راهنمای انتخاب سنسورهای وزن (لودسل)

سلول بار یک جزء اصلی است که سیگنال‌های جرم را به سیگنال‌های الکتریکی قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کند و به‌طور گسترده در زمینه‌های متئورولوژی صنعتی، ترازو‌های الکترونیکی، خطوط تولید خودکار، لجستیک و انبارداری و سایر سناریوها استفاده می‌شود. نکته کلیدی در انتخاب، تطابق با نیازهای واقعی است — از هدررفت هزینه ناشی از دنبال کردن بی‌رویه پارامترهای بالا جلوگیری کنید و در عین حال از ناکافی بودن پارامترها که می‌تواند بر دقت و پایداری اندازه‌گیری تأثیر بگذارد، اجتناب نمایید. در ادامه فرآیندی سیستماتیک و عملیاتی برای انتخاب ارائه شده است که پارامترهای کلیدی، تطبیق با شرایط کاربردی و پیشنهادات عملی را ترکیب می‌کند تا به انتخاب دقیق کمک کند.

مرحله ۱: شفاف‌سازی الزامات اصلی و سناریوهای کاربرد (پایه‌ی انتخاب)

قبل از انتخاب، لازم است تعریف شود «چه چیزی باید اندازه‌گیری شود، در چه محیطی اندازه‌گیری شود و چگونه نصب شود» که پیش‌نیاز انتخاب پارامترهای بعدی است:

۱. الزامات اصلی اندازه‌گیری

• شیء مورد اندازه‌گیری: جامد (تکه‌ای/دانه‌ای)، مایع یا گاز؟ آیا خورنده یا ویسکوز است (مثلاً مایعی که به سنسور می‌چسبد)؟
• دامنه اندازه‌گیری (ظرفیت): حداکثر مقدار وزن (شامل شیء مورد اندازه‌گیری + ظرف/نگهدارنده و سایر اوزان کمکی) را مشخص کنید و ضریب ایمنی ۱٫۲ تا ۱٫۵ برابر در نظر بگیرید (تا از آسیب سنسور به دلیل بار ضربه‌ای یا بیش‌باری جلوگیری شود). مثال: اگر حداکثر وزن واقعی ۵۰ کیلوگرم باشد، سنسوری با دامنه ۶۰ تا ۷۵ کیلوگرم انتخاب شود؛ برای وزن‌گیری پویا (مثلاً مواد روی خط مونتاژ)، توصیه می‌شود ضریب ایمنی ۱٫۵ تا ۲ برابر در نظر گرفته شود (برای مقابله با ضربه).
• الزامات دقت اندازه گیری: آیا برای معاملات تجاری (با نیاز به گواهینامه قانونی متروولوژیک) ، نظارت بر فرآیند (که اجازه می دهد تا یک خطا خاص) یا اندازه گیری آزمایشگاهی با دقت بالا باشد؟ مثال: مقیاس های قیمت گذاری الکترونیکی باید با دقت کلاس III OIML (خطای ≤ ± 0.1٪) مطابقت داشته باشند، سیستم های دسته بندی صنعتی معمولاً نیاز به دقت ± 0.05٪ ~ ± 0.1٪ دارند و وزن گودام معمولی می تواند خطای ≤ ± 0.5٪ داشته باشد.
• الزامات دینامیک/استاتیک: آیا وزن استاتیک (به عنوان مثال، ترازو سیستم، وزن مخزن) یا وزن دینامیک (به عنوان مثال، ترازو کمربند، خطوط مرتب سازی با سرعت بالا) است؟ سناریوهای پویا نیاز به تاکید بر "سرعت پاسخ" دارند.

۲. شرایط نصب و فضای

• روش بارگذاری: تنش (به عنوان مثال، وزن معلق) ، فشرده سازی (به عنوان مثال، حامل مقیاس پلتفرم) ، یا نیروی برش (به عنوان مثال، نصب پرتگاه کنسلیور) ؟
• فضای نصب: ابعاد خارجی سنسور (طول، قطر، فاصله بین سوراخ‌های نصب) با ساختار تجهیزات سازگار است؟ مثال: سنسورهای نازک برای فضاهای باریک مناسب هستند (مثلاً ترازوی الکترونیکی کوچک)، و برای وزن‌گیری مخازن بزرگ نیاز به سنسورهای نوع ستونی/پلی است (ظرفیت باربری بالا و اشغال فضای کم).
• تعداد نصب: وزن‌گیری تک‌نقطه‌ای (مثلاً ترازوهای پلتفرمی کوچک، ۱ سنسور) یا وزن‌گیری چندنقطه‌ای (مثلاً سیلوهای بزرگ، ترازوهای پلتفرمی، ۳ تا ۴ سنسور به صورت موازی)؟ در وزن‌گیری چندنقطه‌ای باید سنسورهای «قابل پل‌زنی» انتخاب شوند تا توزیع نیرو یکنواخت باشد.

