزن کردن کامیون
اکثر ایستگاههای سنجش وزن، از لودسلهای پیزو-محور یا استرین گیج استفاده میکنند. اینها در سطح جاده و بار ایجادشده توسط هر محور اندازهگیریشده تعبیه میشوند. یک نوآوری جدید تکنولوژی WIM (یا Weight-in-Motion یا وزن کردن در هنگام حرکت) نام دارد، در این حالت بدون نیاز به توقف کامیون، میتوان وزن کامیون را به شکل دقیق اندازه گرفت. این سیستمها از ترکیبی از لودسلها و حلقههای القایی استفاده میکنند که حضور وسیله نقلیه را تشخیص میدهند. این سیستمها سریع و دقیق هستند و از همه مهمتر، نیاز به اینکه هر کامیون متوقف شود تا وزن آن سنجیده شود را از بین میبرند. این باعث میشود مشکل شلوغی و ترافیک در زمانهای شلوغ جاده برطرف شود. مشکلی که گاهی باعث میشود ایستگاه وزنکشی به شکل موقت، کاملا بسته شود.
نیازمندیها برای سیستمهای WIM برای استفاده در بزرگراهها در ASTM E1318-02 تعریف شده است.
سیستمهای وزن کردن قطارها
مشابه کامیونها، سیستمهایی برای اندازهگیری استاتیک و WIM قطارها وجود دارد. این سیستمها میتوانند بارهای محور، بارهای هزارچرخ (ارابه واگن) و حتی وزن کامل یک واگن یا لوکوموتیو را تعیین کنند. لودسلها در این سیستمها استفاده میشوند و دقت آنها ±۱% یا بهتر است.
سیستمهای وزن کردن هواپیما
وزن هواپیما با ترازوهای سکویی، به کمک لودسلها سنجیده میشود. معمولا هواپیما به سمت جلو کشیده میشود، بنابراین تمام چرخها روی سکوها هستند. وزن کامل، جمع خوانشها از هر سکو است. فواصل و تفاوتها بین خوانشهای سکو، برای محاسبه توزیع وزن استفاده میشود.
دقیق و بادوام
کامیونها، هواپیما و قطارها همگی به وزنکشی دورهای (منظم) نیاز دارند. این کار با استفاده از لودسلها انجام میشود. یک لودسل یا از استرین گیجها استفاده میکند، که تغییر قابل اندازهگیری در مقاومت زمانی رخ میدهد که متریال دفرمه شود، یا از مواد پیزو استفاده میکند که تحت فشار، شارژ الکتریکی ایجاد میکنند. این سیگنالها تقویت شده و میتوانند خوانشهایی تا سقف ±۱% انجام دهند.
کاربردهای ویژه
موشک/موتور توربینی گازی: اندازهگیریهای بسیار دقیقِ دبی حجمی گاز داخل یک خط لوله. روتور توربینی، تیغههای روتور را با دبی گاز داخل میتر میچرخاند و سرعت گاز را اندازهگیری میکند. تیغههای روتور از یک سیمپیچ پیکاپ رد میشود و یک پالس سیگنال الکتریکی تولید میکند. پالس برابر با حجم مشخصی از گاز است. دبی حجمی کل، توسط تعداد پالسها ضبط میشود. ابراز نرخ دبی، با متر مکعب واقعی یا فوت مکعب واقعی (ACF/AM3) اندازهگیری میشود.
اندازهگیری رانش موتور: این محصول ترکیبی ساخته شده بر اساس سفارش (built-to-order) لودسل چرخشی و واکنشگر رانش و گشتاور است که برای پایداری درازمدت، کاملا از جنس فولاد ضد زنگ ساخته میشود. کاربردها در محیطهای صنعتی، شامل بار مازاد ۱۵۰% ظرفیت، حداقل بار مازاد ۳۰۰% ظرفیت میشود.
وزن کردن Bin: برای ساده کردن نصبهای لودسل، از سیستمهای وزن کردن tank and bin با ظرفیتی تا سقف ۲۵۰۰ پوند استفاده کنید. سیستمها، کاهش شوک و ضربهگیری را برای نصبهای صنعتی ارائه میکنند و کمک میکنند که از نصب نادرست پرهیز شود، حالتی که میتواند به لودسل آسیب وارد کند. یک سیستم چهار نقطهای کامل با حداکثر ظرفیت ۴۰۰۰ پوندی با لودسلهای نوع shear beam سنگین و مقاوم (heavy duty) و سیستم وزن کردن tank and bin استفاده کنید.
سیستمهای کنترل فرآیند: بازه وسیعی از کنترلرهای فرآیند، شامل کنترلرهای دما، کنترلرهای رمپ و soak، کنترلرهای دوناحیهای (dual-zone) و کنترلرهای فرآیند سبک رومیزی (bench-top) میشود. کنترلرهای بر پایهی ریزپردازنده، دارای انواع مختلفی نمایشگر، RTDهای سیمی، جریان و ولتاژ فرآیند هستند. میتوانند مستقیما به شبکه اترنت با یک سرور وب embedded، نرم افزار جمعآوری داده دانلودشدنی متصل شوند.
