Ogniwko obciążeniowe typu S CZL301

Wprowadzenie do produktu

Ogniwo obciążeniowe typu S to element wykrywający wrażliwy na siłę, działający na zasadzie rezystancji odkształceniowej, z symetrycznym elastomerem w kształcie litery S jako strukturą główną. Gdy jest ono poddawane działaniu siły, rozciąganie lub ściskanie elastomeru powoduje zmiany oporu w czujniku odkształcenia, które następnie są przekształcane w standardowe sygnały elektryczne. Łączy zalety takie jak dwukierunkowe przenoszenie siły, elastyczna instalacja i stabilna dokładność, a stosowane jest głównie w pomiarach sił rozciągających, ściskających i sił złożonych przy obciążeniach średnich i niskich. Poniższe szczegóły przedstawiono według kluczowych wymiarów, aby spełnić potrzeby produkt doboru, oceny technicznej i tworzenia rozwiązań:

1. Funkcje i cechy produktu

Kluczowe cechy

• Projekt konstrukcyjny: Zastosowanie zintegrowanej struktury elastomeru w kształcie litery S (grubość 5-30 mm, długość 30-200 mm), ze skoncentrowanym i symetrycznym rozkładem naprężeń, obsługuje siły dwukierunkowe (możliwe pomiar zarówno rozciągania, jak i ściskania), posiada silne możliwości odporności na skręcanie i siły poprzeczne (wytrzymuje siły poprzeczne w zakresie ±10% do ±15% nominalnego obciążenia) oraz charakteryzuje się wysoką sprawnością przekazywania siły.

• Wysoka precyzja: Klasy dokładności obejmują zakres C2-C6, modele mainstreamowe osiągają klasę C3, błąd nieliniowości ≤±0,02%WK, błąd powtarzalności ≤±0,01%WK, dryft zera ≤±0,003%WK/℃, niewielkie osłabienie dokładności w warunkach dynamicznych pomiarów obciążeń małych i średnich.

• Materiały i ochrona: Elastomer jest zwykle wykonywany ze stali stopowej o wysokiej wytrzymałości (granica plastyczności ≥850 MPa) lub ze stali nierdzewnej 304/316L, a powierzchnia jest pokrywana warstwą niklu lub powlekana plastikiem (pasywacja dla typów odpornych na korozję); stopień ochrony to zazwyczaj IP65/IP67, a niestandardowe modele przeznaczone do wilgotnych środowisk mogą osiągać poziom IP68, co czyni je odpowiednimi dla ogólnego przemysłu oraz niektórych specjalnych warunków.

• Kompatybilność montażu: Oba końce są zaprojektowane z gwintem wewnętrznym, gwintem zewnętrznym lub strukturą pierścienia podnoszącego, obsługując różne metody montażu, takie jak haki, pierścienie podnoszące i kołnierze, z elastyczną przestrzenią instalacji, dostosowującą się do scenariuszy obciążenia wielokierunkowego, takich jak pionowy, poziomy i ukośny, stosowane głównie niezależnie.

Podstawowe funkcje

• Pomiary siły dwukierunkowej: Obsługuje statyczne i dynamiczne pomiary rozciągania i ściskania (czas reakcji ≤6 ms), z zakresem pomiarowym obejmującym 0,01t–50t, typowe zastosowania skoncentrowane w zakresie 0,1t–20t oraz niektóre modele wysokiej precyzji umożliwiające pomiar małych zakresów 0,001t.

• Standardowy sygnał wyjściowy: Dostarcza sygnały analogowe (4–20 mA, 0–5 V, 0–10 V) i sygnały cyfrowe (RS485/Modbus RTU), a niektóre inteligentne modele obsługują protokół Profibus, umożliwiając bezpośrednią komunikację z wagami, sterownikami PLC, przemysłowymi ekranami dotykowymi i innymi urządzeniami.

• Funkcje bezpieczeństwa i ochrony: Zintegrowana kompensacja temperatury w szerokim zakresie (-20℃~80℃), ochrona przed przeciążeniem (120%–200% nominalnego obciążenia, zwykle 150% w przypadku rozciągania), a niektóre modele wyposażone są w kołki pozycjonujące chroniące przed skręcaniem oraz konstrukcję połączeń zapobiegającą zerwaniu kabla.