۳. شرایط محیطی (عامل کلیدی مؤثر بر پایداری سنسور)

• دمای کاری: محدوده دمای محیط کار (-40℃ تا 85℃ معمول است؛ در شرایط با دمای بالا مانند نزدیکی به کوره‌ها، انواع مقاوم در برابر حرارت و در شرایط دمای پایین مانند فضاهای سردخانه، انواع جبران‌شده برای دمای پایین مورد نیاز است). توجه: تغییرات دما بر دقت تأثیر می‌گذارد، بنابراین سنسورهایی با قابلیت "جبران دمایی" را انتخاب کنید (محدوده جبران باید شامل دمای محیطی واقعی باشد).
• رطوبت/حفاظت: آیا در محیط‌های مرطوب (مثلاً شست‌وشوی کارگاه، باران در فضای باز)، گرد و غبار یا خورنده (مثلاً کارگاه‌های شیمیایی، مایعات اسیدی-قلیایی) استفاده می‌شود؟ با درجه حفاظت IP مشخص کنید: ≥IP67 (ضد گرد و غبار، مقاوم در برابر غوطه‌وری کوتاه‌مدت) برای محیط‌های بیرونی/مرطوب، ≥IP68 (ضد گرد و غبار، مقاوم در برابر غوطه‌وری بلندمدت) برای محیط‌های خورنده، و مواد مقاوم در برابر خوردگی (مثلاً فولاد ضدزنگ 316L) را انتخاب کنید.
• عوامل تداخل: آیا ارتعاشات (مثلاً در خطوط تولید، نزدیک دستگاه‌های ابزار) یا تداخل الکترومغناطیسی (مثلاً نزدیک مبدل‌های فرکانس، موتورها) وجود دارد؟ برای سناریوهای ارتعاشی، سنسورهایی با طراحی "ضد ارتعاش" را انتخاب کنید؛ برای سناریوهای تداخل الکترومغناطیسی، سنسورهایی با سیم‌های شیلد‌دار و گواهی EMC را انتخاب کنید.

مرحله 2: انتخاب نوع سنسور (تطبیق سناریوها بر اساس اصل/ساختار)

نوع سلول بار توسط اصل اصلی و ساختار تعیین می‌شود. انواع مختلف در سناریوهای قابل استفاده تفاوت قابل توجهی دارند، بنابراین انتخاب باید بر اساس "روش بارگذاری، دقت و محیط" انجام شود:

پیشنهادات انتخاب کلیدی:

• برای بیشتر سناریوهای صنعتی (وزن‌گیری ایستا، نیازمندی دقت ±0.01% تا ±0.5%)، نوع کرنش‌سنج را اولویت دهید (بالاترین بازده هزینه و سازگاری);
• برای وزن‌گیری پویا (سرعت پاسخ‌گویی < 10 میلی‌ثانیه)، نوع پیزوالکتریک یا نوع کرنش‌سنج سرعت بالا را انتخاب کنید;
• برای اندازه‌گیری دقیق آزمایشگاهی، نوع تعادل نیروی الکترومغناطیسی را انتخاب کنید;
• برای محیط‌های دمای بالا/ارتعاش شدید/خورندگی شدید، نوع کرنش‌سنج با مواد خاص (مثلاً فولاد ضدزنگ 316L، بدنه الاستیک سرامیکی) یا نوع خازنی را انتخاب کنید.

مرحله 3: تأیید پارامترهای فنی اصلی (تطبیق دقیق نیازها)

پس از تعیین نوع، پارامترهای فنی را دقیق‌تر کنید تا از «مازاد پارامتر» یا «کمبود پارامتر» جلوگیری شود:

1. پارامترهای مرتبط با دقت (شاخص‌های اصلی که دقت اندازه‌گیری را تعیین می‌کنند)

• خطای ترکیبی (عدم خطیت + هیسترزیس + تکرارپذیری): در حین انتخاب، لازم است شرط "خطای ترکیبی ≤ خطای مورد نیاز واقعی" برقرار باشد. مثال: اگر خطای مورد نیاز ≤ ±0.1% باشد، خطای ترکیبی سنسور باید ≤ ±0.05% باشد (در نظر گرفتن ذخیره ایمنی).
• حساسیت: سیگنال خروجی مربوط به واحد وزن (مثلاً 2mV/V)، که نشان‌دهنده «توانایی حس کردن» سنسور است. توصیه: سازگاری خوب در حساسیت (انحراف حساسیت سنسورها در یک دسته ≤ ±0.1%) تا تطبیق سیگنال در توزین چندنقطه‌ای آسان‌تر شود؛ سیگنال خروجی باید با محدوده ورودی تقویت‌کننده‌ها و جمع‌آوری‌کننده‌های داده بعدی سازگار باشد (مثلاً محدوده ورودی تقویت‌کننده 0~10V، حساسیت سنسور 2mV/V، تغذیه 10V، حداکثر خروجی 20mV، بنابراین تقویت‌کننده باید دارای قابلیت تقویت سیگنال باشد).
• دریفت صفر: تغییر در سیگنال خروجی سنسور در طول زمان/دمای بدون بار (مثلاً ±0.01%FS/℃). هرچه دریفت کمتر باشد، پایداری بلندمدت بهتر است.

