S-Typ Wägezelle CZL301

Produkteinführung

Die S-Typ-Lastzelle ist ein kraftempfindliches Detektionselement, das auf dem Spannungsresistenzprinzip basiert und einen symmetrischen S-förmigen Elastomer als Kernstruktur hat. Wenn das Elastomer einer Kraft ausgesetzt ist, treibt die Zug- oder Kompressionsdeformation das Dehnungsmessgerät dazu, Widerstandsänderungen zu erzeugen, die dann in standardisierte elektrische Signale umgewandelt werden. Es kombiniert Vorteile wie bidirektionales Kraftlager, flexible Installation und stabile Genauigkeit und wird in Messszenarien für Zug-, Kompressions- und Verbundkräfte bei mittleren und geringen Belastungen weit verbreitet. Die folgenden Einzelheiten werden aus den Kerndimensionen dargestellt, um den Bedürfnissen von produkt auswahl, technische Bewertung und Lösungserstellung zu erfüllen:

1. Produktmerkmale und Funktionen

Kernmerkmale

• Konstruktiver Aufbau: Verwendet eine integrierte S-förmige Elastomerstruktur (Dicke 5–30 mm, Länge 30–200 mm) mit konzentrierter und symmetrischer Spannungsverteilung, unterstützt bidirektionale Kraftübertragung (sowohl Zug- als auch Druckkräfte können gemessen werden), verfügt über starke Widerstandsfähigkeit gegen Torsions- und Querkräfte (kann Querkräfte von ±10 % bis ±15 % der Nennlast aushalten) und weist einen hohen Kraftübertragungswirkungsgrad auf.

• Präzisionsleistung: Genauigkeitsklassen umfassen C2–C6, gängige Modelle erreichen C3, Nichtlinearitätsfehler ≤±0,02 %FS, Wiederholfehler ≤±0,01 %FS, Nullpunktverschiebung ≤±0,003 %FS/℃, geringe Präzisionseinbußen in dynamischen Messszenarien bei kleinen und mittleren Lasten.

• Materialien und Schutz: Das Elastomer besteht üblicherweise aus hochfestem Legierungsstahl (Streckgrenze ≥850 MPa) oder aus rostfreiem Stahl 304/316L, wobei die Oberfläche nickeliert oder mit Kunststoff beschichtet ist (Passivierung bei korrosionsbeständigen Typen); die Schutzart beträgt in der Regel IP65/IP67, und kundenspezifische Modelle für feuchte Umgebungen erreichen IP68, geeignet für den allgemeinen industriellen Einsatz und einige besondere Umgebungen.

• Montagekompatibilität: Beide Enden sind mit Innengewinde, Außengewinde oder Ösenstrukturen ausgeführt und unterstützen verschiedene Montagearten wie Haken, Ösen und Flansche, bieten flexible Installationsmöglichkeiten und eignen sich für mehrachsige Belastungsszenarien wie vertikale, horizontale und schiefe Ausrichtungen und werden hauptsächlich eigenständig eingesetzt.

Kernfunktionen

• Zweiweg-Kraftmessung: Unterstützt statische und dynamische Zug- und Druckmessung (Reaktionszeit ≤6 ms) mit einem Messbereich von 0,01 t bis 50 t, übliche Anwendungen konzentrieren sich auf den Bereich 0,1 t bis 20 t, und einige hochpräzise Modelle können kleine Bereiche von 0,001 t messen.

• Standardisierte Signalausgabe: Bietet analoge Signale (4–20 mA, 0–5 V, 0–10 V) und digitale Signale (RS485/Modbus RTU), und einige intelligente Modelle unterstützen das Profibus-Protokoll, wodurch eine direkte Verbindung zu Waagen, SPS-Steuerungen, industriellen Touchscreens und anderen Geräten möglich ist.

• Sicherheits- und Schutzfunktionen: Integrierte Temperaturkompensation über einen weiten Temperaturbereich (-20 °C bis 80 °C), Überlastschutz (120 % bis 200 % der Nennlast, üblicherweise 150 % in Zuganwendungen), und einige Modelle verfügen über verdrehfeste Positionierstifte und kabelbruchsichere Anschlusskonstruktionen.

• Langfristige Stabilität: Ermüdungslebensdauer ≥10⁶ Lastwechsel, jährliche Drift ≤±0,02 % FS unter Nennlast, geeignet für intermittierende oder kontinuierliche Kraftüberwachungsanwendungen.