تست خستگی بار بالا: زمان مورد نیاز برای رفع اشکال سیستمهای ترازو را میکاهد، شرایط لودسلهای بر پایهی استرین گیج در کاربردهای ترازو و صنعتی را تحلیل میکند. لودسلهای تست، بدون قطع شدن، با قابلیت خواندن راحت، پیامهایی در صفحه نمایش واضح. دادههای حیاتی را ارائه میکند، همچون اعوجاجهای احتمالی از بارهای مازاد، خستگی فلزات یا لودینگ شوکدار (shock loading) و خطاهای زمین احتمالی یا مشکلات الکتریکی مقاومت پل.
تست پل: استفاده از یک سیستم بلوک ترمینال با لوازم پلکاری و تستینگ، با تکنولوژیهای کلمپینگ متفاوت، هزینههای لاجستیک و انبارداری را کاهش میدهد. طراحی بلوک ترمینال ماژولار میتواند با انواع مختلف بلوک ترمینال یا منفرد برای انعطافپذیری کاربرد، ترکیب شود.
طراحی ساختاری سیستمهای وزن کردن مخزن
مشاهدات اولیه
موقع نصب لودسلها در مخازن، باید از برخی قوانین حیاتی پیروی کنید. به طور مثال، مخازن به شکل منظم در معرض شرایط آب و هوایی یا آثار مرتبط با تولید هستند. وقتی مخازن عمودی، در محیط بیرونی سرپا میشوند (سیلوها، هاپرهای زغالسنگ و غیره)، مقررات ساختمانی مرتبط باید برای سازههای مرتبط مورد نظر قرار گیرد. دقت کنید که دستگاههای وزنکشی که بعدا نصب میشوند، شاید «تغییراتی مهم» از نظر مقررات ساختمانی محسوب شوند. در این موارد پیشنهاد میشود که با یک مهندس سازه مشورت کنید. مقررات ساختمانی معمولا در حوزه نظر اقدامات ایمنی، اصطلاح «بهترین فناوری روز» را به کار میبرند.
مهندس پروژه برای یک چیدمان مخزن، همچنین باید نسبت به قوانین و مقررات ویژه شرکتی آگاه باشد. مخازن باید به شکل منظم به زمین محکم و بسته شوند تا قابل بلند کردن نباشند، حتی در مناطقی که سقف وجود دارد، اگر محتویات خطرناک بوده و لیفتراکها در ناحیه انبار و نگهداری، در حال کار باشند.
توزیع بار
یک چیدمان بهینه از لودسلها برای تعیین وزن مخازن زمانی محقق میشود که مخزن روی سه نقطه تحمل قرار بگیرد و یک لودسل روی هر پایه قرار بگیرد. به این وضعیت، از نظر آماری تعیینشده میگویند. همچنین بار کلی باید تا حد ممکن، روی سه لودسل توزیع شود. در مورد مخازن عمودی ایستاده یا سیلندری معلق، بهترین راه برای تامین این نیازمندی این است که سه لودسل با فواصلی برابر از محور عمودی مخزن چیده شوند (قرار گیرند) و روی یک صفحه نسبت به یکدیگر ۱۲۰ درجه افست شوند. شکل ۱، چیدمان نقاط تحمل برای مخازن افقی را تعریف میکند.
اگر تمام پایهها در یک سیستم مهجز به لودسل باشند، توزیع نامساوی بار پایه توصیه میشود. پایهها با لودسلها باید بارهای بزرگتری از پایهها بدون لودسلها دارند. پیروی از این اصول، میتواند دقت کلی دستگاه وزنکشی را بهبود بخشد. موقع طراحی سیستم و انتخاب لودسلها، ترجیح داده میشود که تمام لودسلها در معرض بارهایی با بزرگی یکسان قرار گیرند.
اگر یک مخزن روی چهار (یا بیشتر) پایه باشد، تحمل مخزن از نظر آماری زائد است. در این موارد، لودسلها باید در تمام نقاط تحمل نصب شوند. توزیع برابر بار روی ترانسدوسرهای منفرد، تنها در هنگام اسمبل (مونتاژ) ممکن است. بارهای ترانسدوسر باید به شکل منفرد، برای این هدف اندازهگیری شوند. سپس اگر تفاوتهای غیرمجازی وجود داشته باشد، ارتفاع لودسلها مرتبط باید تغییر کند (با گوه یا شیمهای جبرانی و …). لودسلها با بارهایی که بیش از حد کم هستند معمولا به شکل مورب نسبت به یکدیگر قرار میگیرند.
مرکز ثقل یک مخزن
در حالت ایدهآل، مرکز ثقل یک مزخ پر شده، نباید بالاتر از نقاط تحمل مخزن باشد – قابلیتی که در اغلب موارد، پیادهسازی نمیشود.
با هدف افزایش پایداری، اگر مرکز ثقل پایینتر از نقاط تحمل باشد، یک مزیت است. موقعیت مرکز ثقل به عنوان تابعی از سطح پرشده، تاثیری قابل توجه روی تعداد لودسلهای استفاده شده دارد. اگر پرشدن به شکل متقارن روی لودسلها چیده شود، شاید این امکان وجود داشته باشد که یک دستگاه وزنکشی با یک لودسل برپا کرد، با توجه به اینکه موقعیت مرکز ثقل روی خطی عمودی حرکت میکند. اگر مرکز ثقل همچنین با تغییرات جرم پرشدگی، به کنار حرکت کند، تمام پایهها باید مجهز به لودسل شوند. یاتاقانهای ثابت و راکر (گهوارهای) هرگز نباید برای چنین نوع کاربردهایی استفاده شوند!