• Długoterminowa stabilność: Żywotność zmęczeniowa ≥10⁶ cykli obciążenia, dryft roczny ≤±0,02% zakresu pełnego skali (FS) przy obciążeniu nominalnym, odpowiedni do zastosowań w scenariuszach monitorowania siły okresowej lub ciągłej.

2. Główne rozwiązane problemy

• Trudności w pomiarze siły dwukierunkowej: Rozwiązując ograniczenie tradycyjnych czujników, które mogą mierzyć siłę tylko w jednym kierunku, konstrukcja w kształcie litery S umożliwia dokładny pomiar sił rozciągających i ściskających jednocześnie (takich jak zmiany wartości siły podczas podnoszenia i opuszczania materiału), spełniając wymagania związane z monitorowaniem siły dwukierunkowej w scenariuszach takich jak podnoszenie i ciągnięcie.

• Dostosowanie do złożonych warunków montażu: Dzięki elastycznym sposobom łączenia i kompaktowej konstrukcji rozwiązuje trudności montażowe w urządzeniach o ograniczonej przestrzeni i działających pod różnymi kątami siły zastosowanie (np. ważenia pochylonych zasobników i monitorowania napięcia zawieszonych linii transportowych), eliminując konieczność dużych modyfikacji konstrukcji urządzenia.

• Niewystarczająca dokładność przy małym obciążeniu/małym zakresie: W małym zakresie od 0,1 t do 5 t, poprzez optymalizację położenia połączenia czujniki odkształceń i projektu naprężenia elastomeru, błąd pomiaru jest kontrolowany na poziomie ±0,01%FS, spełniając wymagania wysokiej precyzji w zastosowaniach obciążeń lekkich w laboratoriach, przetwórstwie żywności itp.

• Monitorowanie dynamicznych wahao napięcia: Dzięki czasowi reakcji ≤6 ms, może dokładnie rejestrować fluktuacje napięcia podczas ciągłych procesów produkcyjnych kabli, folii itp., rozwiązuje problemy z jakością produktów spowodowane niestabilnym napięciem w branżach takich jak tekstylna czy drukarska.

• Problemy z kompatybilnością podczas współpracy wielu urządzeń: Standardowy sygnał wyjściowy oraz obsługa wielu protokołów rozwiązuje trudności w łączeniu się z systemami sterowania różnych marek (takich jak PLC Siemens serii S7 i DCS Delta), zmniejszając błędy i koszty związane z konwersją sygnałów.

3. doświadczenie użytkownika

• Wygoda montażu: Standardowe gwintowane/ośnikowe interfejsy z typowymi elementami łączącymi (takimi jak śruby i haki) nie wymagają specjalnych narzędzi montażowych. Montaż i pozycjonowanie pojedynczego czujnika może wykonać jedna osoba w ciągu 15 minut, przy stosunkowo niewielkich wymaganiach dotyczących płaskości powierzchni montażowej (dopuszczalny błąd płaskości ≤0,1 mm/m).

• Obsługa i kalibracja: Obsługa funkcji zerowania jednym przyciskiem na wadze, upraszcza proces kalibracji dwupunktowej (wymagane są jedynie standardowe odważniki o wartości 10% i 100% nominalnego obciążenia); modele cyfrowe mogą być kalibrowane zdalnie za pomocą aplikacji mobilnej lub komputera, co umożliwia szybkie działanie również osobom niemającym wyspecjalizowanej wiedzy.

• Kontrolowane koszty konserwacji: Konstrukcja uszczelniona skutecznie izoluje przed pyłem i wilgocią, roczna średnia awaryjność ≤0,4%; modułowa budowa kluczowych komponentów (odkształceniowe czujniki, zaciski) pozwala na wymianę tylko uszkodzonych części lokalnych, zmniejszając tym samym ogólne koszty wymiany.

• Intuicyjna informacja zwrotna danych: Statyczne wahania danych pomiarowych ≤±0,005%WS, bez widocznych opóźnień w warunkach dynamicznych; modele cyfrowe wyposażone są w wbudowane alarmy sygnalizujące przeciążenie, niskie napięcie itp., prezentowane wizualnie za pomocą lamp sygnalizacyjnych lub interfejsów oprogramowania, ułatwiające szybkie lokalizowanie i usuwanie usterek.

