تأثیر نیروی جانبی بر حسگرهای وزنکشی پل و ستون و تفاوتهای آنها در سناریوهای استفاده
2025-12-23
تأثیر نیروی جانبی بر حسگرهای وزنکشی پل و ستون و تفاوت در سناریوهای استفاده از آنها
در عملکرد واقعی سیستمهای وزنکشی، حسگرها نه تنها بارهای وزنکشی محوری عمود بر سطح تحمل نیرو را تحمل میکنند، بلکه اغلب با تداخل نیروی جانبی در امتداد جهت افقی یا مایل نیز مواجه میشوند. نیروی جانبی به عنوان یک بار غیر هدف، حالت ایدهآل تحمل نیرو توسط حسگر را مختل میکند و منجر به کاهش دقت اندازهگیری یا حتی آسیب سختافزاری میشود. به دلیل تفاوتهای ذاتی در طراحی ساختاری و اصول تحمل نیرو، حسگرهای وزنکشی از نوع پل و ستون، قابلیت تحمل نیروی جانبی بسیار متفاوتی دارند - که مستقیماً مرزهای متمایز آنها را در سناریوهای کاربردی تعریف میکند. این مقاله با مکانیسم تأثیر نیروی جانبی آغاز میشود، ویژگیهای ضد نیروی جانبی دو حسگر را مقایسه میکند و تفاوتهای اصلی مورد نیاز در سناریوهای کاربردی آنها را به طور سیستماتیک مرتب میکند.
I. مفهوم نیروی جانبی و سناریوهای تولید معمولی
(1) تعریف نیروی جانبی
نیروی جانبی به بار غیر هدف اشاره دارد که در طول جهتهای افقی، مایل یا پیچشی (منحرف از جهت نیروی محوری حسگر، معمولاً عمودی) در طول وزنکشی بر روی بدنه الاستیک حسگر وارد میشود. این نیرو عمدتاً شامل سه نوع است: فشار/کشش عرضی، نیروی برشی و گشتاور پیچشی. اگرچه این نیرو، هدف اندازهگیری توسط سیستم وزنکشی نیست، اما یک منبع تداخل کلیدی است که باعث خطاهای اندازهگیری میشود.
(2) سناریوهای معمولی برای تولید نیروی جانبی
نیروی جانبی ارتباط نزدیکی با حالت عملکرد و وضعیت تجهیزات سناریوی کاربردی دارد. سناریوهای رایج را میتوان به سه نوع طبقهبندی کرد:
تداخل دینامیکی در حین عملیات
به عنوان مثال: هنگامی که یک لیفتراک یک بشکه را روی پلتفرم وزنکشی حرکت میدهد، ضربه افقی بین بشکه و پلتفرم، نیروی عرضی ایجاد میکند. هنگامی که یک بازوی رباتیک مواد را برای وزنکشی میگیرد، نیروی اینرسی حرکت بازو، یک نیروی جانبی مایل را تشکیل میدهد. هنگامی که یک نوار نقاله مواد را حمل میکند، انحراف بار ناشی از جابجایی مواد به نیروی برشی جانبی تبدیل میشود.
خطاهای نصب و کالیبراسیون تجهیزات
اگر سطح نصب حسگر تراز نباشد (زاویه شیب داشته باشد)، بار محوری به یک مؤلفه جانبی تجزیه میشود. هنگامی که چندین حسگر برای وزنکشی ترکیب میشوند، انحراف در فاصله حسگرها یا نقاط نیرو، از انتقال بار محوری یکنواخت جلوگیری میکند و گشتاور پیچشی را تشکیل میدهد. در طول کالیبراسیون، قرار دادن وزنها در موقعیت نامناسب باعث ایجاد فشار جانبی موضعی میشود.
تأثیرات محیطی و شرایط کاری
در کارگاههایی با لرزش شدید، لرزش دورهای ناشی از عملکرد تجهیزات به حسگر منتقل میشود و نیروی ضربه عرضی را تشکیل میدهد. هنگام وزنکشی مخازن اختلاط یا ظروف واکنش، نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش مواد داخلی به نیروی جانبی تبدیل میشود. تجهیزات وزنکشی در فضای باز (به عنوان مثال، باسکولهای کامیون) که در معرض بادهای شدید قرار دارند، نیروی جانبی افقی ناشی از بارهای باد را تحمل میکنند.
