Vážící senzor s konzolovým nosníkem CZL803

Nosníkový snímač zatížení je silou citlivý detekční prvek založený na principu odporu proti deformaci, jehož základní strukturou je pružné těleso ve tvaru nosníku upevněného na jednom konci a volně uloženého na druhém. Působením síly dochází k ohybové deformaci nosníku, která způsobuje změnu odporu tenzometru, následně převedenou na normalizovaný elektrický signál. Kombinuje výhody jako střední rozsah zatížení, flexibilní montážní prostor a vysokou odolnost proti rázům a je široce používán v aplikacích se soustředěnými silami středních a nízkých zatížení, například u průmyslových zásobníků materiálů, plošinových vah a pásové dopravníkové váhy. Následující část poskytuje podrobné vysvětlení základních rozměrů za účelem splnění požadavků produkt výběr, technické hodnocení a tvorbu řešení:

1. Vlastnosti produktu a klíčové funkce

Hlavní vlastnosti

1) Konstrukční návrh: Používá integrovanou konzolovou nosníkovou konstrukci (tloušťka nosníku 8 - 50 mm, délka 50 - 300 mm) s více sadami montážních otvorů na pevném konci pro zvýšení stability. Napětí na zatěžovaném konci je soustředěno ve střední části nosníku, což umožňuje měření svislého soustředěného zatížení směrem dolů, s vynikající odolností proti nárazu (odolá okamžitému nárazu 200 % - 300 % jmenovitého zatížení) a vysokou účinností přenosu napětí.

2) Přesnostní vlastnosti: Třída přesnosti zahrnuje C3 - C6, u běžných modelů dosahuje C3. Chyba nelinearity ≤ ±0,02 % FS, chyba opakovatelnosti ≤ ±0,01 % FS, drift nuly ≤ ±0,003 % FS/°C, přičemž stabilita přesnosti je lepší než u podobných senzorů v středním rozsahu 50 kg - 5 t.

3) Materiály a ochrana: Pružné těleso běžně používá slitinovou ocel (Q235, 40CrNiMoA) nebo nerezovou ocel 304/316L, povrch je upraven pískováním a odstraňováním rzi + niklováním (slitinová ocel) nebo pasivací úpravou (nerezová ocel); stupeň ochrany je obvykle IP66/IP67 a u průmyslových robustních modelů až IP68, vhodné pro složité průmyslové prostředí, jako jsou prach a vlhkost.

4) Kompatibilita instalace: Pevný konec umožňuje šroubové uchycení nebo svařování, zatížený konec lze připojit pomocí závitů, přírub nebo tlakových hlav, vhodné pro vícepolohovou montáž na spodní, boční apod. části zařízení. Lze použít jednotlivé nebo více jednotek paralelně, což zajišťuje vysokou flexibilitu kombinace.

Hlavní funkce

1) Měření síly středního rozsahu: Zaměřuje se na statické/kvazidynamické vážení středních a nízkých zatížení (doba odezvy ≤ 7 ms), s rozsahem od 50 kg do 20 t, přičemž typické aplikace se pohybují v rozsahu 1 až 10 t. Některé těžké modely lze rozšířit až na 50 t, čímž se pokryjí potřeby většiny průmyslových scénářů se středním zatížením.

2) Standardizovaný výstup signálu: Poskytuje analogové signály (4–20 mA, 0–5 V, 0–10 V) a digitální signály (RS485/Modbus RTU), některé průmyslové modely podporují protokol HART, což umožňuje přímé připojení k systémům PLC, DCS a vážicím řídicím systémům bez nutnosti dalších modulů pro úpravu signálu.

3) Funkce ochrany a bezpečnosti: Integruje kompenzaci teplotních vlivů v širokém rozsahu teplot (-20 ℃ až 80 ℃), disponuje ochranou proti přetížení (150 % až 250 % jmenovitého zatížení, u modelů z ocelové slitiny až 300 %), výbušně bezpečné modely jsou certifikovány podle Ex d IIB T4/Ex ia IIC T6, některé modely jsou vybaveny konektory chráněnými proti vytažení kabelu.

4) Dlouhodobá spolehlivost: Životnost při únavě ≥ 10⁶ cyklů zatížení, s ročním driftováním ≤ ±0,015 %FS při jmenovitém zatížení, vhodné pro scénáře dlouhodobého nepřetržitého provozu, jako jsou průmyslové výrobní linky a monitorování nádrží na materiál.