اگر موقعیت مرکز ثقل تغییر میکند، شکل ۲ ضرورت استفاده از لودسلها روی تمام نقاط تحمل را نشان میدهد.
اتصالات تامین روی مخازن
مخازن اغلب نیازمند اتصالات تامین هستند، به طور مثال، برای تامین و تخلیهی محتوا و برای تامین الکتریکی، هیدرولیکی یا پنوماتیک واحدهای بیشتر نصب شده روی مخزن.
این اتصالات تامین ممکن است به شنت نیرو منجر شود، که خود را به شکل خطاهایی نشان میدهد که روی دقت اندازهگیری دستگاه وزنکشی تاثیرگذار هستند. اتصالات تامین باید در جهت عمودی انعطافپذیر باشند. شکل ۳ تا ۷ نمونههایی از طراحیهای مناسب برای اتصالات تامین را نشان میدهند. در این مورد، این مسائل همیشه باید به دلایل اقتصادی در فاز طراحی و برنامهریزی، مورد نظر قرار گیرند. اگر لولههای سخت بدون لینک انعطافپذیر مورد استفاده قرار گیرند، مخزن باید ترجیحا به طولانیترین بخش لوله افقی ممکن متصل شود. این بخش لوله همچنین باید در جهت طول جغرافیایی، جبران انبساط داشته باشد.
مقطع افقی لوله یک اثر فنری در جهت عمودی دارد، که با افزایش طول، بیشتر میشود. نیروی مکانیکی که در غالب یک بار کاذب (کششی یا فشاری) توسط لوله روی لودسلها اعمال میشود، به نسبت کوچک میشود و دیگر به دقت اندازهگیری مرتبط نیست.
میتوان به جای چیدمانی با یک لوله دراز، از چندین کوپلینگ قابل انعطاف استفاده کرد (شکل ۴). نتایج خوب از نظر جلوگیری از شنت نیرو با اتصالات شلنگ محقق میشود، ساخته شده از متریالهای الاستیک چکشخوار و انعطافپذیر. در این مورد، سازگاری متریالهای کشسانی با متریالهای پرشدگی و/یا مواد تمیزکننده باید بررسی شود (مثلا در صنعت غذا یا تکنولوژی داروسازی). یک احتمال دیگر برای کاهش شنتهای ناخواسته نیرو، ایجاد شده توسط لولههای متصل، استفاده از یک چیدمانی با زانویی لوله است (شکل ۵).
در مواردی که تامین لوله عمودی مورد نیاز است (مثلا در جهت نیروی گرانشی که باید اندازهگیری شود) یا اتصالات شلنگ نباید استفاده شود، اتصالات لوله با جبرانسازها (همچون زانوییهای فلزی) تاثیر خود را نشان دادهاند (شکل ۶). تلورانسهای سختگیرانه نصب باید مورد نظر قرار گیرد، وقتی که این جبرانکنندهها نصب میشوند. اگر یک مجموعه ثانویه از زانوییهای فلزی استفاده شده و با یک بخش لوله به اولی وصل شوند، این امکان وجود دارد که تلورانسهای بزرگتری جبران شود. بلوهای فلزی در برخی از حوزههای تمیزکاری صنعت غذا، مجاز نیستند.
انشعاب اتصال نمایش داده شده در شکل ۷ بهترین راه حل برای کاهش شنت نیرو است. یک انشعاب باز جلوی تماس بین لوله و مخزن را میگیرد. این فرم را نمیتوان در سیستمهای بسته همچون مخازن فشار استفاده کرد.
همیشه باید به این نکته دقت کرد که متریال در خطوط متصل، به عنوان بخشی از وزن محاسبه میشود. سطح پرشونده تامین و خطوط تخلیه باید مستقیما به مخزن وصل باشند، در نتیجه باید وقتی که وزن اندازهگیری میشود، بازتولیدپذیر باشند. این یعنی در زمان انجام اندازهگیریها، این خطوط باید یا همیشه خالی باشند یا همیشه پر.
مخازن تحت فشار
در کارخانههای بسته، فشار در سیستم میتواند روی نتایج وزنکشی تاثیرگذار باشد. به ویژه در صنعت شیمی، فشارهای مثبت بالا مورد نیاز برای برخی فرآیندهاست. در سمت دیگر، کارخانههای استخراج برای وزن کردن متریالهای پودری، فشار منفی ۱۰۰-۳۰۰ mbar تولید میکند. اگر لولهکشی به شکل عمودی به مخزن وصل شود، همانطور که در شکل ۵ و ۶ نشان داده شده، یک نیرو اعمال میشود که مستقیما روی نتایج اندازهگیری تاثیر میگذارد. این تاثیر برابر با محصول نیرو، ضرب در مساحت مقطعی لولهکشی است. اگر شرایط فشار در زمان فرآیند وزن کردن ثابت باشد، این مقدار را میتوان در اندازهگیری در نظر گرفت (محاسبه کرد). یک چیدمان لوله افقی در تمام موارد، نسبت به اتصال لوله عمودی، مناسبتر است و ترجیح داده میشود. در این مورد، نیروهای پارازیتی که ایجاد میشوند، توسط پایههای نصب جذب میشوند.