2. Gelöste Kernprobleme

• Schwierigkeiten bei der bidirektionalen Kraftmessung: Um die Einschränkung herkömmlicher Sensoren zu überwinden, die nur Kräfte in eine Richtung messen können, ermöglicht die S-förmige Struktur gleichzeitige und präzise Messungen von Zug- und Druckkräften (wie z. B. Kraftänderungen beim Heben und Senken von Materialien) und erfüllt so die Anforderungen an die bidirektionale Kraftüberwachung in Anwendungen wie Hebe- und Zugvorrichtungen.

• Anpassungsfähigkeit an komplexe Einbausituationen: Mit flexiblen Anschlussmethoden und einer kompakten Struktur löst sie die Herausforderungen bei der Installation in Geräten mit begrenztem Raum und mehrwinkligem Aufwand anwendung (wie zum Beispiel die Wiegung von geneigten Hopfen und die Spannungsüberwachung von aufgehängten Förderleitungen), wodurch die Notwendigkeit einer umfangreichen Änderung der Ausrüstungskonstruktion beseitigt wird.

• Unzureichende Genauigkeit bei geringer Last/kleinem Messbereich: In der kleinen Bandbreite von 0,1 t bis 5 t wird durch Optimierung der Bindungsposition der dehnungsmessgeräte und der Spannungskonstruktion des Elastomers, der Messfehler wird innerhalb von ± 0,01% FS kontrolliert und erfüllt die hochen Präzisionsanforderungen für leichte Anwendungen in Laboratorien, Lebensmittelverarbeitung usw.

• Überwachung dynamischer Zugkraftschwankungen: Mit einer Ansprechzeit ≤6 ms können Zugkraftschwankungen während kontinuierlicher Produktionsprozesse von Kabeln, Folien usw. genau erfasst werden, wodurch Produktqualitätsprobleme behoben werden, die durch instabile Zugkräfte in Branchen wie Textilien und Druck verursacht werden.

• Kompatibilitätsprobleme bei der Zusammenarbeit mehrerer Geräte: Standardisierte Signalausgabe und Unterstützung mehrerer Protokolle lösen Andockprobleme mit Steuersystemen verschiedener Marken (wie Siemens S7-Serie PLCs und Delta DCS), wodurch Fehler und Kosten bei der Signalumwandlung reduziert werden.

3. Benutzererfahrung

• Montagekomfort: Standardisierte Gewinde-/Ösen-Schnittstellen mit standardmäßigen Verbindungsteilen (wie Schrauben und Ösen) erfordern keine speziellen Montagewerkzeuge. Eine einzelne Person kann die Installation und Positionierung eines einzelnen Sensors innerhalb von 15 Minuten durchführen, wobei relativ geringe Anforderungen an die Flachheit der Installationsfläche gestellt werden (eine Ebenheitsabweichung ≤0,1 mm/m ist ausreichend).

• Betrieb und Kalibrierung: Unterstützt die Ein-Tasten-Nullabgleichung am Wägeinstrument, vereinfacht den Zweipunkt-Kalibriervorgang (es werden nur Standardgewichte mit 10 % und 100 % der Nennlast benötigt), und digitale Modelle können über eine mobile App oder den Hostrechner fernkalibriert werden, sodass auch Nicht-Fachkräfte schnell bedienen können.

• Steuerbare Wartungskosten: Die geschlossene Bauweise isoliert wirksam Staub und Feuchtigkeit ab, mit einer jährlichen durchschnittlichen Ausfallrate ≤0,4 %; das modulare Design der Kernkomponenten (Dehnungsmessstreifen, Anschlussklemmen) ermöglicht den Austausch lokaler Defekte einzeln und reduziert so die Gesamtersatzkosten.

• Intuitive Datenrückmeldung: Statische Messdatenschwankung ≤±0,005 %FS, ohne erkennbare Verzögerung in dynamischen Szenarien; digitale Modelle verfügen über integrierte Fehleralarme für Überlast, Unterspannung usw., die über Leuchtdioden oder Software-Schnittstellen visuell dargestellt werden, um eine einfache und schnelle Fehlerbehebung zu ermöglichen.

