Ghid pentru alegerea celulelor de încărcare

O celulă de încărcare este un component esențial care convertește semnalele de masă în semnale electrice măsurabile, utilizată pe scară largă în metrologia industrială, cântare electronice, linii de producție automate, logistică și depozitare, precum și în alte scenarii. Esența procesului de selecție constă în potrivirea cerințelor reale—evitând risipa de costuri datorată urmăririi excesive a unor parametri înalți, dar și prevenind inexactitatea măsurătorilor și instabilitatea cauzate de parametri insuficienți. Mai jos este un proces de selecție sistematic și aplicabil, care combină parametrii cheie, adaptarea la scenariu și sugestii practice pentru a ajuta la realizarea unei selecții precise.

Pasul 1: Clarificați Cerințele de Bază și Scenariile de Aplicare (Fundamentul Selecției)

Înainte de selecție, este necesar să definiți «ce trebuie măsurat, în ce mediu trebuie măsurat și cum trebuie instalat», ceea ce reprezintă premisa pentru selectarea ulterioară a parametrilor:

1. Cerințe Esențiale de Măsurare

• Obiectul măsurat: Solid (bloc/granular), lichid sau gaz? Este coroziv sau vâscos (de exemplu, lichid care aderă la senzor)?
• Gamă de măsurare (capacitate): Specificați valoarea maximă de cântărire (inclusiv obiectul măsurat + recipient/suport și alte greutăți auxiliare) și rezervați un factor de siguranță de 1,2~1,5 ori (pentru a evita deteriorarea senzorului cauzată de sarcini de impact sau suprasolicitare). Exemplu: Dacă cântărirea maximă reală este de 50 kg, ar trebui selectat un senzor cu o gamă de 60~75 kg; pentru cântărirea dinamică (de exemplu, materiale pe o linie de asamblare), se recomandă rezervarea unui factor de siguranță de 1,5~2 ori (pentru a face față impactului).
• Cerința de precizie a măsurării: Este pentru lichidare comercială (necesitând certificare metrologică legală), monitorizare proces (permițând o anumită eroare), sau măsurare de laborator înalt precisă? Exemplu: Cântarele electronice pentru stabilirea prețurilor trebuie să îndeplinească precizia Clasa III OIML (eroare ≤ ±0,1%), sistemele industriale de dozare au de obicei o cerință de precizie de ±0,05%~±0,1%, iar cântărirea obișnuită din depozite poate avea o eroare de ≤ ±0,5%.
• Cerință dinamică/statică: Este vorba de cântărire statică (de exemplu, cântare platformă, cântărire rezervoare) sau cântărire dinamică (de exemplu, cântare pe bandă, linii de sortare înalt-viteză)? În scenariile dinamice trebuie subliniat „viteza de răspuns”.

2. Condiții de instalare și spațiu

• Metoda de încărcare: Tracțiune (de exemplu, cântărire suspendată), compresiune (de exemplu, reazem pe cântar platformă) sau forță de forfecare (de exemplu, instalație tip consolă)?
• Spațiu de instalare: Dimensiunile externe ale senzorului (lungime, diametru, distanța între găurile de montaj) sunt compatibile cu structura echipamentului? Exemplu: Senzorii subțiri sunt potriviți pentru spații înguste (de exemplu, cântare electronice mici), iar senzorii de tip coloană/punte sunt necesari pentru cântărirea rezervoarelor mari (capacitate mare de încărcare și ocupare redusă a spațiului).
• Numărul de instalații: Cântărire cu un singur punct (de exemplu, cântare platformă mici, 1 senzor) sau cântărire multiplă (de exemplu, silozuri mari, cântare platformă, 3~4 senzori în paralel)? Cântărirea multiplă necesită alegerea senzorilor „interconectabili” pentru a asigura o distribuție uniformă a forței.

3. Condiții de mediu (Factor cheie care afectează stabilitatea senzorului)

• Temperatură: Intervalul de temperatură al mediului de operare (-40℃~85℃ este convențional; pentru scenarii cu temperaturi ridicate, cum ar fi zonele din apropierea cuptoarelor, sunt necesare tipuri rezistente la temperaturi înalte, iar pentru scenarii cu temperaturi scăzute, cum ar fi spațiile frigorifice, sunt necesare tipuri compensate pentru temperaturi joase). Notă: Deriva de temperatură va afecta precizia, așadar selectați senzori cu funcție de „compensare a temperaturii” (intervalul de compensare trebuie să acopere temperatura ambientală reală).
• Umiditate/protecție: Este utilizat în medii umede (de exemplu, spălarea în ateliere, ploaie exterioară), prăfuite sau corozive (de exemplu, ateliere chimice, lichide acido-bazice)? Definiți conform nivelului de protecție IP: ≥IP67 (etanș la praf, protecție împotriva scufundării pe termen scurt) pentru medii exterioare/umede, ≥IP68 (etanș la praf, protecție împotriva scufundării pe termen lung) pentru medii corozive și selectați materiale rezistente la coroziune (de exemplu, oțel inoxidabil 316L).
• Factori de interferență: Există vibrații (de exemplu, pe liniile de producție, în apropierea mașinilor-unelte) sau interferențe electromagnetice (de exemplu, în apropierea convertizoarelor de frecvență, motoarelor)? Pentru scenariile cu vibrații, selectați senzori cu design „anti-vibrații”; pentru scenariile cu interferențe electromagnetice, alegeți senzori cu cabluri ecranate și certificare EMC.

