در مورد انتخاب سنسورهای سنجش و سنجش نیروی

در مورد انتخاب سنسورهای اندازه‌گیری وزن و نیرو

سنسور وزن به عنوان قلب ترازوهای الکترونیکی شناخته می‌شود و عملکرد آن تا حد زیادی دقت و پایداری ترازوهای الکترونیکی را تعیین می‌کند. هنگام طراحی ترازوهای الکترونیکی، اغلب با مشکل نحوه انتخاب سنسورها مواجه می‌شویم.

1、 نحوه انتخاب سنسورها

یک سنسور وزن در واقع دستگاهی است که سیگنال جرم را به یک سیگنال الکتریکی قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کند. هنگام استفاده از سنسورها، مهم است که محیط کار واقعی که سنسور در آن قرار دارد را در نظر بگیریم، که برای انتخاب صحیح سنسور بسیار مهم است. این موضوع با این مرتبط است که آیا سنسور می‌تواند به درستی کار کند، ایمنی و عمر مفید آن و حتی قابلیت اطمینان و ایمنی کل دستگاه توزین.

تأثیر محیط بر سنسورها عمدتاً شامل جنبه‌های زیر است:

1. محیط با دمای بالا باعث مشکلاتی مانند ذوب شدن مواد پوششی، ترک خوردن اتصالات لحیم و تغییرات ساختاری در تنش داخل الاستومر برای سنسورها می‌شود. سنسورهای مقاوم در برابر دمای بالا اغلب برای سنسورهایی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنند استفاده می‌شوند. علاوه بر این، باید دستگاه‌های عایق، خنک‌کننده با آب یا خنک‌کننده با هوا اضافه شود.

2. گرد و غبار و رطوبت می‌تواند باعث اتصال کوتاه در سنسورها شود. در این شرایط محیطی، باید سنسورهایی با هوابندی بالا انتخاب شوند. سنسورهای مختلف روش‌های آب‌بندی متفاوتی دارند و تفاوت‌های قابل توجهی در خواص آب‌بندی آنها وجود دارد.

آب‌بندهای رایج عبارتند از: پر کردن یا پوشش با درزگیر؛ آب‌بندی مکانیکی پد لاستیکی؛ جوشکاری (جوش قوس آرگون، جوش پرتو پلاسما) و آب‌بندی نیتروژن خلاء.

از دیدگاه اثر آب‌بندی، آب‌بندی جوشکاری بهترین است، در حالی که پر کردن و استفاده از درزگیر تفاوت در کمیت است. برای سنسورهایی که در محیط‌های داخلی تمیز و خشک کار می‌کنند، می‌توان سنسورهای آب‌بندی شده با چسب را انتخاب کرد، در حالی که برای سنسورهایی که در محیط‌های مرطوب و پر از گرد و غبار کار می‌کنند، باید آب‌بندی غشایی آستین داغ یا آب‌بندی غشایی جوشکاری، پر کردن خلاء و سنسورهای پر از نیتروژن انتخاب شوند.

3. در محیط‌های بسیار خورنده، مانند رطوبت و اسیدیته، که می‌تواند باعث آسیب به بدنه الاستیک یا اتصال کوتاه در سنسورها شود، باید سنسورهایی با مقاومت در برابر خوردگی خوب و خواص آب‌بندی خوب با پاشش یا پوشش‌های فولادی ضد زنگ روی سطح بیرونی انتخاب شوند.

4. تأثیر میدان الکترومغناطیسی بر سیگنال اختلال خروجی سنسورها. در این حالت، باید محافظ سنسور را به شدت بررسی کرد تا مشخص شود آیا مقاومت الکترومغناطیسی خوبی دارد یا خیر.

5. مواد قابل اشتعال و انفجاری نه تنها باعث آسیب کامل به سنسورها می‌شوند، بلکه تهدید بزرگی برای سایر تجهیزات و ایمنی شخصی نیز ایجاد می‌کنند. بنابراین، سنسورهایی که در محیط‌های قابل اشتعال و انفجاری کار می‌کنند، الزامات بالاتری برای عملکرد ضد انفجار دارند: سنسورهای ضد انفجار باید در محیط‌های قابل اشتعال و انفجاری انتخاب شوند و پوشش آب‌بندی این سنسورها نه تنها باید هوابندی آنها را در نظر بگیرد، بلکه استحکام ضد انفجار آنها و همچنین خواص ضد آب، ضد رطوبت و ضد انفجار کابل‌ها را نیز در نظر بگیرد.

2、 انتخاب تعداد و محدوده سنسورها.