• Flexible Anpassungsfähigkeit an verschiedene Szenarien: Der gleiche Sensor kann zwischen Zug- und Druckmessmodi wechseln, ohne die Hardware austauschen zu müssen, wodurch die Anforderungen an gemeinsam genutzte Ausrüstung in mehreren Prozessen erfüllt und die Auslastung der Ausrüstung verbessert wird.

4. Typische Anwendungsszenarien

1) Zug-/Zugkraft-Messszenarien

• Kabel-/Seilzugkontrolle: Überwachung der Zugkraft von Drahtziehmaschinen in der Textil- und Kabelindustrie. S-förmige Sensoren werden in Reihe mit der Zugvorrichtung verbunden, liefern Echtzeit-Rückmeldungen über die Zugwerte und passen die Zuggeschwindigkeit koordiniert an, um einen gleichmäßigen Kabeldurchmesser sicherzustellen.

• Zugspruefung von Materialien: Zugmessung an Materialpruefmaschinen in Laboratorien. C2-Präzisionsmodelle erfuellen die Anforderungen fuer die Zugfestigkeitspruefung von Materialien wie Metalldrähten und Kunststofffolien, mit einer Wiederholgenauigkeit des Messwerts ≤±0,01 %.

• Zugkraftueberwachung von Hebezeugen: Lastbegrenzungssteuerung fuer kleine Krane und elektrische Hebezeuge. Zwischen Haken und Ausleger installiert, löst es bei Ueberlast einen Alarm aus und schaltet die Stromversorgung ab, um die Betriebssicherheit zu gewaehrleisten.

2) Waageanwendungen in Hängebetrieb

• Wiegen von hängenden Mischtroegen/Behaeltern: Wiegen von hängenden Beschickungstanks in der chemischen Industrie und der Futtermittelindustrie. Ein oder zwei Sensoren werden symmetrisch aufgehaengt und installiert, um Probleme durch beengten Platzbedarf am Boden zu vermeiden, mit einer Genauigkeit von bis zu ±0,02 % FS.

• Hängewaagen in der Lebensmittelverarbeitung: Hängendes Wiegen und Sortieren in der Schlacht- und Aquakulturindustrie. Modelle aus Edelstahl (316L) erfüllen die Hygienestandards für Lebensmittel, sind leicht zu reinigen und zu desinfizieren und eignen sich für den Einsatz in Fließbändern.

3) Herstellung von kleinen und mittleren Wägegeräten

• Hakenwaagen/Tragbare Waagen: Kern-Sensoreinheiten für Hakenwaagen von 0,5 t–20 t. Ihre kompakte Bauweise eignet sich für das Gehäusedesign von Waagen, und ihre Stoßfestigkeit ermöglicht den Umgang mit kurzzeitigen Überlastungen beim Heben.

• Bandwaagen/Dynamische Waagen: Dynamische Wägemodule für Förderbänder. An der Rollenlagerung des Bandes installiert, berechnen sie indirekt das Gewicht der Materialien durch Messung der Bandzugkraft und sind an kontinuierliche Förderabläufe angepasst.

4) Wissenschaftliche Forschung und Laborgeräte

• Biomechanische Prüfung: Überwachung der Kraftwerte medizinischer Rehabilitationsgeräte (z. B. Kraftprüfung bei Prothesen). Modelle mit kleinem Messbereich und hoher Präzision (0,01 t–1 t) erfassen feine Kraftänderungen.

• Kraftregelung am Roboterende: Kraft-Feedback für die Greifmechanik von Industrierobotern. Durch die Messung der Greifkraft wird die Klemmkraft angepasst, um empfindliche Werkstücke (z. B. Glas und Keramik) vor Beschädigungen zu schützen.

5) Spezielle Industrieanwendungen

• Pharmazeutische Industrie: Druckregelung von Kapselabfüllmaschinen. Hygienische Edelstahlmodelle erfüllen die GMP-Normen und steuern den Fülldruck präzise, um eine gleichmäßige Kapseldosierung sicherzustellen.

• Druck- und Verpackungsindustrie: Zugkraftüberwachung von Folien-Druckmaschinen. Die Echtzeit-Regelung der Ab- und Aufwickelgeschwindigkeiten verhindert Dehnung, Verformung oder Bruch der Folie und verbessert so die Druckgenauigkeit.