2. پارامترهای سازگاری با محیط

• محدوده جبران دما: باید دمای عملیاتی واقعی را پوشش دهد (مثلاً -10℃ تا 60℃)، در غیر این صورت دقت به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.
• سطح حفاظت (IP): بر اساس محیط انتخاب شود (همان‌طور که قبلاً ذکر شد).
• توجه: IP67 می‌تواند از غوطه‌وری کوتاه‌مدت (عمق ۱ متر آب به مدت ۳۰ دقیقه) جلوگیری کند، IP68 از غوطه‌وری بلندمدت جلوگیری می‌کند، و IP69K از پاشش فشار قوی جلوگیری می‌کند (مثلاً تمیزکاری در کارخانجات مواد غذایی).
• قابلیت مقاومت در برابر تداخل: در موارد تداخل الکترومغناطیسی، سنسورهای دارای سیم شیلد‌دار (مثلاً سیم‌های شیلد‌دار زوج به‌هم‌تابیده) و گواهی CE/EMC انتخاب شوند؛ در موارد لرزش، سنسورهایی با «سطح مقاومت در برابر لرزش» برابر یا بیشتر از فرکانس لرزش واقعی انتخاب شوند (مثلاً اگر فرکانس لرزش ≤50Hz باشد، سطح مقاومت سنسور در برابر لرزش ≥100Hz باشد).

3. سیگنال خروجی و تغذیه برق

• نوع سیگنال خروجی: باید با تجهیزات بعدی سازگار باشد (تقویت‌کننده‌ها، PLCها، نمایشگرها):
  • سیگنال‌های آنالوگ (رایج): سیگنال‌های ولتاژ (مثلاً 0~5 ولت، 0~10 ولت)، سیگنال‌های جریان (4~20 میلی‌آمپر، مناسب انتقال از مسافت طولانی، مقاومت بالا در برابر تداخل)، سیگنال‌های دیفرانسیلی (مثلاً 2 میلی‌ولت/ولت، نیازمند تقویت‌کننده برای تبدیل);
  • سیگنال‌های دیجیتالی (RS485، باس CAN، پروتکل Modbus): مقاومت بالا در برابر تداخل، قابلیت اتصال مستقیم به PLCها/کامپیوترها بدون نیاز به تقویت‌کننده، مناسب برای وزن‌گیری چند نقطه‌ای (مثلاً 4 سنسور به صورت موازی و شبکه‌ای);
• ولتاژ تغذیه: معمولاً 5 ولت، 10 ولت، 24 ولت DC است. تأمین منبع تغذیه پایدار (نوسان ≤ ±5٪) ضروری است تا از ناپایداری سیگنال‌های خروجی ناشی از نوسان ولتاژ جلوگیری شود.

4. پارامترهای ساختار و نصب

• ساختار خارجی: انتخاب بر اساس روش بارگذاری و فضا:
  • نوع تیر کنسولی: مناسب برای ترازوی پلتفرمی، ترازوهای الکترونیکی میزی (تک‌نقطه‌ای/دو نقطه‌ای، نصب آسان، محدوده 1 کیلوگرم تا 5 تن);
  • نوع پلی/ستونی: مناسب برای مخازن بزرگ و ترازوهای کامیونی (ظرفیت باربری بالا، محدوده 10 تن تا 1000 تن، توانایی خوب در تحمل بار غیرمرکزی);
  • نوع کششی S: مناسب برای وزن‌گیری معلق (به عنوان مثال، جرثقیل‌ها، وزن‌گیری مخازن معلق، محدوده ۱۰ کیلوگرم تا ۵۰ تن، اندازه‌گیری دوطرفه کشش/فشار);
  • نوع نازک/میکرو: مناسب برای فضاهای باریک (به عنوان مثال، ترازوی الکترونیکی کوچک، تجهیزات پزشکی، محدوده ۱ گرم تا ۱۰ کیلوگرم).
• رابط نصب: نوع سوراخ نصب سنسور (سوراخ رزوه‌دار، سوراخ عبوری) و فاصله آن‌ها باید با پایه تجهیزات هماهنگ باشد تا از «خطای بار خارج از مرکز» ناشی از انحراف در نصب (نیروی نامتعادل که دقت را تحت تأثیر قرار می‌دهد) جلوگیری شود.

