Vadovas apkrovos jutiklių pasirinkimui

Krovinių jutiklis yra pagrindinis komponentas, kuris masės signalus paverčia matuojamais elektriniais signalais, plačiai naudojamas pramoninėje metrologijoje, elektroninėse svarstyklėse, automatizuotose gamybos linijose, logistikoje ir sandėliavime bei kitose srityse. Pagrindas renkantis – atitikti faktines reikalavimus: vengti pernelyg aukštų parametrų, dėl kurių būtų švaistomos lėšos, taip pat neleisti nepakankamiems parametrams paveikti matavimo tikslumą ir stabilumą. Žemiau pateikiamas sistemingas, praktiškai įgyvendinamas parinkties procesas, apimantis pagrindinius parametrus, pritaikymą prie scenarijų ir praktines rekomendacijas, padedančias pasiekti tikslius rezultatus.

1 žingsnis: Nustatykite pagrindinius reikalavimus ir taikymo sritis (parinkties pagrindas)

Prieš renkantis būtina nustatyti „ką matuoti, kokioje aplinkoje matuoti ir kaip montuoti“ – tai tolesnių parametrų parinkimo prielaida:

1. Pagrindiniai matavimo reikalavimai

• Matuojamas objektas: Kietas (blokas/grūdelis), skystis ar dujos? Ar jis yra korozinis ar klampus (pvz., skystis, prilipantis prie jutiklio)?
• Matavimo diapazonas (talpa): Nurodykite maksimalią sverimo vertę (įskaitant matuojamą objektą + talpyklą/atramą ir kitas pagalbines masas) ir palikite 1,2–1,5 karto saugos koeficientą (kad būtų išvengta jutiklio pažeidimo dėl smūginės apkrovos ar perkrovos). Pavyzdys: jei faktinė maksimali masė yra 50 kg, reikėtų pasirinkti jutiklį su 60–75 kg diapazonu; dinaminiam sverimui (pvz., medžiagoms ant surinkimo linijos) rekomenduojama palikti 1,5–2 karto saugos koeficientą (kad būtų įveiktas smūgis).
• Matavimo tikslumo reikalavimas: ar tai prekybos apmokėjimui (reikalinga teisinė metrologinė sertifikacija), technologinio proceso stebėjimui (leidžiama tam tikra paklaida) ar aukšto tikslumo laboratoriniams matavimams? Pavyzdys: elektroninės kainų nustatymo svarstyklės turi atitikti OIML III klasės tikslumą (paklaida ≤ ±0,1 %), pramoniniai dozavimo įrenginiai paprastai turi tikslumo reikalavimą ±0,05 % ~ ±0,1 %, o įprasti sandėliavimo sverimo prietaisai gali turėti paklaidą iki ≤ ±0,5 %.
• Dinaminiai/statiniai reikalavimai: ar tai statinis sverimas (pvz., plokštuminės svarstyklės, talpos sverimas) ar dinaminis sverimas (pvz., juostinės svarstyklės, didelio greičio rūšiavimo linijos)? Dinaminėse situacijose būtina pabrėžti „reakcijos greitį“.

2. Montavimo ir erdvės sąlygos

• Pakrovimo metodas: tempimas (pvz., kabantys matavimai), spaudimas (pvz., plokštuminės svarstyklių atramos) ar skersinė jėga (pvz., konsolinės sijos montavimas)?
• Montavimo vieta: Ar jutiklio išoriniai matmenys (ilgis, skersmuo, tvirtinimo skylių atstumas) suderinami su įrangos konstrukcija? Pavyzdžiui: ploni jutikliai tinka siauroms vietoms (pvz., mažos elektroninės svarstyklės), o didelėms talpoms sverti reikalingi stulpeliniai / tilteliniai jutikliai (didelis apkrovos nešamumas ir mažas erdvės užėmimas).
• Montuojamų vienetų skaičius: vienataskė svėrimo sistema (pvz., mažos plokštuminės svarstyklės, 1 jutiklis) ar daugiataskė svėrimo sistema (pvz., dideli silosai, plokštuminės svarstyklės, 3–4 jutikliai lygiagrečiai)? Daugiataskėje svėrime būtina pasirinkti „jungiamus į tiltelį“ jutiklius, kad būtų užtikrintas tolygus apkrovos pasiskirstymas.

