В шестото продължение ще опишем основните принципи за определяне на теглото и конструкцията на везни.
Везните се състоят от поне три основни части:
- товароносители (мост за претегляне, платформа за претегляне и др.),
- товарна клетка,
- дисплейна единица (индикатор за тегло/терминал, конвертор и др.).
Товароносител
Механичните свойства на товароносителя оказват голямо влияние върху качеството на везната и самото претегляне. Твърдостта на конструкцията е изключително важна при изграждането на везни. По принцип колкото по-твърда е конструкцията, толкова по-трайно е теглото и толкова по-добре е прехвърлянето на товара към сензора. В същото време това е предпоставка за отговаряне на метрологичните изисквания за везни.
Носителят на товара е конструиран механично, така че да е възможно механично да се монтира сензорът за товар (или сензори), свързан към блока за оценка на най-подходящото място. След това преобразува измереното количество (напрежение или ток) в единици за тегло (g, kg, t) с помощта на преобразувател и програма. Ако е оборудван с дисплей, той показва измерените данни или ги изпраща към свързаните периферни устройства.
Теглото е свойство, респ. мярка за свойствата на всички обекти, проявяваща се чрез оказване на устойчивост на промени в тяхното състояние на движение (т.е. инерция) и взаимодействие с други тела (т.е. гравитация). Когато претегляме, сравняваме силата, индуцирана от тяло с известно тегло (стандартно тегло), със силата, индуцирана от тяло с неизвестно тегло. Масата е една от основните физически величини на SI.
Методи за претегляне
Механичното равнобедрено тегло е един от основните начини за определяне на теглото в миналото. От едната страна на везната се поставяше претеглен предмет, а от другата се поставяха тежести (стандарти), които балансираха товара с неизвестно тегло, докато между двете купи се получи баланс.
С течение на времето конструкцията на такава механична скала е леко модифицирана (например пружинна скала, фиг. 23), въпреки че принципът остава същият.
Товарни клетки
Понастоящем товарните клетки се използват за измерване на теглото. Според измереното количество, свързано с ефекта от теглото на товара, ги разделяме на тензодатчици (измерваме изходното напрежение) и сензори с електромагнитна компенсация, т.нар. EMC сензори (измерваме тока, необходим за достигане на равновесно положение). Най-често срещаният метод на претегляне е претеглянето с тензодатчици. В сравнение със сензорите с EMC технология, производствените разходи на тензодатчиците са значително по-ниски. Друго предимство е, че конструкцията на товароносителя е по-проста.
Принцип на работа на сензора за деформация
Товарната клетка се състои от три основни части: корпус на сензора, тензодатчик и мост на Уитстоун. Задачата на сензорното тяло е да преобразува механичното напрежение (измерената сила) в точно определена деформация на материала на сензорното тяло. Деформаторът е тел, залепен за тънък, обикновено полиамиден филм. Когато този опорен материал е опънат, деформационният проводник също е опънат, т.е. той увеличава дължината си и в същото време намалява диаметъра си, което води до увеличаване на съпротивлението. Обратно, по време на компресията съпротивлението на деформатора намалява. Промяната в съпротивлението обаче е много малка. Следователно, сензорите са свързани с т.нар Уистстоун мост, за да улесни оценката на промяната в съпротивлението.
В везната се използват една или повече натоварващи клетки в зависимост от конструкцията, приложението, метода на измерване или горната граница на претегляне. Ако броят им е по-голям от един, те се свързват към разпределителна кутия, където се комбинират сигналите от отделните сензори и един комбиниран сигнал преминава към терминала за претегляне чрез свързващ кабел, който след това се оценява.
Тензометрите имат различна форма, капацитет и дизайн на материала. В зависимост от формата те могат да бъдат огъващи, компресивни, опън и т.н. В зависимост от материала те са изработени от стомана, неръждаема стомана, алуминий и др. Капацитетът на сензорите варира от няколко грама до стотици тона. За да ви дадем представа, ето няколко примера за товарни клетки.
