Czujnik ważenia belkowy wspornikowy CZL803

Czujnik obciążeniowy typu belka konsoleowa to element wykrywający wrażliwy na siłę, działający na zasadzie oporu odkształcenia, którego główną strukturą jest sprężyste ciało w kształcie belki konsoleowej, zamocowanej na jednym końcu i zawieszonej na drugim. Gdy działa na niego siła, ugięcie belki powoduje zmianę oporu tensometru, który następnie przekształca się w standardowy sygnał elektryczny. Łączy on zalety takie jak średnia nośność, elastyczna przestrzeń instalacyjna i duża odporność na przeciążenia, a stosowany jest głównie w przypadku skoncentrowanych sił o średnim i niskim obciążeniu, takich jak przemysłowe zbiorniki materiałowe, wagi platformowe i wagi taśmowe. Poniżej przedstawiono szczegółowe wyjaśnienie od wymiarów podstawowych po spełnienie potrzeb produkt doboru, oceny technicznej i tworzenia rozwiązań:

1. Cechy produktu i funkcje podstawowe

Kluczowe cechy

1) Projekt konstrukcyjny: Zastosowanie całkowicie wbudowanej konstrukcji belki konsolowej (grubość belki 8 - 50 mm, długość 50 - 300 mm) z wieloma zestawami otworów montażowych na końcu nieruchomym w celu zwiększenia stabilności. Naprężenie na końcu obciążonym skupia się w środkowej części belki, umożliwiając pomiar skoncentrowanego obciążenia pionowego skierowanego w dół, charakteryzuje się doskonałą odpornością na uderzenia (może wytrzymać chwilowe uderzenie 200% - 300% nominalnego obciążenia) oraz wysoką efektywnością przekazywania naprężeń.

2) Wydajność precyzyjna: Klasa dokładności obejmuje zakres C3 - C6, modele mainstreamowe osiągają poziom C3. Błąd nieliniowości ≤ ±0,02%PW, błąd powtarzalności ≤ ±0,01%PW, dryft zera ≤ ±0,003%PW/℃, a stabilność dokładności jest lepsza niż u podobnych czujników w średnich zakresach od 50 kg do 5 t.

3) Materiały i ochrona: Element sprężysty wykonany jest zazwyczaj ze stali stopowej (Q235, 40CrNiMoA) lub ze stali nierdzewnej 304/316L, a powierzchnia jest poddana piaskowaniu i usunięciu rdzy oraz chromowaniu (dla stali stopowej) lub pasywacji (dla stali nierdzewnej); klasa ochrony to zazwyczaj IP66/IP67, a wersje przemysłowe o podwyższonej wytrzymałości osiągają IP68, co czyni je odpowiednimi dla złożonych środowisk przemysłowych, takich jak warunki pyłowe i wilgotne.

4) Kompatybilność montażu: Zakończenie stałe umożliwia mocowanie za pomocą śrub lub spawania, a zakończenie obciążeniowe może być podłączone za pomocą gwintów, kołnierzy lub głowic dociskowych, co czyni je odpowiednimi do montażu wielopozycyjnego u dołu, z boku itp. urządzenia. Można stosować pojedyncze lub wielokrotne jednostki równolegle, co zapewnia dużą elastyczność łączenia.

Podstawowe funkcje

1) Pomiar siły w średnim zakresie: Skupia się na ważeniu statycznym/kwazidynamicznym obciążeń średnich i niskich (czas reakcji ≤ 7 ms), z zakresem obejmującym od 50 kg do 20 t, a typowe zastosowania koncentrują się w zakresie 1 t – 10 t. Niektóre wersje ciężkiej serii mogą być rozszerzone do 50 t, spełniając potrzeby większości przemysłowych scenariuszy ze średnimi obciążeniami.

2) Standardowy sygnał wyjściowy: Zapewnia sygnały analogowe (4 – 20 mA, 0 – 5 V, 0 – 10 V) i sygnały cyfrowe (RS485/Modbus RTU), a niektóre modele przemysłowe obsługują protokół HART, umożliwiając bezpośrednią integrację z systemami PLC, DCS oraz systemami zarządzania wagami bez dodatkowych modułów kondycjonowania sygnału.