3. Aplinkos sąlygos (pagrindinis veiksnys, veikiantis jutiklio stabilumą)

• Temperatūra: Darbo aplinkos temperatūros diapazonas (-40 ℃ ~ 85 ℃ – įprastas; aukštos temperatūros scenarijams, pvz., šalia krosnių, reikalingos karščiui atsparios rūšys, o žemos temperatūros scenarijams, pvz., šaldymo įrenginiuose – žemos temperatūros kompensavimo tipai). Pastaba: Temperatūros svyravimai paveiks tikslumą, todėl pasirinkite jutiklius su „temperatūros kompensavimo“ funkcija (kompensavimo diapazonas turi apimti faktinę aplinkos temperatūrą).
• Drėgmė / apsauga: Ar naudojama drėgnoje (pvz., cecho plovimas, lauko lietus), dulkinėje arba koroziją sukeliančiose aplinkose (pvz., cheminiuose cechuose, rūgščių ir šarmų skystyse)? Nustatykite pagal IP apsaugos lygį: ≥IP67 (apsaugota nuo dulkių, trumpalaikio panardinimo) – lauko / drėgnoms aplinkoms, ≥IP68 (apsaugota nuo dulkių, ilgalaikio panardinimo) – koroziją sukeliančioms aplinkoms, taip pat pasirinkite korozijai atsparias medžiagas (pvz., nerūdijantis plienas 316L).
• Trukdžių veiksniai: Ar yra vibracijos (pvz., gamybos linijose, šalia apdirbimo įrenginių) ar elektromagnetiniai trikdžiai (pvz., šalia dažnio keitiklių, variklių)? Vibracijų atvejais pasirinkite jutiklius su „priešvibracine“ konstrukcija; elektromagnetinių trikdžių atvejais – jutiklius su ekranuotais laidais ir EMC sertifikatu.

2 žingsnis: Pasirinkite jutiklio tipą (atitinkantį principą/konstrukciją)

Apkrovos jutiklio tipą nulemia pagrindinis veikimo principas ir konstrukcija. Skirtingi tipai žymiai skiriasi pritaikymo srityse, todėl atranka turi būti atliekama remiantis „apkrovos būdu, tikslumu ir aplinka“:

Pagrindinių parinkimo rekomendacijos:

• Daugumai pramonės scenarijų (statinis sverimas, tikslumo reikalavimas ±0,01 % ~ ±0,5 %) pirmenybę teikite deformacijos jutiklio tipui (aukščiausias kainos ir našumo santykis bei pritaikomumas);
• Dinaminiam sverimui (reakcijos greitis < 10 ms) pasirinkite piezoelektrinį tipą arba greitaveikį deformacijos jutiklio tipą;
• Laboratoriniam aukšto tikslumo matavimui pasirinkite elektromagnetinės jėgos pusiausvyros tipą;
• Aukštoje temperatūroje / stipriame virpėjime / stipriai korozijai pasirinkite deformacijos jutiklio tipą su specialiomis medžiagomis (pvz., nerūdijantis plienas 316L, keraminis tamprus kūnas) arba talpinio tipo.

3 žingsnis: Patvirtinkite pagrindinius techninius parametrus (tiksliai atitinkančius reikalavimus)

Nustačius tipą, patikslinkite techninius parametrus, kad būtų išvengta „parametrų pertekliaus“ arba „parametrų trūkumo“:

1. Tikslumą nulemiantys parametrai (pagrindiniai rodikliai, nustatantys matavimo tikslumą)

• Kombinuota klaida (netiesiškumas + histerezę + kartojamumas): Atrankos metu būtina užtikrinti „kombinuota klaida ≤ faktinė reikalaujama klaida“. Pavyzdys: jei reikalinga klaida ≤ ±0,1 %, jutiklio kombinuota klaida turi būti ≤ ±0,05 % (rezervo perteklius).
• Jautrumas: išeities signalas, atitinkantis vienetinį svorį (pvz., 2 mV/V), nurodantis jutiklio „jautrumo gebą“. Rekomendacija: geras jautrumo nuoseklumas (tų pačių partijų jutiklių jautrumo nuokrypis ≤ ±0,1 %), kad būtų palengvintas signalų suderinimas daugiataškių sverimo sistemose; išeities signalas turi atitikti tolesnių stiprintuvų ir duomenų rinkėjų įvesties diapazoną (pvz., stiprintuvo įvesties diapazone 0–10 V, jutiklio jautrumas 2 mV/V, maitinimo šaltinis 10 V, maksimalus išėjimas 20 mV, todėl stiprintuvas turi turėti signalo stiprinimo funkciją).
• Nulinis dreifas: jutiklio išeities signalo pokytis laikui bėgant/temperatūros kaitai be apkrovos (pvz., ±0,01 %FS/℃). Kuo mažesnis dreifas, tuo geresnė ilgalaikė stabilumas.

2. Aplinkos prisitaikymo parametrai

• Temperatūros kompensavimo diapazonas: Turi apimti faktinę veikimo temperatūrą (pvz., -10 ℃ ~ 60 ℃), kitu atveju tikslumas žymiai sumažės.
• Apsaugos lygis (IP): Pasirinkti pagal aplinką (minėta anksčiau).
• Pastaba: IP67 apsaugo nuo trumpalaikio panardinimo (1 m gylio vandenyje 30 minučių), IP68 – nuo ilgalaikio panardinimo, o IP69K – nuo aukšto slėgio purškimo (pvz., maisto pramonės cechuose valymas).
• Triukšmų jautrumo mažinimo geba: Elektromagnetinio trikdžio atvejais pasirinkite jutiklius su ekranuotais laidais (pvz., supti ekranuoti kabeliai) ir CE/EMC sertifikatu; vibracijos atvejais pasirinkite jutiklius su „anti-vibracijos lygiu“ ≥ faktinės vibracijos dažnio (pvz., jei vibracijos dažnis ≤50 Hz, jutiklio anti-vibracijos lygis ≥100 Hz).

3. Išvesties signalas ir maitinimas

• Išvesties signalo tipas: Turi būti suderinamas su tolesniais įrenginiais (pagalbiniais stiprintuvais, PLC, displėjais):
  • Analoginiai signalai (pagrindiniai): Įtampos signalai (pvz., 0~5 V, 0~10 V), srovės signalai (4~20 mA, tinka ilgiems atstumams, stipriai atsparūs trukdžiams), diferencialiniai signalai (pvz., 2 mV/V, reikalauja stiprintuvo konvertavimui);
  • Skaitmeniniai signalai (RS485, CAN magistralė, Modbus protokolas): Stipriai atsparūs trukdžiams, gali būti tiesiogiai prijungiami prie PLC/kompiuterių be stiprintuvų, tinka daugiapusiam sverimui (pvz., 4 jutikliai lygiagrečiai sujungti į tinklą).
• Maitinimo įtampa: Įprasta – 5 V, 10 V, 24 V nuolatinė srovė. Užtikrinkite stabilų maitinimą (svyravimas ≤ ±5 %), kad išvengtumėte nestabilios išvesties dėl įtampos svyravimų.

4. Konstrukcijos ir montavimo parametrai

• Išorinė konstrukcija: Pasirinkite pagal apkrovos būdą ir erdvę:
  • Konzolinė sija: Tinka plokštuminėms svarstyklėms, elektroninėms staliniams svarstyklėms (vieno ar dviejų taškų atrama, lengvas montavimas, diapazonas nuo 1 kg iki 5 t);
  • Tiltelio/stulpelio tipas: Tinka dideliems rezervuarams, automobilių svarstyklėms (didelis keliamoji galia, diapazonas nuo 10 t iki 1000 t, gerai atsparus asinchroninei apkrovai);
  • S tipo temptis: Tinka kabamajam sverimui (pvz., kranai, bunkerių kabamas sverimas, diapazonas nuo 10 kg iki 50 t, tempties/gniuždymo matavimas abiem kryptimis);
  • Plonas/mikro tipas: Tinka siauroms erdvėms (pvz., mažiems elektroniniams svarstyklėms, medicinos įrangai, diapazonas nuo 1 g iki 10 kg).
• Montavimo sąsaja: Jutiklio tvirtinimo skylių tipas (su sriegiu, skylės visiškai praeinančios) ir atstumai turi atitikti įrangos laikiklį, kad būtų išvengta „necentrinės apkrovos klaidos“, kurią sukelia montavimo nuokrypis (nelygus poveikis, darantis įtaką tikslumui).