2. Základní řešené problémy

1) Obtíže s instalací zařízení na okraji: Řešení omezení tradičních senzorů vyžadujících symetrickou instalaci – konstrukce „jednostranně upevněná“ u konzolového nosníku může být přímo namontována na spodní okraj zařízení nebo na stranu podpěry, čímž se řeší problém nedostatečného instalačního prostoru ve středu zařízení, jako jsou sila nebo platformové váhy.
2) Měření soustředěného zatížení ve středním rozsahu: Ve středním rozsahu 1 t – 10 t je prostřednictvím optimalizovaného návrhu napětí v nosníku chyba měření soustředěného zatížení omezena na ±0,02 %FS, čímž jsou splněny požadavky na přesnost ve scénářích se středním zatížením, jako je dávkování v průmyslu a vážení hotových výrobků.

3) Poškození dynamickým rázovým zatížením: Charakteristiky deformace tlumiče konzolového nosníku z elastomeru efektivně pohlcují okamžitý náraz způsobený pádem materiálu a vibracemi zařízení, čímž řeší problémy s nízkou odolností a posunem přesnosti tradičních senzorů v dynamických podmínkách.

4) Vážení s využitím více senzorů: Senzory vykazují dobrou shodnost (chyba ≤ ±0,01 % ZH u stejné série), podporují vážení se 2 až 4 senzory zapojenými paralelně, čímž řeší problémy s překrýváním hmotnosti a rovnoměrností přesnosti v aplikacích s rozloženými silami, jako jsou velké plošiny vah a sily.

5) Přizpůsobení náročným průmyslovým prostředím: Zpevněním materiálu z legované oceli a návrhem ochrany stupně IP67 a vyšším jsou vyřešeny problémy s koroze senzorů a poruchami signálu v prostředích s prachem (např. dolování), vlhkostí (např. chemický průmysl) a mírnou koroze (např. povrchové úpravy).

3. Uživatelské zkušenosti

1) Vysoká flexibilita instalace: Standardizované montážní otvory na pevném konci jsou kompatibilní s různými konstrukcemi zařízení, což eliminuje potřebu odborných polohovacích nástrojů. Instalaci a kalibraci lze provést pomocí vodováhy a jedna osoba dokáže dokončit upevnění a zapojení jednoho senzoru do 20 minut.

2) Snadná obsluha a kalibrace: Podporuje jednotlačítkové nastavení nuly na vážicím přístroji, trojstupňový kalibrační proces (25 %, 50 %, 100 % jmenovité zatížení) je vhodný pro střední rozsahy aplikací a digitální model umožňuje dálkové dokončení konfigurace parametrů a kalibrace prostřednictvím softwaru na nadřazeném počítači.

3) Kontrolovatelné náklady na údržbu: Plně utěsněná konstrukce snižuje pronikání prachu, průměrná roční poruchovost ≤ 0,5 %; klíčové komponenty ( tenzometry , svorky) jsou dodávány samostatně zabalené a místní závady lze opravit odděleně, aniž by bylo nutné provádět celkovou výměnu.

4) Stabilní zpětná vazba dat: Statická fluktuace měřených dat ≤ ±0,005 %FS, rychlá odezva bez zpoždění v kvazidynamických scénářích (např. pás dopravníku); digitální model má vestavěnou funkci diagnostiky poruch a poskytuje okamžité upozornění na abnormální stavy, jako je přetížení nebo podpětí.

5) Silná kombinační přizpůsobivost: Při paralelním připojení více senzorů podporuje automatické rozložení zatížení, čímž odpadá potřeba dodatečného vyrovnávacího zařízení, přizpůsobuje se návrhovým požadavkům platformových vah a sypadel různých velikostí a snižuje obtížnost integrace systému.

4. Typické aplikační scénáře

1) Vážení průmyslových sypadel/nádrží
• Nádrže na chemické suroviny: Vážení zásobních nádrží o hmotnosti 1 až 10 t, 2 až 4 konzolové nosníky jsou symetricky instalovány na držáku dna nádrže, materiál z legované oceli odolný proti korozi, ochrana IP67 vhodná pro vlhké prostředí dílny, přesnost ±0,02 %FS zajišťuje přesné měření zásob.
• Zásobníky pro krmivo/mouku: Vážení dávkovacích zásobníků v průmyslu zpracování obilovin, snímače jsou instalovány na podpěrných nohách ve spodní části zásobníku, odolný design zvládá náraz padajícího materiálu a spolupracuje se systémem řízení pro dosažení přesného dávkování.

2) Vážení pásnic/dopravníků
• Průmyslové pásy s váhami: Vážení dopravních pásů s objemovým materiálem v dolech a elektrárnách, senzory jsou instalovány na nosné konstrukci válečku, která nese souhrnné zatížení pásu a materiálu, s dobou odezvy ≤ 7 ms vhodnou pro nepřetržité dopravní scénáře a měřicí přesností ±0,1 %.

• Dopravník: Používá se pro vážení a třídění na linkách v elektrotechnickém a potravinářském průmyslu. Snímače jsou vestavěny ve spodní části dopravníku pro detekci hmotnosti výrobků v reálném čase a komunikují s třídicím mechanismem. Střední přesnost vyhovuje potřebám sériové výroby.