3) Funkcja ochrony bezpieczeństwa: Integruje kompensację temperatury w szerokim zakresie (-20℃ ~ 80℃), posiada ochronę przed przeciążeniem (150% – 250% nominalnego obciążenia, modele ze stali stopowej osiągają 300%), wersje przeciwwybuchowe posiadają certyfikaty Ex d IIB T4/Ex ia IIC T6, a niektóre modele wyposażone są w złącza zapobiegające zerwaniu kabla.

4) Długoterminowa niezawodność: Żywotność zmęczeniowa ≥ 10⁶ cykli obciążenia, z rocznym dryftem ≤ ±0,015%WK przy obciążeniu znamionowym, odpowiednia do długotrwałych scenariuszy pracy ciągłej, takich jak linie produkcyjne przemysłowe i monitorowanie zbiorników materiałowych.

2. Główne rozwiązane problemy

1) Trudności z montażem urządzeń na krawędzi: Rozwiązując ograniczenie tradycyjnych czujników wymagających symetrycznego montażu, konstrukcja belki konsoleowej „jednostronnie zamocowana” może być bezpośrednio instalowana na dolnej krawędzi urządzenia lub na boku wspornika, eliminując problem niedostatecznej przestrzeni montażowej w środku urządzeń, takich jak silosy czy wagi platformowe.
2) Pomiar obciążenia skupionego w średnim zakresie: W średnim zakresie 1t – 10t, dzięki zoptymalizowanemu projektowi naprężeń belki, błąd pomiaru obciążenia skupionego jest ograniczony do ±0,02%WK, spełniając wymagania dokładności w scenariuszach obciążeń średnich, takich jak dawkowanie przemysłowe i ważenia produktów gotowych.

3) Uszkodzenia spowodowane dynamicznym obciążeniem udarowym: Charakterystyka odkształcenia bufora belki konsolowej z elastomeru może skutecznie pochłaniać chwilowe uderzenia spowodowane spadkiem materiału i wibracjami urządzeń, rozwiązuje problemy szybkiego uszkodzenia oraz dryftu dokładności tradycyjnych czujników w warunkach dynamicznych.

4) Ważenie wieloczujnikowe: Czujniki charakteryzują się dobrą powtarzalnością (błąd ≤ ±0,01% WN dla tej samej partii), obsługują połączenie równoległe 2–4 czujników, rozwiązując problemy związane z sumowaniem masy i jednolitością dokładności w przypadku rozproszonych obciążeń, takich jak duże platformy wagowe i silosy.

5) Adaptacja do trudnych warunków przemysłowych: Poprzez stosowanie stali stopowej oraz projektowanie stopnia ochrony IP67 i wyższego, rozwiązano problemy związane z korozją czujników i nieprawidłowymi sygnałami w środowiskach pylistych (np. kopalnie), wilgotnych (np. przemysł chemiczny) oraz lekko agresywnych (np. galwanotechnika).

3. doświadczenie użytkownika

1) Wysoka elastyczność montażu: Standardowe otwory montażowe na końcach mocowanych są kompatybilne z różnymi konstrukcjami urządzeń, co eliminuje potrzebę stosowania profesjonalnych narzędzi pozycjonujących. Montaż i kalibracja mogą być wykonane za pomocą poziomicy, a jeden pracownik może wykonać instalację i podłączenie pojedynczego czujnika w ciągu 20 minut.

2) Łatwa obsługa i kalibracja: Obsługuje jednoprzyciskowe zerowanie na wadze, trzyetapowy proces kalibracji (25%, 50%, 100% obciążenia znamionowego) jest odpowiedni dla scenariuszy średniego zakresu, a model cyfrowy pozwala na zdalne konfigurowanie parametrów i kalibrację za pomocą oprogramowania na komputerze nadrzędnym.

3) Kontrolowane koszty konserwacji: W pełni uszczelniona konstrukcja ogranicza przedostawanie się kurzu, przy średnim rocznym współczynniku awaryjności ≤ 0,5%; podstawowymi komponentami ( czujniki odkształceń , zaciski są niezależnie pakowane, a lokalne usterki można naprawiać oddzielnie, bez konieczności wymiany całego urządzenia.

4) Stabilna transmisja danych: Fluktuacja statycznych danych pomiarowych ≤ ±0,005%WZ, szybka reakcja bez opóźnień w warunkach quasi-dynamicznych (np. przenośnik taśmowy); cyfrowy model wyposażony w funkcję diagnostyki usterek, zapewniającą natychmiastowe alerty w przypadku nieprawidłowości, takich jak przeciążenie czy niskie napięcie.