نمونههایی از طراحیها برای چیدمان و نصب لودسلها
طراحیهای معمول مخازن به عنوان نمونه، به شکلی چشمنواز، ارائه شدهاند. جزییات طراحی و مسائل مرتبط با مشکلات، در بخشهای مرتبط، به شکل مفصلتر توضیح داده شده است.
مخازن ایستاده (Upright)
برای مایعات وزنکشی و محصولات فله در مخازنی با پرشوندگی مرکزی، نصب با دو پایه ثابت و یک لودسل ممکن است. برای فراهم کردن سطح مناسبی از دقت، مخزن باید چیدمانی متقارن داشته باشد. وزن محصول باید به شکل برابر روی مخزن یا هاپر تقسیم شود تا نتایج مناسب محقق شده و دقت مورد نیاز، حفظ شود. در تمامی موارد دیگر، به ویژه اگر درجه بزرگتری دقت مورد نیاز باشد، ترجیحا سه یا (در برخی شرایط) تعداد بیشتری لودسل ضروری است.
نصب سفت یک لودسل
این طراحی ساده یک حامل با لودسلی که به شکل سفت (سخت) نصب شده است، توصیه نمیشود. این طراحی به خودی خود، به آثاری مشکلساز روی لودسل منجر میشود. بر اساس دفرمه شدنها با تغییر سطح پرشده و همچنین لرزشها و تغییرات در دما، تاثیرات روی لودسلها عموما قابل چشمپوشی نیست. با این حال، در برخی موارد ممکن است با این طراحی روبرو شوید.
مخزن ایستاده با دو یاتاقان ثابت و یک لودسل با جبرانکنندگی
این اندازهگیری سطح پرشونده، از یک لودسل استفاده میکند که داخل یک گهواره با دو یاتاقان ثابت قرار گرفته است، که همچنین طراحی شده تا حرکت افقی مخزن را محدود کند. این طراحی مقرون به صرفه، لودسل را از تاثیرات غیرقابل قبول دور نگه میدارد.
سیلوی های راند (high round) روی سه یا چهار لودسل
سطوح دقیق معمولا روی سه لودسل اندازهگیری میشود. اگرچه چیدمانهایی با چهار لودسل گاهی در طراحیهای متقارن مستطیلشکل استفاده میشوند، این چیدمان به دلیل افزونگی استاتیک و قیمت بالاتر، معمولا مورد پسند نیست. از طرف دیگر، نصب آنها در ساختار سادهتر است. یاتاقانهای الاستومر مرکز شونده، نیازمند هیچ نوع میله نگهدارنده نیستند. آنها معمولا با استاپهای ثابت (step) ترکیب میشوند. برای مخازن خیلی بالا، میلههای نگهدارنده راهنمای بیشتری در بخش بالایی مورد نیاز است. در مثال شکل ۱۰، به عنوان میلههای نگهدارنده طراحی شدهاند، با استرس شل ابتدایی (loose initial stress) و لاکینگ (locking). استاپهای ثابت در این نقطه به شکل پیوسته در تماس با مخزن قرار میگیرند، هر زمان که به شکل غیرقابل اجتناب، مقداری از موقعیت ایدهآل خود خارج شود و اصطکاک تماسی به شنت نیرو منجر میشود. توقفهای رولر (غلتک) و راهنمای کابل، جایگزینهایی هستند که کمتر استفاده میشوند.
سیلوی گرد روی سه ماژول وزنکشی
سه ماژول وزنکشی با میلههای نگهدارنده تعبیه شده که با محیط منحنی سازه به صورت مماس، در تماس قرار میگیرند، مخزن را از نظر افقی پایدار نگه میدارند، بدون نیاز به اقدامات بیشتر. دستگاه ضد بلند شدن (anti-liftoff) که همچنین در ماژول وزنکشی قرار دارد، اجازه نمیدهد که مخزن، از یک سو کج شده و واژگون شود. این کار چندین نیاز جزییات ساختاری در سازه خارجی را از بین میبرد. ماژولهای وزنکشی رایج برای بارهای کمتر، متوسط و بالاتر همچنین اینجا به عنوان یک نمونه نمایش داده شدهاند. این المانهای استانداردشده، طراحی را ساده میکنند و به شکل قابل توجهی از هزینههای ساخت و ساز میکاهند. در طرف دیگر، طراحی نیازمند نگهداری و رسیدگی با دقت و سربار است تا اطمینان حاصل شود که سطوح تماس موازی است، ارتفاعات با هم منطبق هستند و غیره.
مخازن فلنجدار روی ماژولهای وزنکشی
مخازن فلنجدار (flanged)، که اغلب در کاربردهای عملی استفاده میشوند، یک کیسینگ یا پوشش خارجی دارند که تا بیس (بخش زیرین) ادامه دارد و کمک میکند تا پایداری کلی چیدمان تضمین شود.
