Cantilever Beam Weighing Sensor CZL803KB

Nosník s konzolou je silově citlivý snímač založený na principu odporu proti deformaci, jehož jádrem je pružné těleso ve tvaru nosníku s jednou pevně upevněnou a druhou volnou (zavěšenou) koncovou částí. Při působení síly ohybová deformace nosníku vyvolá změnu odporu tenzometru, která je následně převedena na normalizované elektrické signály. Tento snímač kombinuje výhody jako střední rozsah zatížení, flexibilní montážní prostor a vysokou odolnost proti rázům a je široce využíván v aplikacích se soustředěnými silami středních a nízkých zatížení, například u průmyslových zásobníků, platformových vah nebo pásnicových vah. Níže jsou uvedeny podrobnosti z hlediska klíčových parametrů, aby byly splněny požadavky 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 do střední části nosníku, což umožňuje měření svislé směrem dolů působící soustředěné zátěže, s vynikající odolností proti nárazům (odolá okamžitému nárazu 200 % až 300 % jmenovité zátěže) a vysokou účinností přenosu napětí.

2) Přesnostní vlastnosti: Třída přesnosti zahrnuje třídy C3 až C6, přičemž nejrozšířenější modely dosahují třídy 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 až 5 t.

3) Materiály a ochrana: Průběžné těleso běžně využívá slitinovou ocel (Q235, 40CrNiMoA) nebo nerezovou ocel 304/316L, povrch je upraven pískováním a odstraňováním reziviny + niklováním (slitinová ocel) nebo pasivací (nerezová ocel); ochranná třída je obvykle IP66/IP67 a u průmyslových těžkých modelů dosahuje 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 pokrývajícím 50 kg–20 t. Běžné aplikace se soustřeďují do rozsahu 1 t–10 t a některé těžké modely lze rozšířit až na 50 t, čímž 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 také protokol HART, umožňující přímé připojení k PLC, DCS a systémům řízení vážení bez nutnosti dalších modulů pro úpravu signálu.

3) Funkce ochrany bezpečnosti: Integruje kompenzaci teploty v širokém rozsahu teplot (-20 ℃ až 80 ℃), má ochranu proti přetížení (150 % až 250 % jmenovité zátěže, u modelů z legované oceli až do 300 %), výbušuvzdorné modely jsou certifikovány podle Ex d IIB T4/Ex ia IIC T6 a některé modely obsahují konektory chránící před vytažením kabelu.

4) Dlouhodobá spolehlivost: Životnost při únavě ≥10⁶ cyklů zatížení, roční drift ≤±0,015 % FS při jmenovité zátěži, vhodné pro scénáře dlouhodobého nepřetržitého provozu, jako jsou výrobní linky a monitorování materiálových nádrží.

2. Základní problémy, které jsou řešeny

1) Obtíže s instalací zařízení na okraji: Řeší omezení tradičních senzorů, které vyžadují symetrickou instalaci. Konstrukce konzolového nosníku „upevněná na jednom konci“ může být přímo namontována na dolní okraj zařízení nebo na stranu podpěry, čímž se řeší problém nedostatečného montážního prostoru ve středu zařízení, jako jsou sypké nádrže a plošiny váhy.

2) Měření soustředěné zátěže střední vzdálenosti: V středním rozmezí 1t - 10t je díky optimalizovanému návrhu napětí trámů chybová hodnota koncentrovaného zatížení kontrolována v rozmezí ± 0,02%FS, což splňuje požadavky na přesnost scénářů středního zatížení, jako je průmyslové dávkování a vážení hotového výrobku.

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 mají dobrou konzistenci (chyba ≤ ± 0,01%FS pro stejnou šarži), podporují vážení 2 - 4 paralelních kombinací a řeší problémy superpozice hmotnosti a jednotnosti přesnosti v scénářích s rozloženými silami, jako jsou velké plošiny a silá.

5) Přizpůsobitelnost drsnému průmyslovému prostředí: Posílením materiálu z legované oceli a konstrukcí s úrovní ochrany IP67 a vyšší se řeší problémy koroze senzorů a anomálie signálu v prostředí s prachem (například v dolech), vlhkostí (například v chemických závodech) a mírnou korozí (například galvanizace).

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) Jednoduchá obsluha a kalibrace: Podporuje jednotlačítkové nastavení nuly vážícího přístroje, trojstupňový kalibrační proces (25 %, 50 %, 100 % jmenovité zatížení) je vhodný pro střední rozsahy; digitální model umožňuje dálkové nastavení parametrů a kalibraci 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: Kmity statických měřených hodnot ≤ ±0,005 % FS, rychlá odezva bez zpoždění v kvazidynamických scénářích (např. pás dopravníku); digitální model má vestavěnou funkci diagnostiky poruch, která poskytuje okamžitá upozornění při abnormálních stavech, 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 sil / zásobníků
• Nádrže na chemické suroviny: Vážení zásobníků o objemu 1–10 t, 2–4 senzory s konzolovým nosníkem 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 pásových vah / dopravníků
• Průmyslové pásové váhy: Vážení dopravních pásů s objemovým materiálem v dolech a elektrárnách, senzory jsou instalovány na ložiskovém držáku, nesou souhrnné zatížení pásu a materiálu, doba odezvy ≤ 7 ms je vhodná pro nepřetržité dopravní scénáře a měřicí přesnost činí ±0,1 %.

• Dopravník: Používá se pro vážení a třídění na linkách v odvětví elektroniky a potravinářství. Senzory jsou vestavěny na spodní straně dopravníku, umožňují detekci hmotnosti výrobků v reálném čase a komunikují s třídicím mechanismem. Přesnost středního rozsahu splňuje požadavky sériové výroby.