5) Duża elastyczność w połączeniach: W przypadku równoległego podłączenia wielu czujników obsługuje automatyczny rozdział obciążenia, eliminując potrzebę dodatkowego układu wyrównującego; dostosowuje się do wymagań projektowych platform wagowych i zasobników o różnych rozmiarach, zmniejszając trudności integracji systemu.

4. Typowe scenariusze zastosowania

1) Ważenie przemysłowych zasobników/hoperów
• Zbiorniki surowców chemicznych: Ważenie zbiorników magazynowych surowców chemicznych o pojemności 1–10 t, 2–4 czujniki belkowe wspornikowe są symetrycznie montowane na podstawie zbiornika, materiał ze stali stopowej odporny na korozję, ochrona IP67 odpowiednia dla wilgotnego środowiska warsztatu, dokładność ±0,02%WZ gwarantuje precyzyjny pomiar stanu zapasów.
• Zasobniki do paszy/mąki: Ważenie zasobników dawkujących w przemyśle przetwórstwa zbożowego, czujniki są montowane na nogach podpierających u dołu zasobnika, konstrukcja antyudarowa radzi sobie z uderzeniami spadającego materiału i współpracuje z systemem sterowania, umożliwiając dokładne dawkowanie.

2) Ważenie przenośników taśmowych/wag taśmowych
• Wagi taśmowe przemysłowe: Ważenie taśm transportujących materiały sypkie w kopalniach i elektrowniach, czujniki są montowane na wsporniku rolki, przenoszącym łączne obciążenie taśmy i materiału, z czasem reakcji ≤ 7 ms, odpowiednie do ciągłych scenariuszy transportowych oraz dokładnością pomiaru ±0,1%.

• Przenośnik: Stosowany do ważenia i sortowania na linii w przemyśle elektronicznym i spożywczym. Czujniki są wbudowane u dołu przenośnika, aby wykrywać wagę produktów w czasie rzeczywistym i współdziałać z mechanizmem sortującym. Dokładność średniego zakresu spełnia potrzeby produkcji seryjnej.

3) Wagi samochodowe średnie i małe / wagi platformowe

• Waga warsztatowa platformowa: Waga platformowa do obrotów warsztatowych 1-5 t. Cztery czujniki belkowe ścinane są zamontowane w czterech narożnikach korpusu wagi. Koniec stały jest przymocowany do podłoża, a koniec nośny przenosi obciążenie korpusu wagi. Odporność na obciążenia mimośrodowe zapewnia stałą dokładność ważenia w różnych pozycjach.

• Waga do wózków widłowych: Przenośne urządzenie ważące do wózków widłowych. Czujniki są zamontowane na ramieniu widłowego podnośnika, przenoszącym pionowe obciążenie ładunku. Materiał ze stali stopowej odporny jest na uderzenia, odpowiedni do wymagań ważenia dynamicznego podczas pracy wózka widłowego.

4) Sterowanie siłą w urządzeniach automatyzacji

• Monitorowanie ciśnienia w urządzeniach tłocznych: Sterowanie ciśnieniem w małych maszynach tłocznych. Czujniki są zamontowane pomiędzy głowicą tłoczną a korpusem maszyny, zapewniając bieżące dane o wartości siły tłoczenia, zapobiegając uszkodzeniom formy spowodowanym przeciążeniem. Dokładność ±0,01%WK zapewnia wysoką jakość tłoczenia.

• Sterowanie siłą montażu robota: Monitorowanie ciśnienia w procesie montażu robotów przemysłowych. Czujniki belkowe ścinane są integrowane na końcu ramienia robota w celu wykrywania ciśnienia montażowego i dostosowywania siły działania, odpowiednie do montażu części samochodowych i komponentów elektronicznych.

5) Zastosowania w przemyśle specjalnym

• Scenariusze przeciwwybuchowe: Przeciwwybuchowe urządzenia ważące dla górnictwa węgla oraz przemysłu naftowego i gazowego. Stosowane są przeciwwybuchowe czujniki belkowe ścinane typu Ex d IIB T4, zamontowane w przeciwwybuchowych skrzynkach wagowych, aby spełniać wymagania bezpieczeństwa w środowiskach wybuchowych.

