Capteur de force de type S CZL302AC

Introduction du produit

La cellule de charge de type S est un élément de détection sensible à la force basé sur le principe de résistance à la déformation, dont la structure centrale est un élastomère en forme de S symétrique. Lorsqu'elle est soumise à une force, la déformation en traction ou en compression de l'élastomère entraîne une variation de résistance du jauges de contrainte, qui est ensuite convertie en signaux électriques normalisés. Elle combine des avantages tels qu'une capacité de charge bidirectionnelle, une installation flexible et une précision stable, et est largement utilisée dans des scénarios de mesure de forces de traction, de compression et combinées pour des charges moyennes et faibles. Les détails suivants sont présentés selon les dimensions principales afin de répondre aux besoins de produit sélection, d'évaluation technique et de rédaction de solutions :

1. Caractéristiques et fonctions du produit

Caractéristiques Principales

Conception de la structure: Adopte une structure intégrée en élastomère en forme de S (épaisseur 5-30 mm, longueur 30-200 mm), avec une répartition concentrée et symétrique des contraintes, supporte une force bidirectionnelle (la traction et la compression peuvent être mesurées), possède de fortes capacités de résistance à la torsion et aux forces transversales (peut supporter des forces transversales de ±10 % à ±15 % de la charge nominale) et une haute efficacité de transmission de la force.

• Performance de précision : Les niveaux de précision couvrent C2-C6, les modèles principaux atteignant C3, avec une erreur de non-linéarité ≤ ±0,02 %FS, une erreur de répétabilité ≤ ±0,01 %FS, une dérive du zéro ≤ ±0,003 %FS/℃, et une faible atténuation de précision dans les scénarios de mesure dynamique de charges moyennes et faibles.

• Matériau et Protection : L'élastomère utilise couramment de l'acier allié à haute résistance (résistance à l'écoulement ≥850 MPa) ou de l'acier inoxydable 304/316L, avec un traitement de surface par placage au nickel ou revêtement en poudre (traitement passivant pour les types résistants à la corrosion) ; le niveau de protection est généralement IP65/IP67, et les modèles sur mesure pour environnements humides peuvent atteindre IP68, adaptés aux applications industrielles courantes ainsi qu'à certains environnements spéciaux.

• Compatibilité d'installation : Les deux extrémités sont conçues avec des filetages internes, des filetages externes ou des structures d'anneau de levage, prenant en charge diverses méthodes d'installation telles que crochets, anneaux de levage et brides, offrant une grande flexibilité d'installation, adaptables à des scénarios de force multidirectionnels tels que verticaux, horizontaux et inclinés, et principalement utilisés de manière indépendante.

Fonctions principales

• Mesure bidirectionnelle de la force : Prend en charge la mesure statique et dynamique de la traction et de la compression (temps de réponse ≤6 ms), avec une plage de mesure couvrant 0,01 t à 50 t, les applications standard étant concentrées entre 0,1 t et 20 t, et certains modèles haute précision pouvant mesurer des plages inférieures jusqu'à 0,001 t.

• Sortie de signal normalisée : Fournit des signaux analogiques (4-20 mA, 0-5 V, 0-10 V) et des signaux numériques (RS485/Modbus RTU), et certains modèles intelligents prennent en charge le protocole Profibus, permettant une connexion directe aux instruments de pesage, automates programmables (PLC), écrans tactiles industriels et autres dispositifs.

• Fonctions de sécurité et de protection : Intègre une compensation de température sur une large plage de température (-20℃~80℃), dispose d'une protection contre les surcharges (120 % à 200 % de la charge nominale, généralement 150 % dans les scénarios de traction), et certains modèles incluent des broches de positionnement anti-torsion et des conceptions de jonctions anti-déboîtement de câble.

• Stabilité à long terme : Durée de vie en fatigue ≥10⁶ cycles de charge, dérive annuelle ≤±0,02 %FS sous charge nominale, adapté aux scénarios de surveillance de force intermittents ou continus.

2. Problèmes fondamentaux résolus

• Difficulté de mesure bidirectionnelle de la force : Permettant de pallier la limitation des capteurs traditionnels qui ne peuvent mesurer la force que dans un seul sens, la structure en forme de S peut mesurer précisément les forces de traction et de compression simultanément (comme les variations de force lors de la levée et de l'abaissement de matériaux), répondant ainsi au besoin de surveillance bidirectionnelle de la force dans des scénarios tels que le levage et la traction.

• Adaptabilité aux scénarios d'installation complexes : Grâce à des méthodes de connexion flexibles et à une structure compacte, il résout les difficultés d'installation dans les équipements à espace restreint et soumis à des forces multi-angles application (comme la pesée de trémies inclinées et la surveillance de la tension des lignes de convoyage suspendues), éliminant ainsi la nécessité de modifier en grande ampleur la structure des équipements.