Pasul 2: Selectați Tipul de Senzor (Potrivirea Scenariilor în Funcție de Principiu/Structură)

Tipul celulei de încărcare este determinat de principiul și structura de bază. Diferitele tipuri au diferențe semnificative în ceea ce privește scenariile adaptate, astfel încât selecția trebuie făcută în funcție de „metoda de încărcare, precizie și mediu”:

Sugestii cheie pentru selecție:

• Pentru majoritatea scenariilor industriale (cântărire statică, cerință de precizie ±0,01%~±0,5%), dați prioritate tipului cu celulă de forță bazată pe deformare (cea mai bună raport cost-eficacitate și adaptabilitate);
• Pentru cântărirea dinamică (viteză de răspuns < 10 ms), selectați tipul piezoelectric sau tipul cu celulă de forță bazată pe deformare de înaltă viteză;
• Pentru măsurători de înaltă precizie în laborator, selectați tipul cu echilibrare a forței electromagnetice;
• Pentru medii cu temperaturi ridicate/vibrații puternice/coroziune intensă, selectați tipul cu celulă de forță bazată pe deformare cu materiale speciale (de exemplu, oțel inoxidabil 316L, corp elastic ceramic) sau tipul capacitiv.

Pasul 3: Confirmați parametrii tehnici principali (potriviți exact cerințele)

După stabilirea tipului, detaliați parametrii tehnici pentru a evita "excesul de parametri" sau "insuficiența parametrilor":

1. Parametri legați de precizie (indicatori principali care determină acuratețea măsurării)

• Eroare combinată (neliniaritate + histerezis + repetabilitate): În timpul selecției, este necesar să se respecte condiția „eroare combinată ≤ eroarea reală necesară”. Exemplu: Dacă eroarea necesară ≤ ±0,1%, atunci eroarea combinată a senzorului trebuie să fie ≤ ±0,05% (rezervă de redundanță).
• Sensibilitate: Semnalul de ieșire corespunzător unei unități de greutate (de exemplu, 2mV/V), care indică „capacitatea de detecție” a senzorului. Recomandare: O bună consistență a sensibilității (abaterea de sensibilitate a senzorilor din aceeași serie ≤ ±0,1%) pentru a facilita potrivirea semnalelor în cazul cântăririi multipunct; semnalul de ieșire trebuie să corespundă domeniului de intrare al amplificatoarelor ulterioare și al colectorilor de date (de exemplu, domeniul de intrare al amplificatorului 0~10V, sensibilitatea senzorului 2mV/V, sursa de alimentare 10V, ieșire maximă 20mV, astfel că amplificatorul trebuie să aibă funcție de amplificare a semnalului).
• Deriva la zero: Modificarea semnalului de ieșire al senzorului în timp/temperatură fără sarcină (de exemplu, ±0,01%FS/℃). Cu cât deriva este mai mică, cu atât stabilitatea pe termen lung este mai bună.

2. Parametri de adaptare la mediu

• Plaja de compensare a temperaturii: Trebuie să acopere temperatura reală de funcționare (de exemplu, -10℃~60℃), altfel precizia va scădea semnificativ.
• Nivelul de protecție (IP): Se alege în funcție de mediu (menționat anterior).
• Notă: IP67 poate preveni imersia pe termen scurt (adâncime de 1 m apă timp de 30 de minute), IP68 poate preveni imersia pe termen lung, iar IP69K poate preveni pulverizarea cu presiune înaltă (de exemplu, curățarea în ateliere alimentare).
• Capacitatea de anti-interferență: Pentru scenariile cu interferențe electromagnetice, selectați senzori cu cabluri ecranate (de exemplu, cabluri ecranate împletite) și certificare CE/EMC; pentru scenariile cu vibrații, selectați senzori cu "nivel de anti-vibrații" ≥ frecvența reală de vibrație (de exemplu, frecvență de vibrație ≤50Hz, nivel de anti-vibrații al senzorului ≥100Hz).