• Środowiska agresywne chemicznie: Urządzenia ważące dla przemysłu galwanicznego i chemicznego. Czujniki wykonane ze stali nierdzewnej 316L z powierzchniową pasywacją są odporne na działanie kwasów i zasad, odpowiednie do zastosowań takich jak pomiar stężenia roztworów galwanicznych czy ważenie odczynników chemicznych.

5. Instrukcja użytkowania (praktyczny przewodnik)

1) Proces instalacji

• Przygotowanie: Oczyść powierzchnię montażową (upewnij się, że jest ona płaska, pozbawiona oleju oraz że błąd płaskości ≤0,1 mm/m), sprawdź wygląd czujnika (brak odkształcenia belki oraz uszkodzeń kabla) i dobierz śruby montażowe o specyfikacji M12–M24 zgodnie z zakresem.

• Pozycjonowanie i mocowanie: Przytwierdź stały koniec czujnika do uchwytu urządzenia za pomocą śrub, upewniając się, że jest on solidnie zamocowany i nie luźno się porusza; koniec nośny powinien pasować do konstrukcji nośnej, tak aby obciążenie działało pionowo na belkę, unikając sił bocznych i momentów skręcających.

• Zasady okablowania: W przypadku sygnałów analogowych, postępuj zgodnie z zasadą podłączenia "czerwony – zasilanie +, czarny – zasilanie –, zielony – sygnał +, biały – sygnał –"; w przypadku sygnałów cyfrowych podłącz zgodnie z odpowiednimi pinami protokołu Modbus; okablowanie powinno być oddalone od silnych źródeł zakłóceń, takich jak przetwornice częstotliwości, o odległość ≥15 cm.

• Ochrona i zabiegi: W przypadku instalacji na zewnątrz należy dodać osłonę przed deszczem; w wilgotnym środowisku połączenia kablowe powinny być uszczelnione za pomocą wodoodpornego rozdzielacza; w środowisku o działaniu korozyjnym specjalne antykorozyjne powłoki należy nałożyć na niepodlegającą obciążeniu powierzchnię czujnika.

2) Kalibracja i uruchomienie

• Kalibracja zera: Włącz zasilanie i nagrzewaj przez 30 minut, następnie wykonaj polecenie „kalibracja zera”, aby zapewnić, że sygnał wyjściowy w zerze znajduje się w zakresie ±0,002%FS. Jeżeli odchylenie jest zbyt duże, sprawdź, czy montaż jest solidny oraz czy nie występuje siła boczna.

• Kalibracja obciążenia: Ustaw kolejno standardowe masy o wartości 25%, 50% i 100% nominalnego obciążenia, zapisz wartości sygnału wyjściowego dla każdego punktu, skoryguj błąd liniowości za pomocą oprogramowania kalibracyjnego i upewnij się, że błąd w każdym punkcie obciążenia ≤ dopuszczalna wartość klasy C3 (±0,02%FS).

• Test liniowy: Wybierz jednostajnie 5 punktów pomiarowych w zakresie pomiarowym, aby zweryfikować liniowość sygnału wyjściowego. Błąd liniowości powinien wynosić ≤ ±0,015%WS, aby zapewnić stabilność dokładności pełnej skali w zakresie środkowym.

3) Konserwacja rutynowa

• Kontrola okresowa: Co miesiąc czyść kurz i olej z powierzchni czujnika, sprawdzaj dokręcenie śrub mocujących; raz na kwartał wykonuj kalibrację punktu zerowego, a co roku pełną kalibrację oraz testowanie wydajności.

• Obsługa usterki: Gdy występuje dryft danych, najpierw sprawdź napięcie zasilania (powinno być stabilne w zakresie 12–24 V DC); gdy wskazania są nieprawidłowe, sprawdź przeciążenie (przekroczenie 300% nominalnego obciążenia może spowodować uszkodzenie) lub odkształcenie belki i w razie potrzeby wymień czujnik.

6. Metoda doboru (dokładne dopasowanie wymagań)

1) Określenie parametrów podstawowych

• Dobór zakresu: Wybierz model o zakresie 1,3–1,6-krotnie przekraczającym rzeczywiste maksymalne obciążenie (np. przy maksymalnym obciążeniu 5 t można dobrać czujnik 6,5–8 t), aby uwzględnić obciążenia udarowe i margines bezpieczeństwa.

