Capteur en élastomère CZL201

Introduction du produit

La cellule de charge de type à rayons est un élément de détection sensible à la force basé sur le principe de la résistance de déformation, utilisant un élastomère en forme de rayon comme structure centrale. Lorsqu'elle est soumise à une force, la déformation de l'élastomère entraîne une variation de la résistance des jauges de déformation, qui est ensuite convertie en un signal électrique mesurable. Elle combine des avantages tels qu'une structure compacte et une excellente capacité de résistance aux charges excentrées, et est largement utilisée dans des applications de pesage à charges moyennes ou faibles et en espace limité. Ce qui suit fournit une explication détaillée à partir des dimensions fondamentales 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 structurelle : Adopte une structure intégrée de type rayon (la jante et le moyeu sont reliés par des rayons, avec une hauteur généralement comprise entre 20 et 80 mm), caractérisée par une répartition uniforme de la rigidité, une excellente résistance à la charge excentrée/force latérale (capable de supporter une force de charge excentrée de ±15 % à ±20 % de la charge nominale), dispersant efficacement l'impact des charges non axiales, ainsi qu'une grande stabilité mécanique.

• Performance de précision : Les niveaux de précision couvrent C2 à C6, les modèles courants atteignant C3. Erreur de non-linéarité ≤ ±0,02 %FS, erreur de répétabilité ≤ ±0,01 %FS, dérive du zéro contrôlée à ≤ ±0,003 %FS/°C, et bonne conservation de la précision dans des scénarios de charge dynamique intermittente.

• Matériaux et protection : L'élastomère utilise couramment de l'acier allié (résistance élastique ≥ 900 MPa) ou de l'acier inoxydable 304/316L, dont la surface est passivée ou nickelée pour améliorer la résistance à la corrosion ; le niveau de protection est typiquement IP66/IP67, et des modèles personnalisés spéciaux peuvent atteindre IP68, adaptés aux environnements industriels humides et poussiéreux.

• Compatibilité d'installation : Les faces supérieure et inférieure utilisent une fixation par boulons ou un raccordement par bride, certains modèles supportant une adaptation filetée, une faible hauteur d'installation (minimale jusqu'à 18 mm), adaptée aux espaces restreints principalement soumis à des forces verticales, et pouvant être utilisée individuellement ou en combinaisons multiples.

Fonctions principales

• Détection de la valeur de poids/force : Prend en charge la pesée statique et la pesée quasi-dynamique (temps de réponse ≤ 8 ms), avec une plage de mesure allant de 0,1 t à 200 t, les applications typiques se situant dans la plage de 1 t à 50 t. Certains modèles sur mesure peuvent répondre à des exigences spéciales supérieures à 200 t.

• Sortie du signal : Fournit des signaux analogiques standards (4 - 20 mA, 0 - 5 V, 0 - 10 V) et des signaux numériques (RS485/Modbus RTU), certains modèles intelligents prenant en charge le protocole CANopen, permettant une connexion directe aux systèmes PLC, DCS et de gestion de pesée.

• Fonctions supplémentaires : Intègre une compensation de température sur une large plage de température (-30°C - 80°C), dispose d'une protection contre les surcharges (150 % - 250 % de la charge nominale), les modèles antidéflagrants sont certifiés Ex d IIB T4 Ga/Ex ia IIC T6 Ga, et certains modèles intègrent une conception anti-arrachement du câble.

• Fiabilité à long terme : Durée de vie en fatigue ≥ 10⁷ cycles de charge, excellente stabilité en fonctionnement continu sous charge nominale, dérive annuelle ≤ ±0,015 %FS, adapté au fonctionnement continu prolongé dans des environnements industriels.

2. Problèmes fondamentaux résolus

• Mesure inexacte dans des conditions de charge excentrée : Pour remédier au problème d'erreur excessive des capteurs traditionnels sous des charges non axiales, l'optimisation de la transmission de la force dans la structure à rayons permet de limiter l'erreur de charge excentrée à ±0,03 % de la pleine échelle (FS), résolvant ainsi les problèmes de précision dans des scénarios tels que l'excentricité des silos ou l'impact des matériaux.

• Installation difficile dans des espaces restreints : Grâce à ses caractéristiques structurelles « courtes et épaisses » (diamètre 50 - 200 mm, hauteur 20 - 80 mm), il résout les problèmes d'adaptation à l'installation dans des environnements à espace limité tels que l'intérieur d'équipements, les petits instruments de pesage et les modules de pesage intégrés, sans nécessiter d'espace supplémentaire superflu.