• Elastyczna adaptacja do różnych scenariuszy: Ten sam czujnik może przełączać się między trybami pomiaru rozciągania/ściskania bez konieczności wymiany sprzętu, spełniając potrzeby wspólnego wykorzystywania urządzeń w wielu procesach i zwiększając wykorzystanie sprzętu.

4. Typowe scenariusze zastosowania

1) Scenariusze pomiaru rozciągania/napięcia

• Sterowanie napięciem kabla/lina: monitorowanie napięcia w maszynach do ciągnięcia drutu w przemyśle tekstylnym i kablowym. Czujniki typu S są podłączone szeregowo do mechanizmu napędowego, zapewniając bieżące dane o wartości napięcia i umożliwiające skoordynowaną regulację prędkości ciągnięcia w celu zapewnienia jednolitej średnicy kabla.

• Badanie wytrzymałości materiałów na rozciąganie: Pomiar rozciągania za pomocą maszyn do badań materiałów w laboratoriach. Modele precyzyjne C2 spełniają wymagania dotyczące badań wytrzymałości na rozciąganie materiałów takich jak druty metalowe i folie plastikowe, z błędem powtarzalności danych ≤±0,01%.

• Monitorowanie napięcia w urządzeniach dźwigowych: Kontrola ograniczenia obciążenia dla małych żurawi i wciągników elektrycznych. Montowany pomiędzy hakiem a ramieniem, uruchamia alarm i wyłącza zasilanie w przypadku przeciążenia, zapewniając bezpieczeństwo pracy.

2) Zastosowania wagi zawieszonej

• Ważenie zbiorników/pojemników zawieszonych: Ważenie zawieszonych zbiorników do dawkowania w przemyśle chemicznym i paszowym. Jeden lub dwa czujniki są montowane symetrycznie w zawieszeniu, rozwiązując problem niedostatecznej przestrzeni na podłodze, z dokładnością do ±0,02%WK.

• Ważenie zawieszone w przetwórstwie spożywczym: Ważenie i sortowanie zawieszone w branżach rzeźniczych i przetwórstwa produktów wodnych. Modele ze stali nierdzewnej (316L) spełniają normy higieny żywności, są łatwe do czyszczenia i dezynfekcji oraz nadają się do pracy na liniach montażowych.

3) Produkcja małych i średnich przyrządów ważących

• Wagi hakowe/przenośne: Podstawowe jednostki pomiarowe dla wag hakowych 0,5t–20t. Ich kompaktowa konstrukcja nadaje się do projektowania obudowy wagi, a odporność na przeciążenia umożliwia radzenie sobie z chwilowymi przeciążeniami podczas operacji dźwigowych.

• Wagi taśmowe/wagi dynamiczne: Moduły ważenia dynamicznego do przenośników taśmowych. Montowane na podporach rolek taśmy, pośrednio wyliczają wagę materiałów poprzez pomiar napięcia taśmy, dostosowując się do ciągłych scenariuszy transportowych.

4) Sprzęt naukowy i badawczy

• Testowanie biomechaniczne: Monitorowanie wartości siły w sprzęcie medycznym do rehabilitacji (np. testowanie siły protez). Modele o małym zakresie i wysokiej precyzji (0,01 t–1 t) pozwalają na rejestrowanie subtelnych zmian wartości siły.

• Sterowanie siłą na końcu robotów: Zwracanie informacji zwrotnej o sile dla mechanizmu chwytaka przemysłowych robotów. Poprzez pomiar siły chwytania, regulowana jest siła docisku, aby uniknąć uszkodzenia delikatnych przedmiotów (np. szkła i ceramiki).

5) Zastosowania w przemyśle specjalnym

• Przemysł farmaceutyczny: Kontrola ciśnienia w maszynach do napełniania kapsułek lekami. Modele ze stali nierdzewnej higienicznej odpowiadają standardom GMP, umożliwiając dokładną kontrolę ciśnienia napełniania i zapewniająca jednolitą dawkę w kapsułkach.

• Przemysł drukarski i opakowaniowy: Monitorowanie naciągu w maszynach do druku folii. Bieżąca korekta prędkości odwijania i nawijania zapobiega rozciąganiu, odkształceniom lub pękaniu folii, co poprawia dokładność druku.