انتخاب تعداد سنسورها بر اساس هدف ترازو الکترونیکی و تعداد نقاطی است که بدنه ترازو باید پشتیبانی کند (تعداد نقاط پشتیبانی باید بر اساس اصل هم‌زمانی مرکز ثقل هندسی بدنه ترازو با مرکز ثقل واقعی تعیین شود). به طور کلی، چندین سنسور بر اساس تعداد نقاط پشتیبانی روی بدنه ترازو انتخاب می‌شوند. با این حال، برای برخی از ترازوهای خاص مانند ترازوهای قلاب الکترونیکی، فقط می‌توان از یک سنسور استفاده کرد. برای برخی از ترازوهای ترکیبی الکترومکانیکی، تعداد سنسورهای انتخاب شده باید با توجه به وضعیت واقعی تعیین شود.

انتخاب محدوده سنسور را می‌توان بر اساس ارزیابی جامع عواملی مانند مقدار توزین بزرگ ترازو، تعداد سنسورهای انتخاب شده، وزن بدنه ترازو، بارهای انحراف بزرگ احتمالی و بارهای دینامیکی تعیین کرد. به طور کلی، هرچه محدوده یک سنسور به بار اختصاص داده شده به هر سنسور نزدیک‌تر باشد، دقت توزین آن بیشتر می‌شود. با این حال، در استفاده عملی، به دلیل وجود بارها روی سنسور، علاوه بر جسمی که وزن می‌شود، بارهایی مانند وزن بدنه ترازو، وزن تارا، بار انحراف و ضربه لرزش نیز وجود دارد. بنابراین، هنگام انتخاب محدوده سنسور، باید عوامل مختلفی را در نظر گرفت تا از ایمنی و طول عمر سنسور اطمینان حاصل شود.

فرمول محاسبه محدوده سنسور پس از در نظر گرفتن کامل عوامل مختلفی که بر بدنه ترازو تأثیر می‌گذارند، از طریق آزمایش‌های گسترده تعیین می‌شود.

فرمول به شرح زیر است:

C＝K-0K-1K-2K-3(Wmax＋W)/N

C - محدوده نامی یک سنسور؛ W - وزن خود بدنه ترازو؛ Wmax - حداکثر وزن خالص جسم مورد نظر؛ N - تعداد نقاط پشتیبانی مورد استفاده برای بدنه ترازو؛ K-0- ضریب بیمه، به طور کلی از 1.2 تا 1.3 متغیر است؛ K-1- ضریب ضربه؛ K-2- ضریب انحراف مرکز ثقل بدنه ترازو؛ K-3- ضریب فشار باد.

به عنوان مثال، یک ترازوی خودروی الکترونیکی 30 تنی با ظرفیت توزین بزرگ 30 تن و وزن خود 1.9 تن به چهار سنسور مجهز است. بر اساس وضعیت واقعی در آن زمان، ضریب بیمه K-0=1.25، ضریب ضربه K-1=1.18، ضریب انحراف مرکز ثقل K-2-=1.03 و ضریب فشار باد K-3=1.02 برای تعیین تناژ سنسورها انتخاب شده است.

راه حل: با توجه به فرمول محاسبه محدوده سنسور:

C＝K-0K-1K-2K-3（Wmax＋W）/N

مشخص است که:

C＝1.25×1.18×1.03×1.02×（30＋1.9）/4＝12.36t

بنابراین، می‌توان سنسورهایی با محدوده 15 تن را انتخاب کرد (تناژ سنسورها به طور کلی فقط 10T، 15T، 20t، 25t، 30t، 40t، 50t و غیره است، مگر اینکه به طور ویژه سفارشی شده باشد).

بر اساس تجربه، سنسورها به طور کلی باید در 30٪ تا 70٪ از محدوده خود کار کنند. با این حال، برای برخی از ابزارهای توزین که نیروهای ضربه‌ای قابل توجهی در حین استفاده دارند، مانند ترازوهای مسیر دینامیکی، ترازوهای کامیون دینامیکی، ترازوهای فولادی و غیره، هنگام انتخاب سنسورها، محدوده آنها به طور کلی باید گسترش یابد تا در 20٪ تا 30٪ از محدوده خود کار کنند، افزایش ذخیره توزین سنسور برای اطمینان از ایمنی و طول عمر آن.