مرحله ۴: از اشتباهات انتخابی اجتناب کنید و به جزئیات عملی توجه نمایید

۱. اشتباهات متداول در انتخاب

• اشتباه ۱: تمایل به «هرچه دقت بالاتر، بهتر است» — سنسورهای با دقت بالا هزینه بیشتری دارند و شرایط محیطی و نصب سخت‌گیرانه‌تری مطلوب دارند (به عنوان مثال، سنسورهای آزمایشگاهی ممکن است در کارگاه‌های صنعتی به دلیل لرزش، دقت خود را از دست بدهند);
• اشتباه 2: محدوده دقیقاً مطابق با نیازها — بدون ضریب ایمنی، که به راحتی می‌تواند به دلیل ضربه یا بارگذاری بیش از حد (مثلاً بار لحظه‌ای ناشی از سقوط مواد) باعث آسیب به سنسور شود؛
• اشتباه 3: نادیده گرفتن تأثیر بار خارج از مرکز — در توزین چندنقطه‌ای (مثلاً یک سکوی متکی بر 4 سنسور)، عدم انتخاب سنسورهای «ضدبار خارج از مرکز» منجر به نتایج نامتعارف در موقعیت‌های مختلف سکو می‌شود؛
• اشتباه 4: بی‌توجهی به سازگاری سیگنال — سیگنال خروجی سنسور با تقویت‌کننده/PLC سازگار نیست، که نیاز به ماژول‌های تبدیل اضافی دارد و هزینه و نقاط خرابی را افزایش می‌دهد.

2. نکات عملی

• توزین چندنقطه‌ای نیازمند «سازگاری پل» است: هنگامی که چند سنسور به صورت موازی متصل می‌شوند، سنسورهایی با حساسیت و امپدانس خروجی یکسان (انحراف ≤ ±0.1%) انتخاب کنید و از جعبه ترمینال اختصاصی (برای تعادل سیگنال‌ها) استفاده نمایید؛
• سازگاری ماده با محیط: برای سناریوهای معمولی از فولاد ضدزنگ 304 استفاده کنید، برای محیط‌های خورنده از 316L یا سرامیک و برای محیط‌های دمای بالا از آلیاژ اینکونل استفاده نمایید؛
• کالیبراسیون و نگهداری: در سناریوهای تسویه مالی، سنسورهای «قابل کالیبراسیون» را که گواهی‌های قانونی مانند OIML و NTEP را دارا هستند انتخاب کنید؛ برای سناریوهای صنعتی، دوره کالیبراسیون (مثلاً یک بار در سال) را در نظر بگیرید و سنسورهایی با فرآیند کالیبراسیون ساده انتخاب نمایید؛
• صلاحیت تأمین‌کنندگان: تأمین‌کنندگانی را که دارای تجربه صنعتی و پشتیبانی فنی (مانند راهنمایی نصب، تنظیم سیگنال) هستند، اولویت دهید تا از سنسورهای ارزان و کیفیت پایین (که در کوتاه‌مدت قابل استفاده هستند اما دارای انحراف بلندمدت زیاد و عمر مفید کوتاهی می‌باشند) اجتناب شود.

مثال‌هایی از انتخاب بر اساس سناریوهای نمونه (مرجع سریع)

خلاصه: منطق اصلی انتخاب

جوهره انتخاب سلول بار، تطبیق لایه‌به‌لایه «نیازها → نوع → پارامترها → جزئیات» است: ابتدا مشخص کنید «چه چیزی را باید اندازه‌گیری کرد، کجا و چگونه نصب شود»، سپس نوع حسگر مناسب را انتخاب کنید و در نهایت با پارامترهای اصلی (محدوده، دقت، حفاظت، سیگنال) به اجرای دقیق آن بپردازید و در عین حال از اشتباهات دوری کنید و به جزئیات عملی (مانند نصب، کالیبراسیون، سازگاری) توجه نمایید.

اگر در مورد پارامترهای خاصی مطمئن نیستید، می‌توانید اطلاعات زیر را ارائه دهید تا با تأمین‌کننده مشورت کنید:

① بیشترین مقدار وزن (شامل وزنه‌های کمکی);

② نیازمندی به دقت;

③ وضعیت دما و رطوبت محیط کار و همچنین خوردگی;

④ روش نصب (کششی/فشاری/اندازه فضا);

⑤ تجهیزات متصل بعدی (به عنوان مثال، مدل PLC، نوع تقویت‌کننده) و تامین‌کننده می‌تواند توصیه‌های هدفمند ارائه دهد.