• Sensible aux dommages sous vibrations et chocs : La répartition des contraintes de l'élastomère à rayons est plus uniforme, et sa résistance aux chocs est améliorée de plus de 30 % par rapport aux capteurs de type colonne, évitant efficacement la déformation permanente du capteur dans des scénarios tels que les vibrations mécaniques ou les chutes de matériaux, et prolongeant ainsi sa durée de vie.

• Adaptabilité insuffisante à plusieurs scénarios : Grâce à une amélioration des matériaux (par exemple, acier inoxydable 316L) et à une protection renforcée (IP68), cela résout le problème de corrosion des capteurs dans des environnements humides et corrosifs tels que la transformation alimentaire et le dosage chimique, tandis que le modèle antidéflagrant répond aux exigences de sécurité dans les environnements inflammables et explosifs.

• Intégration et raccordement du système complexes : Il prend en charge plusieurs types de sorties de signal et les protocoles industriels courants, résout les problèmes de compatibilité avec les API de différentes marques (par exemple, Mitsubishi, Schneider) et les instruments de pesage, et réduit l'investissement dans des équipements intermédiaires tels que les convertisseurs de signal.

3. Expérience Utilisateur

• Facilité d'installation : Des trous de montage normalisés sur la face terminale et des surfaces de référence de positionnement, combinés à des joints de montage dédiés et à des boulons de fixation, permettent d'obtenir un positionnement horizontal sans avoir besoin d'outils de calibration professionnels, et une seule personne peut effectuer l'installation et la mise en service d'un capteur individuel en moins de 30 minutes.

• Fonctionnement et étalonnage : Il prend en charge la mise à zéro par une seule touche et l'étalonnage à deux points sur l'instrument, simplifie le processus d'étalonnage (nécessitant uniquement des masses étalons de 20 % et 100 % de la charge nominale), et le modèle numérique permet d'effectuer à distance l'étalonnage et la configuration des paramètres via un logiciel sur ordinateur hôte, réduisant ainsi le seuil d'opération.

• Coût d'entretien réduit : La structure entièrement scellée réduit l'entrée de poussière et d'humidité, avec un taux de défaillance annuel moyen ≤ 0,3 % ; le bloc de bornes adopte une conception anti-démontage, et l'interface du câble dispose d'un joint étanche à la poussière et à l'eau, nécessitant uniquement un nettoyage trimestriel et une inspection des points zéro en utilisation quotidienne, avec une faible charge d'entretien.

• Retour d'information des données : La fluctuation des données de pesage statique est ≤ ±0,005 %FS, sans retard notable dans les scénarios quasi-dynamiques ; le modèle numérique intègre un module de diagnostic d'erreur capable de fournir un retour en temps réel sur les états de surcharge, de coupure ou de température anormale, facilitant une localisation rapide des problèmes.

• Expérience de compatibilité : Il est compatible avec plus de 95 % des dispositifs de contrôle de pesage présents sur le marché, prend en charge la répartition automatique de la charge lorsque plusieurs capteurs sont utilisés en parallèle, sans besoin d'équilibreurs supplémentaires ; le modèle intelligent peut être directement connecté à une plateforme de l'Internet industriel des objets pour permettre une surveillance à distance des données.

4. Scénarios d'application typiques

1) Fabrication d'équipements industriels de pesage
• Petites et moyennes balances de plate-forme/balances au sol : unités de détection principales pour balances de plate-forme et balances au sol de 1 à 50 tonnes, à structure compacte adaptée à une installation interne dans les équipements de pesage, dotées de caractéristiques de compensation des charges excentrées garantissant une cohérence de précision à différentes positions de pesage (par exemple, balances de prix pour supermarchés, balances au sol pour ateliers).
• Équipements de pesage sur mesure : utilisés pour les balances électroniques antidéflagrantes et les balances chimiques résistantes à la corrosion ; le matériau 316L associé à une certification antidéflagrante peut répondre aux exigences des industries spécifiques, tandis que la structure à rayons s'adapte à la conception structurelle diversifiée des équipements de pesage.

2) Matériels pour le génie civil et la construction
• Pesage des chargeuses/pelles : installé dans le système hydraulique de la benne, pesage indirect par détection de la pression hydraulique, la structure à rayons possède de fortes capacités de résistance aux vibrations et aux chocs, s'adapte à l'environnement de travail sévère des engins de chantier, avec une précision pouvant atteindre ±0,5 %EN.
• Surveillance de la pression des supports hydrauliques : Contrôle de la résistance au travail des supports hydrauliques dans les mines de charbon, à l'aide de capteurs à rayons antidéflagrants dotés d'un niveau de protection IP67, capables de fonctionner de manière stable sur le long terme dans des environnements poussiéreux et humides, fournissant un appui de données pour la sécurité des supports.