4 žingsnis: Išvengti pasirinkimo klaidų ir atsižvelgti į praktines detales

1. Dažnos pasirinkimo klaidos

• Klaida 1: Troškimas „kuo didesnio tikslumo – tuo geriau“ – aukšto tikslumo jutikliai yra brangesni ir turi griežtesnius reikalavimus aplinkai bei montavimui (pvz., laboratoriniai jutikliai gali prarasti tikslumą dėl vibracijos pramonės dirbtuvėse);
• Klaida 2: Matavimo diapazonas tiksliai atitinka reikalavimus – nėra saugos koeficiento, dėl smūgio ar perkrovos (pvz., akimirkinė perkrova, kai krenta medžiaga) jutiklis gali būti lengvai pažeistas;
• Klaida 3: Nepaisoma ekscentrinės apkrovos poveikio – daugiataškiame sverime (pvz., platforma, paremta 4 jutikliais), jei nėra parenkami „prieš ekscentrinę apkrovą“ skirti jutikliai, skirtingose platformos vietose gaunami nenuoseklūs sverimo rezultatai;
• Klaida 4: Nepaisoma signalo suderinamumo – jutiklio išvesties signalas nesuderinamas su stiprintuvu/PLC, todėl reikalingi papildomi konvertavimo moduliai, kas padidina sąnaudas ir gedimų tikimybę.

2. Praktiniai patarimai

• Daugiataškiam sverimui reikalingas „tilto suderinamumas“: kai keli jutikliai prijungiami lygiagrečiai, parenkami jutikliai su vienoda jautrumo ir išvesties varžos charakteristika (nuokrypis ≤ ±0,1 %) ir naudojama speciali jungiamoji dėžutė (signalams subalansuoti);
• Medžiagos pritaikymas aplinkai: Pasirinkite nerūdijantį plieną 304 paprastiems atvejams, 316L arba keramiką korozijai atsparioms aplinkoms ir Inconel lydinį aukštos temperatūros aplinkoms;
• Kalibravimas ir techninė priežiūra: Prekybos apskaitos scenarijams pasirinkite „kalibruojamus“ jutiklius, kurie atitinka teisinius sertifikatus, tokius kaip OIML ir NTEP; pramonės scenarijams atsižvelkite į kalibravimo ciklą (pvz., kartą per metus) ir pasirinkite jutiklius su paprastu kalibravimo procesu;
• Tiekėjo kvalifikacija: Teikite pirmenybę tiekėjams su pramonės patirtimi ir technine pagalba (pvz., diegimo instrukcijos, signalų derinimas), kad išvengtumėte žemos kainos ir žemos kokybės jutiklių (trumpalaikiam naudojimui tinkami, tačiau ilgalaikio naudojimo metu stebima didelė reikšmių kryptis ir trumpas tarnavimo laikas).

Tipinių scenarijų parinkimo pavyzdžiai (greitas nuorodų vadovas)

Santrauka: Pagrindinė atrankos logika

Svorio jutiklių atranka pagrįsta „reikalavimai → tipas → parametrai → detalės“ sluoksnio po sluoksnio pritaikymu: pirmiausia išsiaiškinkite „ką matuoti, kur matuoti ir kaip montuoti“, tada parinkite tinkamą jutiklio tipą ir galiausiai tiksliai įgyvendinkite pagrindinius parametrus (diapazonas, tikslumas, apsauga, signalas), vengdami klaidų bei atsižvelgdami į praktines detales (pvz., montavimas, kalibravimas, suderinamumas).

Jei nesate tikri dėl konkrečių parametrų, galite pateikti šią informaciją, kad pasitartumėte su tiekėju:

① Didžiausia sverti vertė (įskaitant pagalbinius svorių kiekius);

② Tikslumo reikalavimas;

③ Darbo temperatūra / drėgnis / korozijos būklė;

④ Montavimo metodas (tempimas / spaudimas / vietos dydis);

⑤ Toliau prijungta įranga (pvz., PLC modelis, stiprintuvo tipas), ir tiekėjas gali pateikti tikslinius rekomendacijas.