• Précision insuffisante en charge légère/petite plage : Dans la plage réduite de 0,1 t à 5 t, en optimisant la position de collage des jauges de contrainte et la conception de la contrainte de l'élastomère, l'erreur de mesure est maintenue inférieure à ±0,01 % de la pleine échelle (PE), répondant ainsi aux exigences de haute précision des applications en charge légère dans les laboratoires, la transformation alimentaire, etc.

• Surveillance des fluctuations dynamiques de tension : Avec un temps de réponse ≤ 6 ms, il peut capturer précisément les fluctuations de tension pendant les processus de production continue de câbles, de films, etc., résolvant ainsi les problèmes de qualité des produits causés par une tension instable dans des industries telles que le textile et l'imprimerie.

• Problèmes de compatibilité dans la collaboration multi-équipements : Une sortie de signal standardisée et la prise en charge de multiples protocoles permettent de résoudre les difficultés d'interfaçage avec les systèmes de contrôle de différentes marques (comme les automates Siemens série S7 et les systèmes Delta DCS), réduisant ainsi les erreurs et coûts liés à la conversion de signal.

3. Utilisateur Expérience

• Facilité d'installation : Interfaces filetées/à oeillets normalisées, avec des pièces de raccordement standard (comme des boulons et des manilles), ne nécessitant pas d'outils d'installation spéciaux. Une seule personne peut effectuer l'installation et le positionnement d'un capteur individuel en moins de 15 minutes, avec des exigences faibles quant à la planéité de la surface d'installation (une erreur de planéité ≤ 0,1 mm/m est suffisante).

• Fonctionnement et étalonnage : Prend en charge la remise à zéro par une seule touche sur l'instrument de pesage, simplifie le processus d'étalonnage en deux points (nécessite uniquement des masses étalons de 10 % et 100 % de la charge nominale), et les modèles numériques peuvent être étalonnés à distance via une application mobile ou un ordinateur hôte, permettant à des personnes non spécialisées d'opérer rapidement.

• Coût de maintenance maîtrisé : La structure étanche isole efficacement la poussière et l'humidité, avec un taux de défaillance annuel moyen ≤ 0,4 % ; la conception modulaire des composants principaux ( jauges de Contrainte , blocs de bornes) permet le remplacement individuel des pannes locales, réduisant ainsi les coûts de remplacement globaux.

• Rétroaction de données intuitive : Fluctuation des données de mesure statique ≤ ±0,005 %FS, sans retard notable dans les scénarios dynamiques ; les modèles numériques sont dotés d'alertes intégrées en cas de surcharge, de sous-tension, etc., affichées visuellement via des voyants lumineux ou des interfaces logicielles pour un dépannage facile et rapide.

• Adaptabilité flexible aux scénarios : Le même capteur peut commuter entre les modes de mesure en traction/compression sans remplacer le matériel, répondant ainsi aux besoins d'équipements partagés sur plusieurs processus et améliorant l'utilisation du matériel.

4. Scénarios d'application typiques

1) Scénarios de mesure en traction/tension

• Contrôle de la tension du câble/corde : surveillance de la tension des machines de tréfilage dans les industries textiles et des câbles. Les capteurs de type S sont connectés en série au mécanisme de traction, fournissant une rétroaction en temps réel sur les valeurs de tension et ajustant de manière coordonnée la vitesse de traction afin d'assurer un diamètre de câble uniforme.

• Essais de traction sur matériaux : Mesure de la résistance en traction effectuée par des machines d'essai dans des laboratoires. Les modèles de précision C2 peuvent satisfaire aux exigences d'essai de résistance à la traction pour des matériaux tels que les fils métalliques et les films plastiques, avec une erreur de répétabilité des données ≤ ±0,01 %.

• Surveillance de la traction des équipements de levage : Contrôle de limite de charge pour petits ponts roulants et palans électriques. Installé entre le crochet et le bras, il déclenche une alarme et coupe l'alimentation en cas de surcharge afin de garantir la sécurité de fonctionnement.

2) Scénarios de pesage suspendu

• Pesage de trémies/réservoirs suspendus : Pesage de cuves de dosage suspendues dans les industries chimique et agroalimentaire. Un ou deux capteurs sont suspendus et installés symétriquement pour pallier le manque d'espace au sol, avec une précision allant jusqu'à ±0,02 %EM.

• Pesage suspendu dans la transformation alimentaire : pesage et tri suspendus dans les industries de l'abattage et des produits aquatiques. Les modèles en acier inoxydable (316L) répondent aux normes d'hygiène alimentaire, sont faciles à nettoyer et à désinfecter, et conviennent aux opérations en ligne de production.