3) Contrôle des procédés industriels
• Pesage des citernes et silos de petite et moyenne taille : pesage des cuves de dosage et des silos tampons dans les industries pharmaceutique et alimentaire, avec 4 capteurs installés symétriquement ; les caractéristiques anti-charge excentrée résolvent le problème de décalage du centre de gravité de la citerne, et coopèrent avec le système de contrôle pour assurer un alimentation précise.
• Pesage des machines d'emballage : modules de pesage dynamique pour machines d'emballage de particules et machines de remplissage liquide, avec un temps de réponse ≤8 ms permettant de répondre aux exigences d'emballage à grande vitesse, et une précision maintenue dans une fourchette de ±0,1 %EM afin de garantir la conformité aux normes métrologiques d'emballage.

4) Essais de matériaux et équipements de recherche scientifique
• Machines d'essai de traction/compression : mesure statique de l'effort dans les essais de mécanique des matériaux ; une précision de niveau C2 peut satisfaire les besoins d'essais de niveau scientifique, et la structure à rayons assure une répartition uniforme des contraintes, garantissant la répétabilité et la précision des données d'essai.
• Équipements d'essai de fatigue : Surveillance de la charge lors des essais de durée de vie en fatigue des composants, avec une durée de vie en cycles ≥10⁷ fois et des propriétés mécaniques stables, permettant de répondre aux besoins des expériences de tests à long terme.

5) Applications industrielles spéciales
• Industries alimentaire et pharmaceutique : Capteurs en acier inoxydable sanitaire 316L, avec traitement de polissage de surface (Ra ≤ 0,8 μm), conformes aux normes GMP, utilisés pour la pesée des matières premières, la dosage des produits finis et d'autres procédés, facilitant le nettoyage et la désinfection.
• Mines et métallurgie : Capteurs à rayons haute température (température de compensation -40 °C ~ 120 °C), utilisés pour les équipements de tri des minerais et la pesée des trémies de fours métallurgiques, capables de s'adapter aux conditions d'utilisation en environnements chauds et poussiéreux.

5. Instructions d'utilisation (guide pratique)

1) Processus d'installation

• Préparation : Nettoyer la surface de montage (s'assurer qu'elle est plane et sans bavure, avec une erreur de planéité ≤0,05 mm/m), inspecter l'aspect du capteur (l'élastomère doit être sans déformation et le câble intact), et vérifier la compatibilité des spécifications des boulons de montage avec le capteur.

• Positionnement et fixation : Placer le capteur verticalement sur la platine de montage afin de garantir une transmission axiale de la charge, utiliser une clé dynamométrique pour le serrer selon le couple spécifié (15-40 N·m recommandé pour les capteurs en acier allié, 10-30 N·m pour l'acier inoxydable), et éviter un serrage excessif afin de prévenir tout dommage à l'élastomère.

• Spécifications de câblage : Pour les signaux analogiques, suivez le principe de câblage suivant : « rouge - alimentation +, noir - alimentation -, vert - signal +, blanc - signal - » ; pour les signaux numériques, connectez les broches correspondantes selon le protocole Modbus ; le câblage doit être éloigné des sources d'interférences électromagnétiques fortes (telles que les variateurs de fréquence et les câbles haute tension), avec une distance ≥15 cm.

• Traitement de protection : Lors d'une installation en extérieur ou dans des environnements humides, utilisez des boîtiers de branchement étanches pour sceller les raccords de câble, et installez des couvre-poussières sur les parties exposées du capteur ; dans des environnements corrosifs, appliquez un revêtement anticorrosion spécial sur les surfaces non sollicitées.

2) Étalonnage et mise au point

• Étalonnage du zéro : Allumez l'appareil et laissez-le chauffer pendant 20 minutes, puis exécutez la commande « étalonnage du zéro » via l'instrument de pesage ou l'ordinateur hôte afin de garantir que la sortie au zéro se situe dans une plage de ±0,002 %FS ; si l'écart est trop important, vérifiez le niveau d'installation.

• Étalonnage de charge : Placez successivement des masses étalons correspondant à 20 % et 100 % de la charge nominale, enregistrez les valeurs du signal de sortie du capteur, corrigez l'erreur de linéarité à l'aide d'un logiciel d'étalonnage, et assurez-vous que l'erreur à chaque point de charge soit inférieure ou égale à la valeur admissible pour la classe de précision correspondante (par exemple, ≤±0,02 %FS pour la classe C3).

• Mise au point dynamique : Dans un scénario quasi-dynamique, ajustez les paramètres de filtrage de l'instrument (fréquence de filtrage 8-15 Hz), testez la rapidité de réponse du capteur et la stabilité des données, et évitez les fluctuations de signal causées par l'impact du matériau.