3) Váhy pro střední a malé nákladní automobily / platformové váhy

• Dílenská váha na platformě: 1–5 t dílenská váha na platformě pro manipulaci. Ve čtyřech rozích tělesa váhy jsou instalovány čtyři snímače ohybového momentu. Pevný konec je připevněn k zemi a nosný konec přenáší zatížení tělesa váhy. Odolnost proti mimoosému zatížení zajišťuje stálou přesnost vážení v různých pozicích.

• Váha pro vysokozdvižný vozík: Přenosné vážicí zařízení pro vysokozdvižný vozík. Snímače jsou umístěny na vidlici vozíku, která přenáší svislé zatížení nákladu. Vyrobena z ocelové slitiny, odolná proti nárazům a vhodná pro dynamické vážení při provozu vysokozdvižného vozíku.

4) Řízení síly u automatizačního zařízení

• Sledování tlaku u lisovacího zařízení: Řízení tlaku u malých lisovacích strojů. Snímače jsou umístěny mezi lisovací hlavou a tělesem stroje, což umožňuje okamžitou zpětnou vazbu hodnoty lisovací síly a zabraňuje poškození formy při přetížení. Přesnost ±0,01 % FS zajišťuje kvalitu lisování.

• Řízení síly montáže robotů: Sledování tlaku během procesu montáže průmyslových robotů. Senzory smykem zatíženého nosníku jsou integrovány na konci robotického ramene, které mohou detekovat montážní tlak a upravovat působící sílu, vhodné pro montáž automobilových dílů a elektronických komponent.

5) Speciální 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. Senzory vyrobené z nerezové oceli 316L jsou povrchově pasivované, odolné vůči kyselinám a louhům, vhodné pro aplikace jako detekce koncentrace galvanické lázně nebo vážení chemických činidel.

5. Návod k použití (praktický průvodce)

1) Instalační proces

• Příprava: Vyčistěte montážní plochu (zajistěte její rovinnost, nepřítomnost oleje a chybu rovinnosti ≤0,1 mm/m), zkontrolujte vzhled senzoru (žádná deformace tělesa nosníku a poškození kabelu), vyberte upevňovací šrouby o velikosti M12–M24 podle rozsahu.

• Umístění a upevnění: Pevný konec senzoru připevněte šrouby ke držáku zařízení tak, aby byl pevně fixován bez jakéhokoli uvolnění; zatěžovací konec by měl být těsně přiléhající ke zatěžované konstrukci, aby se zajistilo, že zatížení působí svisle na nosník, čímž se zabrání bočním a krouticím silám.

• Zapojení vodičů: U analogových signálů dodržujte zapojení podle principu „červený – napájení +, černý – napájení –, zelený – signál +, bílý – signál –“; u digitálních signálů připojte podle odpovídajících pinů protokolu Modbus; vodiče by měly být umístěny ve vzdálenosti alespoň 15 cm od silných rušivých zdrojů, jako jsou frekvenční měniče.

• 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 seřízení

• 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: Vyberte 5 testovacích bodů rovnoměrně rozložených v rozsahu, ověřte linearitu výstupního signálu, lineární chyba by neměla překročit ±0,015 % FS, čímž se zajistí stabilita přesnosti v celém 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 odchylce dat nejprve zkontrolujte napětí napájecího zdroje (stabilní 12–24 V DC); pokud je měření abnormální, zkontrolujte přetížení (překročení 300 % jmenovité zátěže může způsobit poškození) nebo deformaci nosníku a případně senzor vyměňte.

6. Metoda výběru (přesné přizpůsobení požadavkům)

1) Určení základních parametrů

• Výběr rozsahu: Vyberte model s rozsahem 1,3–1,6násobku skutečné maximální zátěže (např. při maximální zátěži 5 t lze vybrat senzor 6,5–8 t), aby zůstal prostor pro 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 přizpůsobení prostředí

• Teplota: Pro běžné podmínky vyberte běžné modely (-20 °C až 60 °C), pro vysoké teploty kompenzované modely pro vysoké teploty (60 °C až 120 °C) a pro nízké teploty modely odolné proti nízkým teplotám (-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) Montáž 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, např. u Siemens PLC upřednostněte modely podporující protokol Profibus, čímž se sníží obtížnost integrace.

4) Potvrzení dodatečných požadavků

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

• Zvláštní vlastnosti: Pro dynamické vážení vyberte odolný zesílený typ (nárazové zatížení ≥300 %FS); pro dálkové monitorování vyberte model s modulem NB-IoT/LoRa; pro vysokoteplotní prostředí vyberte speciální model s čipem pro kompenzaci teploty.

Shrnutí

Konzolový nosník váhové buňky mají klíčové výhody „přesnosti ve středním rozsahu, flexibilní instalace a vysoké odolnosti proti nárazům“ a řeší především problémy jako okrajová montáž zařízení, měření soustředěného zatížení a ochrana při dynamických nárazech ve středně zatížených průmyslových aplikacích. Uživatelská zkušenost je zaměřena na pohodlnou instalaci, bezproblémovou údržbu a dobrou kompatibilitu se systémem. Při výběru modelu je nejprve nutné jasně definovat čtyři základní požadavky: rozsah, přesnost, místo instalace a prostředí, a poté rozhodnout na základě kompatibility se systémem a dodatečných funkcí; při provozu je třeba vyhýbat se bočním silám a přetížení a přísně dodržovat pravidla pro pravidelnou kalibraci, aby byzajisteno dlouhodobě stabilní fungování. Je vhodný pro průmyslové zásobníky materiálů, pásy s váhami, malé a střední vážicí přístroje a další oblasti a představuje mainstreamové senzorické řešení pro lehké a středně zatížené průmyslové vážení.