Качеството на самия измервателен блок (измерваме деформацията, която е еквивалентна на приложеното тегло) влияе върху живота на сензора. Измервателният блок е най-често изработен от траен материал (например неръждаема стомана). В по-евтините варианти неръждаемата стомана се заменя с алуминиева сплав. Производителите поставят голям акцент върху избора на покривен материал. Сензорът често е изложен на околната среда (метод на почистване, киселинна/алкална среда и т.н.), така че изборът на дизайна на материала в зависимост от приложението е важен.
Някои производители добавят A/D (аналогово-цифров) преобразувател към самата товарна клетка. Това предава цифрова информация за теглото към терминала за измерване, вместо да измерва нивото на изходното напрежение. Това води до намален риск от смущения от околната среда.
Предимството на цифровия тип сензор е, че в случай на неизправност информацията за него се предава на измервателния терминал и там е възможно да се определи кой сензор има грешка и коя грешка. В същото време сервизната организация може също да използва диагностични инструменти за диагностициране на причината.
Датчиците за огъване имат широк спектър от приложения. Най-често срещаните приложения са в платформени везни, бункери, везни за колан и др. Натоварването, приложено към сензора, ще доведе до огъване на гредата. Както се вижда от фигурата, тук се използва влиянието на въртящия момент, който деформира корпуса на сензора и деформацията се измерва с помощта на мостова верига.
Този тип сензор е разделен на две подкатегории, а именно сензори за налягане и сензори за тяга (Фиг. 27 е сензор за налягане). Използването им е най-често в бункери, в случай на сензори за тяга във висящи везни или окачени бункери. Манометрите се използват широко и се произвеждат милиони. Те обаче имат своите граници. Основната е точността, която може да бъде постигната при тяхното приложение. Ето защо е разработен друг принцип за измерване на приложената сила, като се използват постоянен магнит, намотка и оптрон. Използвайки тези елементи, ние сме в състояние да измерваме теглото с по-висока точност и скорост.
Първоначално конструкцията на EMC сензора е била съставена от няколко елемента и различни материали. Опитът обаче показва, че използването на различни материали е довело до различно термично разширение и това е причинило освобождаването и загубата на метрологични параметри. Следователно днес EMC сензорите са направени от едно парче материал (например алуминиева сплав).
Как работи системата за претегляне с електромагнитна компенсация?
Теглото на претеглената проба се компенсира от магнитната сила на намотката, през която протича токът. Оптичният датчик за положение разпознава, че лостът е излязъл от равновесие. Лостът е свързан към намотка, през която протича ток. Тази намотка се намира в полето на постоянен магнит. Намотката е настроена така, че лостът да се върне в положение на равновесно натоварване. Токът, протичащ през намотката, се предава като сигнал, който се оценява като отчитане на тежестта (фиг. 29).
За разлика от тензометрите, везните с EMC технология имат възможност за монтиране на вътрешно тегло за калибриране. Тази функция ви позволява да регулирате (задавате) баланса, без да използвате външно референтно референтно тегло. Предимство на тази технология е устойчивостта на претоварване и същевременно постигане на висока точност. Принципът EMC дава възможност за измерване с точност до 0,0001 mg.
Индикатор за тегло (терминал)
Както писахме в началото, системата за претегляне се състои от поне три основни части. Не на последно място, индикаторът за тегло се нарича още терминал. Използва се главно за преобразуване на измереното количество в цифрова форма и за показване или обработка на това измерване.
На практика най-често се използват везни, оборудвани с индикатор с дисплей. Потребителят може да прочете резултата от измерването директно от дисплея. Терминалите обикновено са оборудвани със софтуер за различни приложения, като броене на парчета, претегляне на граници, извеждане от експлоатация, дозиране. Данните от индикатора могат да се прехвърлят към други устройства, компютър или принтер. Дизайнът на външния корпус на клемите за претегляне е различен. При избора трябва да се вземе предвид средата, в която ще се използва везната, методът за почистването й, кой ще я използва и какъв материал ще се претегли върху нея.
Теглото като основно средство за измерване на теглото, което влияе върху икономичността и качеството в компаниите, изисква редовни грижи. Редовното поддържане и проверка на правилното измерване е необходимо за правилното функциониране на везната.