5. Gebrauchsanweisung (Praktischer Leitfaden)

1) Installationsprozess

• Vorbereitung: Reinigen Sie die Montageanschlussstellen (entfernen Sie Grate und Ölflecken), überprüfen Sie das Aussehen des Sensors (keine Verformung des Elastomers, kein Kabelschaden) und wählen Sie die richtige Anschlussmethode entsprechend der Kraftrichtung (wählen Sie einen Hebring für Zugbelastung und Schraubenfixierung für Druckbelastung).

• Positionierung und Befestigung: Stellen Sie sicher, dass die Last entlang der Achsrichtung des Sensors übertragen wird, um seitliche und torsionale Kräfte zu vermeiden; verwenden Sie einen Drehmomentschlüssel beim Anziehen der Schrauben (10–30 N·m wird für Sensoren aus Vergütungsstahl empfohlen, 8–25 N·m für Edelstahl), um eine Überdrehung zu vermeiden, die die Gewinde beschädigen könnte.

• Verdrahtungsvorschrift: Bei analogen Signalen die Regel „rot – Versorgung +, schwarz – Versorgung -, grün – Signal +, weiß – Signal -“ beachten; bei digitalen Signalen entsprechend der Modbus-Pinbelegung anschließen; das Kabel sollte sicher befestigt werden, um Zugbelastung zu vermeiden, und die Verdrahtung sollte von starken Störquellen wie Frequenzumrichtern ferngehalten werden (Abstand ≥ 20 cm).

• Schutzmaßnahmen: Bei Außeninstallation sollte eine Regenabdeckung angebracht werden; in feuchten bzw. korrosiven Umgebungen sollte der Kabelanschluss in einer wasserdichten Anschlussdose untergebracht werden, und die Sensorenlage kann mit lebensmitteltauglichem Korrosionsschutzöl beschichtet werden (für die Lebensmittelindustrie).

2) Kalibrierung und Inbetriebnahme

• Nullpunkt-Kalibrierung: Gerät einschalten und 15 Minuten vorheizen, danach den Befehl „Nullpunkt-Kalibrierung“ ausführen; sicherstellen, dass die Nullpunktabgabe innerhalb von ±0,002 %FS liegt; bei zu großer Abweichung prüfen, ob seitliche Kraft auf die Montage einwirkt.

• Lastkalibrierung: Stellen Sie nacheinander Standardgewichte von 10 %, 50 % und 100 % der Nennlast auf, notieren Sie die Ausgangssignale an jedem Punkt, korrigieren Sie den Linearitätsfehler mithilfe der Kalibriersoftware und stellen Sie sicher, dass der Fehler ≤ dem zulässigen Wert der entsprechenden Genauigkeitsklasse entspricht (C3-Klasse ≤ ±0,02 %FS).

• Dynamische Inbetriebnahme: Passen Sie bei dynamischen Anwendungen wie der Zugkraftüberwachung die Filterfrequenz des Messgeräts (5–12 Hz) an, um eine Balance zwischen Reaktionsgeschwindigkeit und Datensicherheit zu erreichen, und vermeiden Sie Fehlalarme durch hochfrequente Schwankungen.

3) Regelmäßige Wartung

• Regelmäßige Inspektion: Reinigen Sie die Sensoroberfläche monatlich, überprüfen Sie, ob die Gewindeverbindung locker ist; führen Sie einmal pro Quartal eine Nullpunktkalibrierung durch, führen Sie jährlich eine Vollskalen-Kalibrierung durch und dokumentieren Sie die Kalibrierdaten für zukünftige Referenzzwecke.

• Störungsbehebung: Bei Datenabweichungen zuerst die Versorgungsspannung prüfen (stabil bei 12–24 V DC); bei fehlendem Signalausgang prüfen, ob das Kabel beschädigt ist oder der Sensor überlastet ist (Überlastung über 200 % der Nennlast kann zu Beschädigungen führen).

6. Auswahlverfahren (genaue Anpassung an Anforderungen)

1) Festlegung der Kernparameter

• Messbereichsauswahl: Die Ausführung entsprechend dem 1,2- bis 1,5-fachen des tatsächlichen Maximalwertes auswählen (z. B. bei einer maximalen Zugkraft von 8 t kann ein 10- bis 12-t-Sensor gewählt werden). Bei Zugkraftanwendungen sollte zusätzlich eine Überlastreserve von 10 % eingeplant werden, um Beschädigungen durch Stoßbelastungen zu vermeiden.