• Klasa dokładności: Wybierz klasę C3 (błąd ≤ ±0,02%PW) do metrologii przemysłowej, klasę C6 (błąd ≤ ±0,03%PW) do ogólnego monitorowania oraz model klasy C3 z czasem reakcji ≤ 7 ms do ważenia dynamicznego.

• Typ sygnału: Wybierz sygnały analogowe (4-20 mA) do tradycyjnych systemów sterowania, sygnały cyfrowe (RS485) do systemów inteligentnych oraz modele z modułami transmisji bezprzewodowej do scenariuszy przemysłowego IoT.

2) Dobór pod kątem przystosowania do środowiska

• Temperatura: Wybierz zwykłe modele do standardowych warunków (-20°C~60°C), modele ze kompensacją wysokiej temperatury do warunków wysokiej temperatury (60°C~120°C) oraz modele odporne na niskie temperatury do warunków niskich temperatur (-40°C~-20°C).

• Ośrodek: Wybierz stal stopową (z powłoką niklową) do suchych środowisk, stal nierdzewną 304 do wilgotnych/lekko korozyjnych środowisk oraz stal nierdzewną 316L do silnie korozyjnych środowisk (roztwory kwasowe i zasadowe).

• Klasa ochrony: ≥IP66 dla suchych środowisk wewnętrznych, ≥IP67 dla środowisk zewnętrznych/wilgotnych oraz ≥IP68 dla środowisk podwodnych lub intensywnie zapylonych.

3) Montaż i kompatybilność systemu

• Sposób montażu: wybierz mocowanie śrubowe do instalacji dolnej urządzeń, połączenie kołnierzowe do instalacji bocznej; gdy w systemie ważenia stosowanych jest wiele czujników, wybierz modele cyfrowe obsługujące kodowanie adresów, aby uniknąć konfliktów sygnałów.

• Kompatybilność: upewnij się, że sygnał czujnika odpowiada protokołowi komunikacyjnemu istniejącego licznika/PLC. Na przykład dla PLC firmy Siemens preferowane są modele obsługujące protokół Profibus, co zmniejsza trudności integracji.

4) Potwierdzenie dodatkowych wymagań

• Wymagania certyfikacyjne: w przypadkach przeciwwybuchowych wymagane są odpowiednie certyfikaty klasy przeciwwybuchowej (Ex d I dla kopalni węgla, Ex ia IIC T6 dla przemysłu chemicznego), w przypadkach pomiarowych wymagane jest certyfikat CMC, a produkty wywożone wymagają certyfikatu OIML.

• Cechy szczególne: do ważenia dynamicznego należy wybrać wersję zwiększoną odporną na uderzenia (obciążenie udarowe ≥300%FS); do zdalnego monitorowania należy wybrać model z modułem NB-IoT/LoRa; w przypadku warunków wysokich temperatur należy wybrać model specjalny z układem kompensacji temperatury.

Podsumowanie

Komorowa belka pomiarowa z funkcją kompensacji ma kluczowe zalety „precyzji w średnim zakresie, elastycznego montażu i wysokiej odporności na uderzenia” oraz rozwiązuje głównie problemy takie jak montaż na krawędzi urządzeń, pomiar skoncentrowanego obciążenia i ochrona przed dynamicznymi uderzeniami w przemysłowych scenariuszach średniego obciążenia. Doświadczenie użytkownika koncentruje się na wygodnym montażu, bezproblemowej konserwacji i dobrej kompatybilności z systemem. Przy doborze modelu konieczne jest najpierw ustalenie czterech podstawowych wymagań: zakresu, dokładności, miejsca montażu i warunków środowiskowych, a następnie podjęcie decyzji z uwzględnieniem kompatybilności z systemem i dodatkowych funkcji; w trakcie użytkowania należy unikać sił bocznych i przeciążenia oraz ściśle przestrzegać przepisów dotyczących regularnej kalibracji, aby zapewnić długotrwałą, stabilną pracę. Nadaje się do przemysłowych zbiorników surowców, ważarek taśmowych, małych i średnich przyrządów ważących oraz innych dziedzin i stanowi dominujące rozwiązanie czujnikowe w przemysłowych scenariuszach ważenia przy niskich i średnich obciążeniach.