3) Váhy pro střední a malé nákladní vozy / plošinové váhy

• Dílenská vážící plošina: Dílenská vážící plošina o nosnosti 1–5 t. Ve čtyřech rozích těla váhy jsou instalovány čtyři snímače ohybového momentu. Pevný konec je připevněn k zemi a nosný konec přenáší zatížení těla váhy. Odolnost proti mimoosému zatížení zajišťuje stálou přesnost vážení v různých pozicích.

• Váha pro vozík: Přenosné vážící zařízení pro vozíky. Snímače jsou instalovány na nosnou část vidlic vozíku, aby odolaly svislému zatížení nákladu. Materiál z slitin oceli je odolný proti nárazům, vhodný pro dynamické vážení během provozu vozíku.

4) Řízení síly u automatizačního vybavení

• Sledování tlaku u lisovacího zařízení: Regulace tlaku u malých lisovacích strojů. Snímače jsou umístěny mezi lisovací hlavou a tělem stroje, aby poskytovaly okamžitou zpětnou vazbu o hodnotě lisovací síly a zabránily poškození forem přetížením. Přesnost ±0,01 % FS zajišťuje kvalitu lisování.

• Řízení síly u robotické montáže: Monitorování tlaku při montáži průmyslovými roboty. Smykové snímače jsou integrovány na konci robotického ramene pro detekci montážního tlaku a úpravu působící síly, vhodné pro montáž automobilových dílů a elektronických komponent.

5) Zvláštní průmyslové aplikace

• Výbušné prostředí: Bezpečnostní vážící zařízení pro uhelné doly a ropný a plynový průmysl. Používají se bezpečnostní smykové trámové snímače Ex d IIB T4, které jsou instalovány do bezpečnostních vážících skříní, aby splňovaly požadavky na bezpečnost ve výbušných prostředích.

• Korozivní prostředí: Vážící zařízení pro galvanický a chemický průmysl. Snímače z nerezové oceli 316L s pasivační úpravou povrchu odolávají kyselinám a zásadám, vhodné pro aplikace jako detekce koncentrace galvanických lázní nebo vážení chemických činidel.

5. Návod k použití (praktický průvodce)

1) Instalační proces

• Příprava: Vyčistěte montážní plochu (ujistěte se, že je rovná, bez oleje a chyba rovinnosti ≤0,1 mm/m), zkontrolujte vzhled snímače (žádná deformace nosníku a poškození kabelu), vyberte upevňovací šrouby o průměru M12–M24 podle rozsahu.

• Umístění a upevnění: Pevný konec senzoru připevněte šrouby ke držáku zařízení tak, aby byl pevně fixován bez jakéhokoli povolení; zatěžovací konec musí být přizpůsoben nosné konstrukci, aby zatížení působilo svisle na těleso nosníku a nedocházelo k bočním nebo torzním silám.

• Zapojení vodičů: U analogových signálů dodržujte zapojení podle principu „červená – napájení +, černá – napájení –, zelená – signál +, bílá – signál –“; u digitálních signálů připojte podle odpovídajících pinů protokolu Modbus; vedení vodičů musí být umístěno mimo silné rušivé zdroje, jako jsou frekvenční měniče, ve vzdálenosti ≥15 cm.

• Ochranná opatření: U venkovní instalace je nutné použít ochranný kryt proti dešti; ve vlhkém prostředí je třeba kabelové spoje utěsnit pomocí vodotěsné rozvodné krabice; v agresivním prostředí je nutné na neposouvající povrch senzoru nanést speciální antikorozní nátěr.

2) Kalibrace a uvádění do provozu

• Nulová kalibrace: Zapněte napájení a předehřejte po dobu 30 minut, poté spusťte příkaz „nulová kalibrace“, abyste zajistili, že nulový výstup bude v rozsahu ±0,002 %FS. Pokud je odchylka příliš velká, zkontrolujte, zda je montáž pevná a zda nepůsobí boční síla.

• Kalibrace zátěže: Postupně umístěte standardní závaží o hmotnosti 25 %, 50 % a 100 % jmenovité zátěže, zaznamenejte výstupní signály v jednotlivých bodech, opravte lineární chybu pomocí kalibračního softwaru a zajistěte, aby chyba v každém zatěžovacím bodě byla ≤ přípustné hodnotě třídy C3 (±0,02 %FS).

• Lineární zkouška: Rovnoměrně vyberte 5 zkušebních bodů v rámci měřícího rozsahu, abyste ověřili linearitu výstupního signálu. Lineární chyba by měla být ≤ ±0,015 %FS, aby byla zajištěna stabilita přesnosti na plném rozsahu ve střední oblasti.