نصب روی لودسلها، یک کار ساده نیست. شکل ۱۲ یک نسخه از طراحی را برای وزن کردن این مخازن با لودسلها نشان میدهد. پیادهسازی این پیشنهاد در سیستمهای موجود هم نسبتا ساده است. بندها (braces) در دیوارهی داخلی مخزن نصب شده یا جوشکاری میشوند. بار به شکل سفت در لودسل قرار داده میشود. ماژولهای وزنکشی لودسل باید ترجیحا در این مورد نیز استفاده شوند، چون شامل یک دستگاه anti-liftoff و غیره هستند (برای افزایش وضوح، در شکل ۱۲ نشان داده نشده). بلند کردن سازه (حتی یک مقدار کم) برای جهتدهی کل نیروی وزن به روی لودسلها کافی است. سیستم باید به شکل منظم، سیلد (مهر و موم) شود. این کار با یک رینگ سیلینگ مدور محقق میشود که به دلیل انعطافپذیری آن، هیچ شنت نیرویی ایجاد نمیکند.
هاپر مستطیلی در ایستگاه پرکنندگی روی چهار لودسل
محیطهای خشن یا تاثیرات مکانیکی غیرمعمول میتوانند روی کیفیت اندازهگیریهای شما موثر باشند. به طور مثال، لرزشهای شدید ناشی از دستگاههای شیکر (لرزاننده) یا میکسرها، تاثیر یک محصول فله یا سنگین اضافه شده به ظرف یا نگهدارنده، یا تخلیه محتوا در مقادیر کنترلشده هستند. به علاوه، این دما میتواند باعث انبساط و انقباض سازه با تغییرات دما در فرآیند تولید شود. تمام این تاثیرات مکانیکی در لحظه (real-time) لودسلها را در چندین جهت دچار چرخش و گشتاور میکنند که به اندازهگیریهای غیرقابل اطمینان یا دقت پایین منجر میشود. در این شرایط، توصیه میشود که نقاط پایهای و نگهدارنده بیشتر و اصلاح لودسل داشته باشید تا مطمئن شوید که صحت اندازهگیری افت نمیکند و به جای آن به پایداری سازه شما میافزاید. در درازمدت به اندازهگیریهای قابل اطمینان و دقیق در محصول منتهی میشود، که باعث میشود مشتریان شما خوشحال باشند.
در بسیاری از موارد توصیه میشود که یک میله نگهدارنده یا میله نوسانی را داخل سازه تعبیه کنید یا به عنوان یک نقطه حمایتی (پایه) اضافه به سازه متصل کنید.
لودسلها با یاتاقانهای الاستومر یا نصب شده در موقعیت عمودی، مثل نمونهها در لودسلهای پاندولی (بخش ۶٫۳ را ببینید) هم میتوانند از این دستگاههای حمایتی (پایهای) بهره ببرند. یک مهندس کاربرد میتواند به شما مشاوره و توصیه ارائه کند تا بدانید که از نظر استراتژیک این نقاط پایه را کجا قرار دهید.
مخازن معلق
در مخازن معلق، مشکلات مرکز شدن را اغلب میتوان با میل بستهای (tie rods) گرد و منعطف، از بین برد یا سادهسازی کرد. علاوه بر فراهم کردن محافظت در برابر واژگون شدن، که همیشه ضروری است، میلههای نگهدارنده برای جلوگیری از نوسان و چرخیدن مورد نیاز هستند.
تعلیق روی دو یا سه لودسل
طراحی ساده کلی، نیازمند چندین میله نگهدارنده است که به شکل مماس قرار گرفتهاند. در مواردی با تنش کاسته، کاربرد اینها توسط یک خروجی لوله بخش پایینتر قابل جایگزینی است.
تعلیق مرکزی روی یک لودسل
یک نگهداری ویژه در چنین چیدمانی ضروری است تا نوسان و چرخیدن جلوگیری شود.
مخازن افقی برای مایعات
مخازن افقی برای مایعات معمولا این شرایط را محقق میکند که مرکز ثقل محتوا، با تغییرات جرم پرشونده، باید تقریبا روی یک خط عمودی حرکت کند. چیدمانی با یک لودسل زیر براکت یک مخزن و دو یاتاقان ثابت زیر دیگر براکت مخزن، در نتیجه برای اندازهگیریهای ساده سطح، کافی است. مخزن ایدهآل با نصف وزن خود روی لودسل پاندولی خودمرکزشو و دو یاتاقان ثابت قرار میگیرد. در شرایط نرمال، نیاز به هیچ نوع محدودکننده یا نگهدارنده دیگری نیست. از طرفی اگر مخزن خیلی دراز باشد، برای محافظت بیشتر در برابر واژگونی به دلیل ضربات جانبی روی مخزن، برای محدود کردن حرکات جانبی و افقی، میتوانید از توقفهای ثابت (fixed stops) در دو انتهای گهوارهی مخزن که روی لودسل قرار دارد، استفاده کنید.
از طرفی در کاربردهای عملی، تقارن توزیع محتوا اغلب توسط یک شیب کم و عمدی روی بیس لاین (خط زیرین) به سمت دیگر و خروجی که آنجا قرار دارد توزیع میشود. چیدمانی خود-مرکزشونده از سه لودسل، راه حلی بهینه برای وزن کردن دقیقتر با توقفهای ثابت، بهترین راه برای پیادهسازی محدودکننده یا نگهدارندههای افقی است.
اندازهگیری سطح با استفاده از لودسل
سطح مایع در مخزن، متناسب با وزن مخزن است. با افزایش سطح، فشار اعمال شده روی استرین گیج افزایش پیدا میکند، این باعث میشود که استرین گیج منقبض شود و مقاومت کاسته شود.