5. Instrukcja użytkowania (praktyczny przewodnik)

1) Proces instalacji

• Przygotowanie: Oczyść punkty połączeń instalacji (usuwaj zadziory i plamy oleju), sprawdź wygląd czujnika (brak deformacji elastomeru, brak uszkodzeń kabla) oraz wybierz odpowiednią metodę połączenia zgodnie z kierunkiem działania siły (do rozciągania użyj oczka podnoszeniowego, do ściskania – mocowania śrubowego).

• Pozycjonowanie i zamocowanie: Upewnij się, że obciążenie jest przenoszone wzdłuż kierunku osiowego czujnika, aby uniknąć sił bocznych i momentów skręcających; używaj klucza dynamometrycznego podczas dokręcania śrub (zalecane wartości: 10–30 N·m dla czujników ze stali stopowej, 8–25 N·m dla stali nierdzewnej), aby nie przekręcić i nie uszkodzić gwintów.

• Specyfikacja okablowania: Dla sygnałów analogowych zastosuj zasadę „czerwony – zasilanie +, czarny – zasilanie –, zielony – sygnał +, biały – sygnał –”; dla sygnałów cyfrowych podłącz zgodnie z odpowiedniością pinów Modbus; kabel powinien być solidnie zamocowany, aby uniknąć przypadkowego pociągnięcia, a okablowanie należy utrzymywać w bezpiecznej odległości od silnych źródeł zakłóceń, takich jak przetwornice częstotliwości (odległość ≥ 20 cm).

• Ochrona: W przypadku instalacji zewnętrznej należy dodać osłonę przed deszczem; w wilgotnym lub korozyjnym środowisku umieść złącze kablowe w wodoszczelnym rozdzielaczu, a powierzchnię czujnika można pokryć olejem przeciwkorozyjnym do użytku w przemyśle spożywczym (dla przemysłu spożywczego).

2) Kalibracja i uruchomienie

• Kalibracja zera: Włącz zasilanie i wygrzej przez 15 minut, wykonaj polecenie „kalibracja zera”, upewnij się, że wartość wyjściowa przy zerze mieści się w zakresie ±0,002%FS; jeśli odchylenie jest zbyt duże, sprawdź, czy w trakcie montażu nie występuje siła boczna.

• Kalibracja obciążenia: Umieść kolejno standardowe obciążenia równe 10%, 50% oraz 100% obciążenia znamionowego, zapisz sygnały wyjściowe w każdym punkcie, skoryguj błąd liniowości za pomocą oprogramowania kalibracyjnego i upewnij się, że błąd ≤ dopuszczalnej wartości odpowiedniego poziomu dokładności (poziom C3 ≤ ±0,02%WS).

• Debugowanie dynamiczne: W scenariuszach dynamicznych, takich jak monitorowanie naprężenia, dostosuj częstotliwość filtrowania urządzenia (5–12 Hz), aby zrównoważyć szybkość reakcji i stabilność danych oraz uniknąć fałszywych alarmów spowodowanych drganiami wysokiej częstotliwości.

3) Konserwacja rutynowa

• Regularna kontrola: Co miesiąc czyść powierzchnię czujnika, sprawdzaj, czy połączenia gwintowane nie są luźne; raz na kwartał wykonuj kalibrację zerową, raz w roku pełną kalibrację zakresu pomiarowego oraz zapisuj dane kalibracji w celu późniejszego odwołania się do nich.

• Obsługa błędów: Gdy występuje dryft danych, najpierw sprawdź napięcie zasilania (stabilne na poziomie 12–24 V DC); gdy nie ma sygnału wyjściowego, sprawdź, czy kabel nie jest przerwany lub czy czujnik nie jest przeciążony (przeciążenie powyżej 200% nominalnego obciążenia może spowodować uszkodzenie).

6. Metoda doboru (dokładne dopasowanie wymagań)

1) Określenie parametrów podstawowych

• Dobór zakresu: Wybierz model zgodnie z 1,2 – 1,5 krotnością rzeczywistej maksymalnej wartości siły (np. jeśli maksymalna siła rozciągająca wynosi 8 t, można dobrać czujnik 10 – 12 t). W przypadku pomiaru siły rozciągającej należy dodatkowo zarezerwować 10% marginesu przeciążenia, aby uniknąć uszkodzeń spowodowanych obciążeniami udarowymi.