II. تفاوتهای تأثیر نیروی جانبی بر حسگرهای وزنکشی از نوع پل در مقابل ستون
طراحیهای ساختاری حسگرهای وزنکشی از نوع پل و ستون منجر به تفاوتهای قابل توجهی در مکانیسمهای پاسخ، تجلی خطاها و خطرات آسیب در هنگام قرار گرفتن در معرض نیروی جانبی میشود. این را میتوان از سه بعد تجزیه و تحلیل کرد: ساختار بدنه الاستیک، چیدمان گیج کرنش و تأثیر عملکرد.
(1) حسگر وزنکشی از نوع پل: حساسیت کم و ضد تداخل قوی
حسگرهای وزنکشی از نوع پل که به عنوان حسگرهای از نوع تیر نیز شناخته میشوند، دارای یک ساختار اصلی از تیرهای الاستیک "I شکل"، "جعبهای شکل" یا "دو سوراخی" هستند. تیرها از طریق انتهای ثابت در هر دو طرف به پلتفرم/پایه وزنکشی متصل میشوند و گیجهای کرنش به ناحیه تحمل نیرو در وسط متصل میشوند. تحمل نیروی جانبی این ساختار ناشی از دو مزیت اصلی است:
انطباق جهتدار سفتی ساختاریگشتاور اینرسی مقطع عرضی تیر الاستیک بسیار بیشتر از همتای محوری آن است و به آن سفتی عرضی بسیار بالایی میدهد. به عنوان مثال، یک حسگر از نوع پل با بار نامی 5 تن، مقاومت بار عرضی 30٪ تا 50٪ از بار محوری (یعنی 1.5 تا 2.5 تن) دارد. هنگامی که نیروی جانبی بر آن وارد میشود، تغییر شکل عرضی تیر الاستیک تنها 0.005 میلیمتر تا 0.01 میلیمتر است - بسیار کوچکتر از تغییر شکل 0.1 میلیمتر تا 0.15 میلیمتر تحت بار محوری - بنابراین بعید است که تغییر شکل ناخواسته رخ دهد.
ایزولاسیون جهتدار گیجهای کرنشگیجهای کرنش فقط به سطوح بالایی و پایینی تیر الاستیک متصل میشوند و جهت شبکههای حساس آنها با جهت محوری همسو است. آنها فقط به "کرنش کششی-فشاری" ناشی از بارهای محوری حساس هستند. در مقابل، "کرنش برشی" یا "کرنش خمشی" ناشی از نیروهای جانبی (به عنوان مثال، برش عرضی، گشتاور پیچشی) عمود بر جهت حساس گیجهای کرنش است، بنابراین نمیتواند به سیگنالهای الکتریکی معتبر تبدیل شود. بنابراین، تأثیر خطا ناشی از نیروی جانبی بر حسگرهای از نوع پل معمولاً در 0.1٪ FS (مقیاس کامل) کنترل میشود و برخی از مدلهای با دقت بالا حتی میتوانند این مقدار را به 0.05٪ FS کاهش دهند.
باید توجه داشت که اگر نیروی جانبی از حد مقاومت بار حسگر از نوع پل (معمولاً 50٪ از بار محوری) فراتر رود، تیر الاستیک ممکن است دچار تغییر شکل خمشی دائمی شود. این امر به صورت افزایش رانش صفر حسگر (بیش از 0.02٪ FS/°C) و کاهش خطی بودن ظاهر میشود که منجر به از دست رفتن غیرقابل برگشت دقت اندازهگیری میشود.
(2) حسگر وزنکشی از نوع ستون: حساسیت بالا و ضد تداخل ضعیف
بدنه الاستیک یک حسگر وزنکشی از نوع ستون دارای ساختار استوانهای یا مخروطی ناقص است که گیجهای کرنش به طور مساوی در امتداد جهت محیطی کناره استوانه متصل شدهاند (معمولاً 4 یا 8 قطعه، که یک مدار اندازهگیری پل کامل را تشکیل میدهند). هنگامی که تحت نیرو قرار میگیرد، از طریق فشردهسازی محوری استوانه، کرنش ایجاد میکند. نقص اصلی این ساختار در
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!