وزن سیال = وزن نگهدارنده با سیال منهای وزن نگهدارنده
اینجا حجم سیال = وزن سیال تقسیم بر چگالی سیال
سطح سیال = حجم سیال تقسیم بر مساحت سطح
وزن نگهدارنده را میدانیم و وزن نگهدارند با سیال را با لودسلها اندازهگیری میکنیم.
کدام یک بهتر است: سه یا چهار لودسل؟
این یک سوال رایج است: در یک ترازو بهتر است از یک سه لودسل استفاده کنیم یا چهار لودسل؟
در سطح نظری و تئوریک، شما میتوانید از هر تعداد نقطه بار (لودسل) برای نگه داشتن یک نگهدارنده استفاده کنید. تعداد واقعی استفاده شده به این عوامل بستگی دارد:
- هندسه نگهدارنده (شکل و تعداد پایهها).
- وزن ناخالص نگهدارنده (هم وزن زنده و هم وزن مرده).
- قدرت سازهای نگهدارنده.
- محیطی که نگهدارنده در آن قرار دارد.
- چه چیزی از نظر سازهای در دسترس است تا حمایتی پایدار برای نگه داشتن بار فراهم شود.
- خصیصههای متریالی که وزن میشود.
سه لودسل
برای نگهدارندههای سیلندری کوتاه و ایستاده در نصب فشردگی، سه لودسل قرار گرفته در فواصل ۱۲۰° بهترین پایه راحت را فراهم میکند. سیستمهای وزنکشی سه پایه، مثل یک سه پایه تعادل برقرار میکنند، با توزیع بار که عملا اتوماتیک هستند و تنها نیازمند بالانسینگ جزئی در هنگام نصب هستند. شما باید تمام لودسلها را در یک صفحه یکسان با ۳° تفاوت با یکدیگر نصب کنید. نگهدارندههای سیلندری که به شکل متقارن معلق هستند، در تنش با سه لودسل، مزیت توزیع برابر بار روی لودسلها را دارند. آنچه که از نظر سازهای موجود است، در این حالت مهم است.
یک نگهدارنده در تنش میتواند در گوشه آویزان شود، جایی که دو سازه پایهای در زوایای درستی قرار دارند. تمام آنچه که مورد نیاز است یک بند متقاطع ۴۵° است تا سومین نقطه بار را نگهدارد. البته که ستونهای پایه باید به شکل کافی قوی و محکم باشند تا نه تنها نگهدارنده کامل پرشده را نگه دارند، بلکه هر تغییری در بار سازهای همچون جمع شدن برف، آب و یخ را نیز نگه دارند.
چهار لودسل
نگهدارندههای مربع، مستطیلی، سیلندری افقی، سیلندری بلند یا نگهدارندههایی که نیازمند پایداری بیشتری هستند، باید حداقل از چهار لودسل استفاده کنند: یکی در هر گوشه. نگهدارندههای در معرض موارد زیادی قرار میگیرند، همچون ریزش سیالات، آشفتگی مواد یا میکسینگ مواد، واکنشهای شیمیایی داخلی خشن، بادهای قوی یا تاثیرات لرزهای، که نیازمند پایداری بیشتری برای محافظت در برابر واژگونی است.
یک سیستم چهار پایه، قدرت سازه را افزایش میدهد اما نیازمند رسیدگی بیشتر در فرآیند نصب برای بالانس کردن بار روی چهار پایه است. با این نوع سیستم پایه، ضروری است که بیس را متعادل یا میزان کنید تا بار به شکل برابر بین چهار سل تقسیم شود.
برای ترازوهایی با نیازمندیهای دقت برابر یا بزرگتر از ۰٫۱%، سطوح پایه صفحه بیس باید ۰٫۴° از یکدیگر باشند (۰٫۰۸mm/100mm). اگر یک سل روی پایه سبکوزنی نصب باشد که انحراف بالایی دارد، ممکن است دچار افتادگی شود و بار را روی دو سل همجوار میاندازد و احتمالا آنها را اورلود (بار مازاد) میکند. این فرآیندی ساده اما حیاتی است که لودسلها را هموار میکند یا اگر مجهز شود، مهرههای تنظیم را روی سخت افزار نصب سل، در زمان نصب تنظیم دقیق (fine-tune) میکند تا چهار پایه را بالانس کند. اشتراک بار مناسب باید یک تفاوت ±۰٫۵mV بین نقاط بار داشته باشد.
برای محقق ساختن این، سیگنال DC mV بین هر سنسور بار را اندازه بگیرید، به علاوه و منهای سیمهای سیگنال با میترهای دستی، یا از طریق ابزار وزنکشی، اگر که این قابلیت وجود دارد.
تفاوتهای بزرگتر بین لودسلها به خاطر اینکه موتورها در یک سمت از نگهدارنده قرار دارند یا لولههای به شدت منعطف یا کممنعطف، نباید از ±۲٫۰ mV بین بالاترین و پایینترین خوانش فراتر بروند. چهار پایه همچنین سطحی بزرگتر را برای نگه داشتن نگهدارنده ارائه میکند، چهار توزیع برابر بار را روی پایهها فراهم میآورد و کمک میکند که نگهدارنده، واژگون نشود.