• Genauigkeitsklasse: Für Laborprüfungen Klasse C2 (Fehler ≤ ±0,01 % FS), für industrielle Messtechnik Klasse C3 (Fehler ≤ ±0,02 % FS) und für allgemeine Überwachungsaufgaben Klasse C6 (Fehler ≤ ±0,03 % FS) auswählen. • Signalschnittstelle: Für herkömmliche Wägeinstrumente analoge Signale (4–20 mA), für intelligente Systeme digitale Signale (RS485) und für industrielle IoT-Anwendungen intelligente Modelle mit drahtloser Übertragung (WiFi/4G) wählen.

2) Auswahl basierend auf Umweltverträglichkeit

• Temperatur: Wählen Sie Standardmodelle für normale Anwendungen (-20 °C ~ 60 °C), Modelle mit Hochtemperaturkompensation für Hochtemperaturanwendungen (60 °C ~ 100 °C) und kältebeständige Modelle für Tieftemperaturanwendungen (-40 °C ~ -20 °C).

• Medium: Wählen Sie legierten Stahl (pulverbeschichtet) für trockene Umgebungen, Edelstahl 304 für feuchte/lebensmittelverarbeitende Bereiche und Edelstahl 316L für chemisch korrosive Umgebungen.

• Schutzart: ≥IP65 für innenliegende, trockene Umgebungen, ≥IP67 für Außen-/feuchte Umgebungen und ≥IP68 für Unterwasser- oder staubintensive Umgebungen.

3) Installation und Systemkompatibilität

• Montageart: Wählen Sie Ösenverbindungen für Zugkraftanwendungen, Schraubbefestigung für Druckanwendungen und Modelle mit Zentrierstiften für schräge Krafteinwirkungen; bei beengten Platzverhältnissen sind kompakte Modelle mit einer Länge ≤50 mm vorzuziehen.

• Kompatibilität: Stellen Sie sicher, dass das Sensorsignal mit dem Kommunikationsprotokoll des vorhandenen Instruments/PLC übereinstimmt. Wenn mehrere Sensoren zusammenarbeiten, wählen Sie digitale Modelle mit Adressierungsfunktion, um Signalinterferenzen zu vermeiden.

4) Bestätigung zusätzlicher Anforderungen

• Zertifizierungsanforderungen: Für explosionsgeschützte Anwendungen ist die Zertifizierung Ex ia IIC T6/Ex d IIB T4 erforderlich, für die Lebensmittelindustrie sind FDA/GMP-Zertifizierungen notwendig, und für messtechnische Anwendungen ist die CMC-Zertifizierung erforderlich.

• Besondere Funktionen: Wählen Sie Modelle mit einer Ansprechzeit ≤5 ms für die dynamische Zugkraftüberwachung, Modelle mit NB-IoT-Modul für die Fernüberwachung und hygienische Modelle mit spaltfreier Polierung (Ra ≤0,8 μm) für hygienische Anwendungen.

Zusammenfassung

S-förmige Wägezellen zeichnen sich durch „zweifache Kraftaufnahme, flexible Montage und hohe Präzision bei geringen Lasten“ als zentrale Vorteile aus und lösen vor allem Probleme wie die Überwachung von Kräften in beide Richtungen, die Installation in komplexen Szenarien sowie die präzise Steuerung bei geringen Lasten. Die Benutzererfahrung steht dabei für einfache Bedienung, wartungsarmen Betrieb und hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Anwendungsszenarien. Bei der Auswahl einer Wägezelle ist es zunächst erforderlich, den Messbereich, die Genauigkeit, die Kraftrichtung und die Umgebungsanforderungen klar zu definieren, um anschließend basierend auf Systemkompatibilität und zusätzlichen Funktionen eine Entscheidung zu treffen. Während des Betriebs sollten seitliche Kräfte und Überlastungen vermieden werden, und es sind regelmäßige Kalibrierungen strikt durchzuführen, um einen langfristig stabilen Betrieb sicherzustellen. Sie eignet sich für Anwendungen wie Zugkraftmessung, Hängewägung und Wägeinstrumente für geringe Lasten und ist die bevorzugte Sensortechnologie für mittlere bis niedrige Lasten sowie Szenarien mit bidirektionaler Kraftüberwachung.

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