3、 محدوده کاربردی انواع مختلف سنسورها را در نظر بگیرید

انتخاب انواع سنسورها عمدتاً به نوع توزین و فضای نصب بستگی دارد و از نصب مناسب و توزین ایمن و قابل اعتماد اطمینان حاصل می‌شود. از سوی دیگر، باید توصیه‌های سازنده را در نظر بگیریم. سازندگان به طور کلی دامنه کاربرد سنسورها را بر اساس شرایط تنش، شاخص‌های عملکرد، اشکال نصب، انواع ساختاری و جنس بدنه الاستیک آنها مشخص می‌کنند. به عنوان مثال، سنسورهای تیر کنسولی آلومینیومی برای ترازوهای قیمت‌گذاری، ترازوهای پلت فرم، ترازوهای برش و غیره مناسب هستند. سنسورهای تیر کنسولی فولادی برای ترازوهای قیفی، ترازوهای تسمه‌ای الکترونیکی، ترازوهای مرتب‌سازی و غیره مناسب هستند. سنسورهای پل فولادی برای ترازوهای راه‌آهن، ترازوهای کامیون، ترازوهای جرثقیل سقفی و غیره مناسب هستند. سنسورهای ستونی برای ترازوهای خودرو، ترازوهای مسیر دینامیکی، ترازوهای قیفی با تناژ بالا و غیره مناسب هستند.

4、 ما همچنین باید سطح دقت سنسور را انتخاب کنیم

سطح دقت سنسورها شامل شاخص‌های فنی مانند غیرخطی بودن، خزش، بازیابی خزش، هیسترزیس، تکرارپذیری، حساسیت و غیره است. هنگام انتخاب سنسورها، به سادگی به دنبال سنسورهای با درجه بالا نباشید، بلکه هم برآورده کردن الزامات دقت ترازوهای الکترونیکی و هم هزینه آنها را در نظر بگیرید.

انتخاب سطح سنسور باید دو شرط زیر را داشته باشد:

1. الزامات ورودی ابزار را برآورده کنید. ابزار نمایش توزین نتیجه توزین را پس از تقویت و تبدیل A/D سیگنال خروجی سنسور نمایش می‌دهد. بنابراین، سیگنال خروجی سنسور باید بزرگتر یا مساوی اندازه سیگنال ورودی مورد نیاز ابزار باشد، یعنی حساسیت خروجی سنسور باید با فرمول تطبیق بین سنسور و ابزار نشان داده شود و نتیجه محاسبه شده باید بزرگتر یا مساوی حساسیت ورودی مورد نیاز ابزار باشد.

فرمول تطبیق برای سنسورها و ابزارها:

حساسیت خروجی سنسور x ولتاژ منبع تغذیه تحریک x مقیاس بزرگ مقیاس/شماره تقسیم مقیاس x تعداد سنسورها x محدوده سنسور

به عنوان مثال، یک ترازوی بسته‌بندی کمی که 25 کیلوگرم وزن دارد با حداکثر تقسیم 1000 تقسیم؛ بدنه ترازو سه سنسور L-BE-25 با محدوده 25 کیلوگرم، حساسیت 2.0 ± 0.008mV/V و فشار الکتریکی پل قوسی 12 ولت را اتخاذ می‌کند. ترازو از ابزار EVT-800A استفاده می‌کند. آیا سنسورهای مورد استفاده را می‌توان با ابزار مطابقت داد.

راه حل: پس از مشاوره، حساسیت ورودی ابزار EVT-800A 0.6 μ V/d است. بنابراین، با توجه به فرمول تطبیق بین سنسور و ابزار، سیگنال ورودی واقعی ابزار را می‌توان به دست آورد:

2×12×25/1000×3×25＝8μV/d＞0.6μv/d

بنابراین، سنسورهای مورد استفاده الزامات حساسیت ورودی ابزار را برآورده می‌کنند و می‌توانند با ابزار انتخاب شده مطابقت داشته باشند.

2. الزامات دقت کل ترازوی الکترونیکی را برآورده کنید. یک ترازوی الکترونیکی عمدتاً از سه قسمت تشکیل شده است: بدنه ترازو، سنسورها و ابزارها. هنگام انتخاب دقت سنسورها، دقت سنسورها باید کمی بالاتر از مقدار محاسبه نظری باشد، زیرا نظریه اغلب با شرایط عینی محدود می‌شود، مانند تفاوت قدرت بدنه ترازو، عملکرد ضعیف ابزارها و محیط کار سخت ترازو، که مستقیماً بر الزامات دقت ترازو تأثیر می‌گذارد. بنابراین، لازم است الزامات را از همه جنبه‌ها بهبود بخشید و مزایای اقتصادی را در نظر گرفت تا از دستیابی به هدف اطمینان حاصل شود.