3) Fabrication d'instruments de pesage de petite et moyenne taille

• Systèmes de pesage à crochet / balances portables : unités de détection principales pour balances à crochet de 0,5 t à 20 t. Leur structure compacte convient à la conception du boîtier de la balance, et leur résistance aux chocs permet de supporter une surcharge instantanée pendant les opérations de levage.

• Systèmes de pesage sur bande transporteuse / pesage dynamique : modules de pesage dynamique pour bandes transporteuses. Installés sur les supports des rouleaux de la bande, ils calculent indirectement le poids du matériau en mesurant la tension de la bande, s'adaptant ainsi aux scénarios de transport continu.

4) Équipements scientifiques et matériels expérimentaux

• Essais biomécaniques : surveillance de la force exercée par les équipements médicaux de rééducation (par exemple, essai de force des prothèses). Les modèles à petite échelle et haute précision (0,01 t - 1 t) permettent de capturer des variations minimes de la valeur de force.

• Contrôle de force à l'extrémité des robots : Rétroaction de force pour le mécanisme de préhension des robots industriels. En mesurant la force de préhension, la force de serrage est ajustée afin d'éviter d'endommager des pièces fragiles (comme le verre ou la céramique).

5) Applications industrielles spéciales

• Industrie pharmaceutique : Contrôle de pression des machines de remplissage de gélules pharmaceutiques. Les modèles en acier inoxydable hygiénique répondent aux normes GMP, permettant un contrôle précis de la pression de remplissage afin d'assurer une dosage uniforme des gélules.

• Industrie de l'imprimerie et de l'emballage : Surveillance de la tension des machines d'impression de films. L'ajustement en temps réel des vitesses de déroulage et de rembobinage évite l'étirement, la déformation ou la rupture du film, améliorant ainsi la précision d'impression.

5. Instructions d'utilisation (guide pratique)

1) Processus d'installation

• Préparation : Nettoyer les points de connexion d'installation (éliminer les bavures et les taches d'huile), vérifier l'aspect du capteur (aucune déformation de l'élastomère, aucun dommage au câble) et sélectionner la méthode de connexion appropriée selon la direction de la force (choisir un anneau de levage pour la traction, et une fixation par boulon pour la compression).

• Positionnement et fixation : S'assurer que la charge est transmise le long de la direction axiale du capteur afin d'éviter les forces latérales et les forces de torsion ; utiliser une clé dynamométrique lors du serrage des boulons (un couple de 10 à 30 N·m est recommandé pour les capteurs en acier allié, 8 à 25 N·m pour l'acier inoxydable) afin d'éviter d'endommager les filetages par un serrage excessif.

• Spécification du câblage : Pour les signaux analogiques, respecter la règle suivante : « rouge - alimentation +, noir - alimentation -, vert - signal +, blanc - signal - » ; pour les signaux numériques, effectuer le raccordement selon la correspondance des broches Modbus ; le câble doit être solidement fixé afin d'éviter toute traction mécanique, et le câblage doit être éloigné des sources fortes de perturbations telles que les variateurs de fréquence (distance ≥ 20 cm).

• Traitement de protection : Pour une installation en extérieur, il est nécessaire d'ajouter une protection contre la pluie ; dans un environnement humide ou corrosif, placer le connecteur câble dans une boîte de jonction étanche, et la surface du capteur peut être enduite d'huile anti-corrosion de qualité alimentaire (pour l'industrie agroalimentaire).

2) Étalonnage et mise au point

• Étalonnage du zéro : Mettre sous tension et préchauffer pendant 15 minutes, exécuter la commande « étalonnage du zéro », s'assurer que la sortie au zéro se situe dans une plage de ±0,002 % EN, et si l'écart est trop important, vérifier la présence d'une force latérale au niveau de l'installation.

• Étalonnage de charge : Placer des poids étalons de 10 %, 50 % et 100 % de la charge nominale successivement, enregistrer les signaux de sortie à chaque point, corriger l'erreur de linéarité à l'aide d'un logiciel d'étalonnage, et s'assurer que l'erreur ≤ la valeur admissible du niveau de précision correspondant (≤ ±0,02 % FS pour le niveau C3).

• Débogage dynamique : Dans des scénarios dynamiques tels que la surveillance de tension, régler la fréquence de filtrage du dispositif (5-12 Hz) afin d'équilibrer la rapidité de réponse et la stabilité des données, et éviter les fausses alertes causées par des fluctuations haute fréquence.

3) Maintenance courante

• Inspection régulière : Nettoyer la surface du capteur mensuellement, vérifier si les raccords filetés sont desserrés ; effectuer un étalonnage à zéro une fois par trimestre, réaliser un étalonnage complet à pleine échelle une fois par an, et enregistrer les données d'étalonnage pour référence ultérieure.