• Klasa dokładności: Dla badań laboratoryjnych wybierz klasę C2 (błąd ≤ ±0,01%WS), dla metrologii przemysłowej klasę C3 (błąd ≤ ±0,02%WS), a dla ogólnego nadzoru klasę C6 (błąd ≤ ±0,03%WS). • Typ sygnału: Dla tradycyjnych urządzeń ważących wybierz sygnały analogowe (4 – 20 mA), dla systemów inteligentnych sygnały cyfrowe (RS485), a dla zastosowań przemysłowego IoT modele inteligentne z transmisją bezprzewodową (WiFi/4G).

2) Dobór według odporności na warunki środowiskowe

• Temperatura: wybierz modele standardowe dla warunków normalnych (-20°C ~ 60°C), modele z kompensacją wysokiej temperatury dla warunków wysokich temperatur (60°C ~ 100°C) oraz modele odporne na niskie temperatury dla warunków niskich temperatur (-40°C ~ -20°C).

• Ośrodek: wybierz stal stopową (powłoka proszkowa na powierzchni) dla środowisk suchych, stal nierdzewną 304 dla środowisk wilgotnych/przemysłu spożywczego oraz stal nierdzewną 316L dla środowisk agresywnych chemicznie.

• Klasa ochrony: ≥IP65 dla wnętrz suchych, ≥IP67 dla zastosowań zewnętrznych/wilgotnych oraz ≥IP68 dla zastosowań pod wodą lub w bardzo pylistych środowiskach.

3) Montaż i kompatybilność systemu

• Sposób montażu: wybierz połączenia oczkowe w przypadku obciążeń rozciągających, mocowanie śrubowe przy obciążeniach ściskających oraz modele z wpustami ustalającymi do obciążeń ukośnych; w przypadku ograniczonej przestrzeni preferowane są modele kompaktowe o długości ≤50 mm.

• Kompatybilność: Upewnij się, że sygnał czujnika jest zgodny z protokołem komunikacyjnym istniejącego urządzenia/PLC. Gdy wiele czujników pracuje razem, wybierz modele cyfrowe obsługujące ustawianie adresów, aby uniknąć konfliktów sygnałów.

4) Potwierdzenie dodatkowych wymagań

• Wymagania certyfikacyjne: Scenariusze przeciwwybuchowe wymagają certyfikatu Ex ia IIC T6/Ex d IIB T4, przemysł spożywczy wymaga certyfikatu FDA/GMP, a scenariusze miernicze wymagają certyfikatu CMC.

• Funkcje specjalne: Wybierz modele o czasie reakcji ≤5 ms do monitorowania napięcia dynamicznego, modele z modułem NB-IoT do zdalnego monitorowania oraz modele higieniczne z polerowaniem bez martwych kątów (Ra ≤0,8 μm) do zastosowań higienicznych.

Podsumowanie

Ogniwa pomiarowe typu S charakteryzują się jako główne zalety „dwukierunkowym przenoszeniem siły, elastyczną instalacją oraz wysoką dokładnością przy małych obciążeniach”, rozwiązując przede wszystkim problemy związane z monitorowaniem siły w obu kierunkach, montażem w złożonych warunkach oraz precyzyjną kontrolą przy niewielkich obciążeniach. Doświadczenie użytkownika skupia się na prostocie obsługi, niewymaganiu specjalnego serwisowania oraz wysokiej adaptowalności do różnych warunków pracy. Przy doborze ogniw pomiarowych konieczne jest najpierw ustalenie zakresu, dokładności, kierunku działania siły oraz wymagań środowiskowych, a następnie podjęcie decyzji z uwzględnieniem kompatybilności z systemem oraz dodatkowych funkcji. W trakcie użytkowania należy unikać sił bocznych i przeciążeń, a także systematycznie przeprowadzać kalibrację zgodnie z procedurami, aby zapewnić długotrwałą i stabilną pracę. Nadają się do zastosowań takich jak pomiar naciągu, ważenia zawieszenia oraz przyrządów do ważenia przy małych obciążeniach, stanowiąc preferowane rozwiązanie sensoryczne w scenariuszach pomiaru siły średniej i niskiej oraz w przypadku monitorowania siły dwukierunkowej.

Wyświetlacz szczegółów

Parametry