مخازن افقی طولانی با زینهایی که به شکل متقارن از چهار انتها قرار دارند، باید همچنین از چهار نقطه بار استفاده کنند. اگر متریال self-leveling باشد (تصحیح خودکار سطح)، اگر هیچ پارتیشینی در نگهدارنده نباشد و دقت پایین ۰٫۵% یا بزرگتر قابل قبول باشد، استفاده از یک یا دو نقطه بار در یک انتها و خمیدگیها در دیگری، رضایتبخش است. اصطکاک بار دیده شده توسط این لودسلها باید یکسان باقی بماند، فرقی نمیکند سطح در نگهدارنده چقدر باشد.
ظرفیت خیلی بزرگ یا نگهدارندههای سنگین، بیشتر از یک میلیون پوند، نیازمند بیش از چهار لودسل هستند. از آنجایی که ضخامت دیواره و سازه پایهای نگهدارنده، با کاهش تعداد پایهها افزایش پیدا میکند، وزن مرده نگهدارنده و در نتیجه هزینههای نصب به شکل قابل توجهی افزایش پیدا میکند. این نگهدارنده معمولا برای شش یا هشت نقطه بار (load point) طراحی شدهاند. عموما نباید بیش از هشت لودسل استفاده کنید. در نگهدارندههایی با بیش از چهار لودسل، توزیع وزن برابر و در نتیجه دقت بهتر، سختتر میشود.
تاثیرات محیطی روی لودسلها
یک قابلیت ویژه لودسلها این است که محیطی که در آن قرار دارند، از چندین نظر، نقشی تاثیرگذار دارد.
دمای محیطی
هر متریالی با دما تغییر میکند، انبساط در واکنش به حرارت و انقباض در واکنش به سرما. همین مساله در مورد لودسلها و استرین گیجهایشان نیز صدق میکند. این همچنین مقاومت الکتریکی رسانا را تغییر میدهد. با این حال، لودسلها باید وزن را در همهجای دنیا به شکل درست اندازهگیری کنند، بدون توجه به اینکه دمای محیطی چقدر است. برای محقق کردن این مساله، یک مکانیزم جبران دمای پیشرفته در برخی لودسلها تعبیه میشود.
لودسلها باید بتوانند تاثیراتی مختلف را تحمل کنند. یک ترازوی کامیون را در نظر بگیرید: این ترازوها در معرض موارد زیادی قرار میگیرند: باران، خاک یا حرارت – باید بتوانند شرایط محیطی خارجی را تحمل کنند. و اینجا منظور ما در تمام دنیاست: مثلا یک ترازوی کامیون در سیبری، در معرض تاثیرات مختلفی نسبت به آفریقای جنوبی قرار میگیرد. اما هر دو یک چیز مشترک دارند: باید برای برای محیطهایی با شرایط سخت آب و هوایی طراحی شوند و در نتیجه باید به همان میزان محکم و بادوام باشند.
کاربرد نیرو در جهات دیگر («نیروهای پارازیتی»)
بسته به محیطی فنی که لودسل در آن نصب شده – به طور مثال در یک سیستم برای وزن کردن کانتینترها یا در یک سلول وزنکشی زیر یک تسمه نقاله – دیگر بارها علاوه بر وزن، ممکن است اعمال شوند. «نیروهای پارازیتی»، نیروهایی هستند که روی لودسل، نه تنها در جهت اصولی مورد نظر، بلکه همچنین از کنارهها اعمال میشوند، از پایین یا در سمتی دیگر. لودسل برای این مقصود طراحی نشده و نتایج اندازهگیری شاید دقیق نباشد یا صرفا اشتباه باشد. در نتیجه باید در زمان نصب دقت و رسیدگی کافی انجام شود تا تضمین شود که هیچ نوع نیروی پارازیتی وجود ندارد، یا تعداد آنها حداقل است.
چطور یک لودسل را با یک مولیمتر بررسی کنید
مولتیمتر را روی میلیولت DC نصب کنید و سیمهای خروجی لودسل را به مولتیمتر وصل کنید. یک ولتاژ ۵V یا ۹V نوع DC را به پایههای تحریک تغذیه کنید و یک وزن تست روی لودسل قرار دهید. مولتیمتر یک تغییر در ولتاژ اندازهگیریشده در سراسر خروجی لودسل است.
چطور یک لودسل را تست کنیم
برای تست یک لودسل قبل از استفاده از آن، شما به یک مولتیمتر و یک منبع ولتاژ نیاز دارید. مقاومت پایههای ورودی و خروجی لودسل را اندازهگیری کنید، این کار را با تنظیم مولتیمتر روی اُهم (Ohms) انجام دهید. مقادیر اندازهگیری را با گواهی کالیبراسیون تولیدکننده مقایسه کنید تا ببیندی که آیا نزدیک بهم هستند یا خیر. به همین شکل، لودسل را از نظر دقت بررسی کنید، برای انجام این کار سیگنال مولتیولت را از پایههای ورودی اندازهگیری کنید. بدون اعمال هیچ نیرویی به لودسل، مقدار باید صفر باشد. یک وزن مرده کالیبرهشده اعمال کنید، بر اساس گواهی کالیبراسیون و مقادیر را مجدد مقایسه کنید.