• Gestion des pannes : En cas de dérive des données, vérifiez d'abord la tension d'alimentation (stable entre 12 et 24 V CC) ; en l'absence de signal de sortie, vérifiez si le câble est rompu ou si le capteur est en surcharge (une surcharge supérieure à 200 % de la charge nominale peut provoquer des dommages).

6. Méthode de sélection (correspondance précise aux besoins)

1) Détermination des paramètres principaux

• Sélection de la plage : Choisissez le modèle selon 1,2 à 1,5 fois la valeur maximale réelle de force (par exemple, si la force de traction maximale est de 8 t, un capteur de 10 à 12 t peut être sélectionné). Pour les applications de traction, une marge de surcharge supplémentaire de 10 % doit être prévue afin d'éviter les dommages dus aux charges d'impact.

• Classe de précision : Pour les essais en laboratoire, choisir la classe C2 (erreur ≤ ±0,01 %FS) ; pour la métrologie industrielle, choisir la classe C3 (erreur ≤ ±0,02 %FS) ; pour une surveillance générale, choisir la classe C6 (erreur ≤ ±0,03 %FS).

• Type de signal : Pour les instruments de pesage traditionnels, choisir des signaux analogiques (4 - 20 mA) ; pour les systèmes intelligents, choisir des signaux numériques (RS485) ; pour les scénarios d'IoT industriel, choisir des modèles intelligents avec transmission sans fil (WiFi/4G).

2) Sélection selon l'adaptabilité environnementale

• Température : Pour des scénarios normaux (-20 °C ~ 60 °C), sélectionnez les modèles ordinaires ; pour des scénarios à haute température (60 °C ~ 100 °C), sélectionnez les modèles compensés en température élevée ; pour des scénarios à basse température (-40 °C ~ -20 °C), sélectionnez les modèles résistants au froid.

• Milieu : Pour les environnements secs, sélectionnez l'acier allié (revêtement de poudre en surface) ; pour les environnements humides ou alimentaires, sélectionnez l'acier inoxydable 304 ; pour les environnements à corrosion chimique, sélectionnez l'acier inoxydable 316L. • Classe de protection : Pour les environnements intérieurs et secs, ≥IP65 ; pour les environnements extérieurs ou humides, ≥IP67 ; pour les environnements sous l'eau ou très poussiéreux, ≥IP68.

3) Installation et compatibilité du système

• Méthode d'installation : Pour des applications en traction, sélectionnez la fixation par œillet ; pour des applications en compression, sélectionnez la fixation par boulon ; pour des applications avec force inclinée, sélectionnez des modèles avec broches de positionnement ; pour des espaces limités, privilégiez les modèles compacts avec une longueur ≤50 mm.

• Compatibilité : Vérifiez que le signal du capteur correspond au protocole de communication du compteur/PLC existant. Lorsque plusieurs capteurs fonctionnent ensemble, sélectionnez des modèles numériques prenant en charge la configuration d'adresses afin d'éviter les conflits de signal.

4) Confirmation des exigences supplémentaires

• Exigences de certification : Pour les environnements antidéflagrants, la certification Ex ia IIC T6/Ex d IIB T4 est requise ; pour l'industrie alimentaire, la certification FDA/GMP est requise ; pour les applications métrologiques, la certification CMC est requise.

• Fonctions spéciales : Pour la surveillance dynamique de la tension, sélectionnez des modèles avec un temps de réponse ≤5 ms ; pour la surveillance à distance, sélectionnez des modèles équipés d'un module NB-IoT ; pour les environnements hygiéniques, sélectionnez des modèles de qualité hygiénique avec un polissage sans angles morts (Ra ≤0,8 μm).

Résumé

Les cellules de charge de type S présentent comme avantages principaux « la capacité de support de force bidirectionnelle, une installation flexible et une haute précision sous de faibles charges », répondant principalement à des problématiques telles que la surveillance de force bidirectionnelle, l'installation dans des scénarios complexes et le contrôle de précision sous faibles charges. L'expérience utilisateur met l'accent sur une manipulation facile, un entretien sans contrainte et une forte adaptabilité à divers scénarios. Lors du choix d'une cellule de charge, il est nécessaire de définir clairement la plage, la précision, le sens de la force et les exigences environnementales, puis de prendre une décision en fonction de la compatibilité avec le système et des fonctions supplémentaires. Pendant l'utilisation, il convient d'éviter les forces latérales et les surcharges, et de suivre strictement les procédures de calibration régulières afin d'assurer un fonctionnement stable à long terme. Elle convient aux applications telles que la mesure de tension, la pesée suspendue et les instruments de pesée à faible charge, et constitue la solution de détection privilégiée pour les scénarios de surveillance de charges moyennes et faibles ainsi que de forces bidirectionnelles.

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