3) Maintenance courante

• Inspection régulière : Nettoyer la poussière et l'huile sur la surface du capteur mensuellement, vérifier le serrage des bornes de câblage ; effectuer un étalonnage à zéro tous les six mois, et réaliser un étalonnage complet ainsi que des tests de performance une fois par an.

• Traitement des pannes : En cas de dérive des données, vérifiez d'abord la tension d'alimentation (stable entre 10 et 30 V CC) et la planéité de la surface d'installation ; si le signal est anormal, vérifiez si le câble est endommagé ou si la jauge de contrainte est en surcharge et endommagée, et remplacez le capteur si nécessaire.

6. Méthode de sélection (correspondance précise aux exigences)

1) Détermination des paramètres principaux

• Sélection de la plage : Choisir un modèle dont la plage est 1,3 à 1,6 fois la charge maximale réelle (par exemple, pour une charge maximale de 10 t, un capteur de 13 à 16 t peut être sélectionné), en laissant une marge suffisante de surcharge pour éviter les dommages dus aux charges d'impact.

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

• Type de signal : Pour les systèmes de contrôle traditionnels, sélectionnez des signaux analogiques (4 - 20 mA) ; pour les systèmes IoT intelligents, sélectionnez des signaux numériques (RS485) ; pour les engins de chantier, sélectionnez des modèles avec le protocole CANopen.

2) Sélection selon l'adaptabilité environnementale

• Température : Pour des scénarios normaux (-30 °C ~ 60 °C), sélectionnez des modèles ordinaires ; pour des scénarios à haute température (60 °C ~ 120 °C), sélectionnez des modèles à compensation de haute température ; pour des scénarios à basse température (-50 °C ~ -30 °C), sélectionnez des modèles résistants au froid.

• Milieu : Pour les environnements secs, sélectionnez l'acier allié ; pour les environnements humides/légèrement corrosifs, sélectionnez l'acier inoxydable 304 ; pour les environnements fortement corrosifs (solutions acido-basiques), sélectionnez l'acier inoxydable 316L ou des matériaux en Hastelloy.

• Classe de protection : Pour des environnements intérieurs secs, ≥IP66 ; pour des environnements extérieurs/humides, ≥IP67 ; pour des environnements sous l'eau ou très poussiéreux, ≥IP68.

3) Installation et compatibilité du système

• Méthode d'installation : Pour des espaces restreints, sélectionnez des raccords à vis en bout ; pour des scénarios à forte charge, sélectionnez des raccords à bride ; s'il existe une charge excentrée notable, privilégiez des modèles renforcés avec une erreur de charge excentrée ≤ ±0,01 %FS.

• Compatibilité : Vérifiez que le signal du capteur correspond au protocole de communication de l'instrument/PLC existant. Lorsque plusieurs capteurs sont utilisés en combinaison, sélectionnez des modèles numériques prenant en charge le codage d'adresse afin d'éviter les conflits de signal. 4) Confirmation des exigences supplémentaires

• Exigences de certification : Les environnements explosifs nécessitent une certification de degré antidéflagrant correspondante (par exemple, Ex d I pour les mines de charbon, Ex ia IIC T6 pour les industries chimiques), l'industrie alimentaire exige une certification FDA/GMP, et les applications de métrologie requièrent une certification CMC.

• Fonctions spéciales : Pour la pesée dynamique, sélectionnez des modèles avec un temps de réponse ≤ 5 ms ; pour la surveillance à distance, sélectionnez des modèles intelligents équipés de modules sans fil LoRa/NB-IoT ; pour les scénarios à haute température, sélectionnez des modèles spéciaux dotés de puces de compensation thermique.

Résumé

Le capteur de pesage de type rayon présente les avantages principaux suivants : « forte résistance à la charge décentrée, structure compacte et grande stabilité », ce qui permet de résoudre le problème du pesage précis dans des conditions de charges moyennes et faibles, d'espace limité et de charge décentrée. L'expérience utilisateur met l'accent sur une installation pratique, un entretien sans souci et des données fiables. Lors du choix, les quatre exigences fondamentales de la plage, de la précision, de l'espace d'installation et de l'environnement doivent être prioritaires, en les associant aux décisions concernant la compatibilité du système et les fonctions supplémentaires. Pendant l'utilisation, le principe de l'installation en force axiale et les spécifications de calibration régulières doivent être strictement respectés afin d'assurer un fonctionnement stable à long terme. Il convient aux champs d'application tels que les balances industrielles, les engins de chantier, la régulation de processus, et constitue une solution idéale de capteur de pesage pour des charges moyennes et faibles ainsi que pour des scénarios d'installation particuliers.

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