چطور خروجی لودسل را اندازهگیری کنید
خروجی لودسل با استفاده از یک میتر دیجیتال اندازهگیری میشود. میتر دیجیتال به خروجی لودسل وصل میشود. سیگنالهای دیجیتال تولید شده توسط لودسل را به مقادیر دیجیتال قابل خواندن تبدیل میکند. شما میتوانید خروجی یک لودسل را با استفاده از یک مولتیمتر اندازهگیری کنید. از طرفی، یک مولتیمتر ولتاژ خروجی با واحد میلیولت را حذف میکند و به نیرو یا وزن تبدیل نمیکند.
چطور مقاومت لودسل را بررسی کنید
با استفاده از یک مولتیمتر دیجیتال، تست لودسل انجام میشود. مولتیمتر دیجیتال بین سیم سیگنال مثبت و سیم سیگنال منفی لودسل متصل میشود. خروجی بین آنها باید برابر یا یا مقداری باشد که در دیتاشیت ذکر شده است. این تست برای مقاومت خروجی لودسل است. حال سیگنال بین سیم تحریک مثبت و سیم تحریک منفی را بررسی کنید. باید برابر باشند. این تست برای مقاومت ورودی است.
نوسان مقدار لودسل
مقادیر لودسل میتواند به چندین دلیل نوسان کند، همچون آسیب فیزیکی، مثل شوک در هنگام لودینگ (shock loading) و اورلودینگ (بار مازاد) برای مدت زمانی طولانیتر به شرایط محیطی همچون دما، رطوبت، نفوذ آب یا خوردگی، لودسل احتمالا خروجی خطادار تولید خواهد کرد. مقادیر اندازهگیری همچنین ممکن است نوسان کند، اگر کابلها آسیب ببینند یا اگر یک مدار دچار اتصال کوتاه شود. برای بررسی اینکه چه چیزی باعث میشود مقدار لود دچار نوسانات شود، یک بررسی بصری انجام دهید تا موقعیت خطا را شناسایی کنید. یک بررسی بالانس صفر (zero balance) انجام دهید تا تشخیص دهید که آیا استرین گیج، دچار دفرمه شدن دائم شده یا خیر. یک بررسی مقاومت عایق همچنین میتواند کمک کند که تشخیص دهید آیا رطوبت داخل لودسل میشود یا خیر. به علاوه، بررسی مقاومت پل تعیین میکند که آیا داخل لودسل، اتصال کوتاه رخ داده یا خیر.
دریفت صفر لودسل
دریفت صفر یا کژرفت صفر (zero drift) وضعیتی است که اندازهگیریهای صفر لودسل، به شکل رندوم و تصادفی در شرایط بدون بار، تغییر میکند. همچنین میتواند زمانی رخ بدهد که دستگاه دارای بار است و به این پدیده دریفت (به معنی کژرفت) گفته میشود. دلایل مختلفی میتوانند به دریفت منجر شوند، همچون خطاهای مکانیکی، نوسانات در ولتاژ تحریک و واریاسیونها و تغییرات دما. برای رفع مساله دریفت صفر لودسل، مهم است که کل سیستم را بررسی کنید.
خوانش منفی لودسل
خوانش منفی لودسل زمانی رخ میدهد که لودسل در جهتی اشتباه قرار گرفته است. اگر لودسل برعکس باشد، در شرایط لودینگ (دارای بار) خوانشهایی منفی تولید میکند. معمولا یک پیکان یا علامت روی لودسل وجود دارد که جهت لودینگ را نشان میدهد. یک لودسل که برای اندازهگیری تنش استفاده میشود، اگر برعکس نصب شده باشد، به خوانش منفی منجر نمیشود و در عوض خوانشی خطادار منجر میشود. از طرفی، اگر لودسل به شکل صحیح نصب شده و خوانشها هنوز منفی هستند، بررسی و تایید کنید که اتصال سیمها بر اساس کد رنگی تعیینشده بر اساس توضیحات تولیدکننده است.
اورلود لودسل
هر لودسل دارای یک ظرفیت اعلام شده (rated) است. بار کردن لودسل فراتر از مقدار ذکرشده، لودسل را اورلود (بار مازاد) میکند. علائم واضح از اورلود شدن لودسل، شامل خوانش متناقض نمایشگر میشود و همینطور اینکه خوانش به صفر برنمیگردد، حتی بعد از اینکه بار برداشته شد، تغییر شدید بالانس صفر و غیره. اورلود شوک (ضربه) یکی از آسیبزاترین انواع اورلودهاست. اینجا وزن بار، در مدت زمانی خیلی کوتاه، تا درجهی قابل توجهی تغییر میکند. اکثر لودسلها تا حدی اورلود را تحمل میکند و به این مقدار، اورلود ایمن (safe overload) گفته میشود. هر چیزی فراتر از این به آسیبی دائمی منجر میشود.
چه سیستمی را انتخاب کنید؟
نمیشود قاطعانه گفت که چه سیستمی بهتر است. دقت میتواند برابر با یک، سه، چهار یا تعداد بیشتری سیستمهای لودسل تنشی یا فشردگی باشد. رسیدن به دقت بالاتر اکثرا در مرحله طراحی و نصب، محقق میشود. یک نصب خوب شامل موارد دیگری میشود، همچون پایههای سطح، نقاط بار متعادل، عدم حضور binding، لولهکشی انعطافپذیر، خصیصههای محیطی همچون باد و دما و مرکز ثقل بار در ردپای ترازو.
ممنون مفید بود
سلام و وفت بخیر ممنون.