3) Běžná údržba

• Pravidelná kontrola: Měsíčně vyčistěte prach a olej z povrchu snímače, zkontrolujte utažení upevňovacích šroubů; jednou za čtvrtletí proveďte kalibraci nulového bodu a každoročně kompletní kalibraci celé škály a kontrolu výkonu.

• Řešení závad: Při posunu údajů nejprve zkontrolujte napětí napájení (stabilní 12–24 V stejnosměrného proudu); při nesprávných údajích zkontrolujte přetížení (překročení 300 % jmenovité zátěže může způsobit poškození) nebo deformaci nosníku a v případě potřeby snímač vyměňte.

6. Metoda výběru (přesné přizpůsobení požadavkům)

1) Určení klíčových parametrů

• Výběr rozsahu: Vyberte model s rozsahem 1,3–1,6násobku skutečné maximální zátěže (např. při maximální zátěži 5 t lze zvolit snímač 6,5–8 t), aby bylo možné zohlednit rázovou zátěž a bezpečnostní rezervu.

• Třída přesnosti: Pro průmyslové měření zvolte třídu C3 (chyba ≤ ±0,02 % ZS), pro obecné monitorování třídu C6 (chyba ≤ ±0,03 % ZS) a pro dynamické vážení model třídy C3 s dobou odezvy ≤ 7 ms.

• Typ signálu: Vyberte analogové signály (4–20 mA) pro tradiční řídicí systémy, digitální signály (RS485) pro inteligentní systémy a modely s bezdrátovými přenosovými moduly pro scénáře průmyslového IoT.

2) Výběr podle přizpůsobitelnosti prostředí

• Teplota: Vyberte běžné modely pro standardní podmínky (-20 °C až 60 °C), modely s kompenzací vysokých teplot pro horká prostředí (60 °C až 120 °C) a modely odolné proti nízkým teplotám pro chladné podmínky (-40 °C až -20 °C).

• Prostředí: Vyberte slitinovou ocel (niklováno) pro suchá prostředí, nerezovou ocel 304 pro vlhká/mírně korozivní prostředí a nerezovou ocel 316L pro vysoce korozivní prostředí (kyselé/alkalické roztoky).

• Třída ochrany: ≥IP66 pro vnitřní suchá prostředí, ≥IP67 pro venkovní/vlhká prostředí a ≥IP68 pro podvodní nebo prachová prostředí.

3) Instalace a kompatibilita systému

• Způsob instalace: Pro dolní montáž zařízení vyberte upevnění šrouby, pro boční montáž použijte přírubové spojení; pokud je ve vážicím systému použito více senzorů, vyberte digitální modely podporující adresní kódování, čímž se vyhnete konfliktům signálů.

• Kompatibilita: Ověřte, že signál senzoru odpovídá komunikačnímu protokolu stávajícího měřiče/PLC. Například u PLC od Siemens doporučujeme zvolit modely podporující protokol Profibus, čímž se sníží obtíže při integraci.

4) Potvrzení dodatečných požadavků

• Požadavky na certifikaci: Pro prostředí s nebezpečím výbuchu jsou vyžadovány odpovídající certifikace odolnosti proti výbuchu (Ex d I pro doly na uhlí, Ex ia IIC T6 pro chemický průmysl), pro metrologické aplikace je vyžadováno osvědčení CMC a pro vývozní výrobky je nutné osvědčení OIML.

• Zvláštní vlastnosti: Pro dynamické vážení je třeba vybrat odolný provedení odolné proti nárazům (nárazové zatížení ≥300 % FS); pro dálkové monitorování je vhodné zvolit model s modulem NB-IoT/LoRa; pro vysokoteplotní prostředí je třeba vybrat specializovaný model s kompenzačním čipem teploty.

Shrnutí

Tenze s konzolovým nosníkem má klíčové výhody „přesnosti ve středním rozsahu, flexibilní instalace a vysoké odolnosti proti nárazům“ a řeší především problémy jako je okrajová instalace zařízení, měření soustředěného zatížení a ochrana při dynamickém nárazu ve středních průmyslových zatěžovacích scénářích. Uživatelská zkušenost je zaměřena na pohodlnou instalaci, bezproblémovou údržbu a dobrou kompatibilitu se systémem. Při výběru modelu je nejprve nutné objasnit čtyři základní požadavky: rozsah, přesnost, místo instalace a prostředí, a poté rozhodnout na základě kompatibility se systémem a dodatečných funkcí; při používání je třeba vyhýbat se bočním silám a přetížení a přísně dodržovat pravidla pravidelné kalibrace, aby byzla zajištěna dlouhodobá stabilní funkce. Je vhodná pro průmyslové zásobníky materiálů, pásy s váhami, malé a střední vážicí přístroje a další oblasti a představuje mainstreamové senzorické řešení pro průmyslové vážení s nízkým a středním zatížením.