3. Semnal de ieșire și sursă de alimentare

• Tipul semnalului de ieșire: Trebuie să fie compatibil cu echipamentele ulterioare (amplificatoare, PLC-uri, afișaje):
  • Semnale analogice (principale): Semnale de tensiune (de exemplu, 0~5V, 0~10V), semnale de curent (4~20mA, potrivite pentru transmisie pe distanțe lungi, rezistență ridicată la interferențe), semnale diferențiale (de exemplu, 2mV/V, necesită conversie cu amplificator);
  • Semnale digitale (RS485, magistrală CAN, protocol Modbus): Rezistență ridicată la interferențe, pot fi conectate direct la PLC-uri/calculatoare fără amplificatoare, potrivite pentru cântărirea multipunct (de exemplu, 4 senzori conectați în paralel în rețea).
• Tensiunea sursei de alimentare: Obișnuită este 5V, 10V, 24V c.c. Asigurați o sursă de alimentare stabilă (fluctuația ≤ ±5%) pentru a evita semnale de ieșire instabile cauzate de variațiile de tensiune.

4. Parametri de structură și instalare

• Structura exterioară: Selectați în funcție de metoda de încărcare și spațiu:
  • Tip grindă în consolă: Potrivit pentru cântare de platformă, cântare electronice de banc (suport unic/dublu, instalare ușoară, domeniu 1kg~5t);
  • Tip pod/stâlp: Potrivit pentru rezervoare mari, cântare pentru camioane (capacitate mare de încărcare, domeniu 10t~1000t, capacitate bună de rezistență la sarcini excentrice);
  • Tip tensiune S: Potrivit pentru cântărire suspendată (de exemplu, macarale, cântărire suspendată cu buncăr, domeniu 10 kg~50 t, măsurare bidirecțională a tensiunii/compresiunii);
  • Tip subțire/micro: Potrivit pentru spații înguste (de exemplu, cântare electronice mici, echipamente medicale, domeniu 1 g~10 kg).
• Interfață de instalare: Tipul găurilor de montare ale senzorului (gaură filetată, gaură trecută) și distanța dintre ele trebuie să corespundă suportului echipamentului pentru a evita „eroarea de sarcină excentrică” cauzată de abaterea la instalare (forță neuniformă care afectează precizia).

Pasul 4: Evitați greșelile de selecție și acordați atenție detaliilor practice

1. Greșeli comune de selecție

• Greșeală 1: Urmarirea ideii că „cu cât precizia este mai mare, cu atât este mai bine“—senzorii de înaltă precizie au costuri mai mari și cerințe mai stricte privind mediu și instalare (de exemplu, senzorii de laborator pot pierde precizia din cauza vibrațiilor în ateliere industriale);
• Greșeala 2: Plaja corespunde exact cerințelor—fără factor de siguranță, ceea ce poate duce la deteriorarea senzorului din cauza impactului sau suprasarcinii (de exemplu, suprasarcină instantanee cauzată de căderea materialului);
• Greșeala 3: Ignorarea impactului încărcăturii excentrice—în cazul cântăririi multipunct (de exemplu, o platformă susținută de 4 senzori), nefolosirea unor senzori „anti-încărcare excentrică” duce la rezultate de cântărire inconstante în funcție de poziția pe platformă;
• Greșeala 4: Neglijarea compatibilității semnalului—semnalul de ieșire al senzorului este incompatibil cu amplificatorul/PLC, ceea ce necesită module suplimentare de conversie, mărind costurile și punctele de defect;

2. Note practice

• Cântărirea multipunct necesită „compatibilitate în punte”: Atunci când mai mulți senzori sunt conectați în paralel, se aleg senzori cu sensibilitate și impedanță de ieșire consistente (abatere ≤ ±0,1%) și se folosește o cutie de joncțiune dedicată (pentru echilibrarea semnalelor);
• Adaptarea materialului la mediu: Selectați oțel inoxidabil 304 pentru scenarii obișnuite, 316L sau ceramică pentru medii corozive și aliaj Inconel pentru medii cu temperaturi ridicate;
• Calibrare și întreținere: Pentru scenarii de lichidare comercială, selectați senzori care pot fi „calibrați” și care au obținut certificări legale precum OIML și NTEP; pentru scenarii industriale, luați în considerare ciclul de calibrare (de exemplu, o dată pe an) și alegeți senzori cu procese simple de calibrare;
• Calificative ale furnizorului: Prioritizați furnizorii cu experiență în domeniu și asistență tehnică (de exemplu, instrucțiuni de instalare, depanare semnal) pentru a evita senzorii ieftini și de calitate scăzută (utilizabili pe termen scurt, dar cu deriva mare pe termen lung și durată de viață scurtă).

Exemple de selecție pentru scenarii tipice (referință rapidă)

Rezumat: Logica de bază a selecției

Esenta alegerii celulei de sarcină constă în potrivirea strat cu strat a elementelor "cerințe → tip → parametri → detalii": mai întâi se clarifică "ce trebuie măsurat, unde trebuie măsurat și cum trebuie instalat", apoi se selectează tipul corespunzător de senzor, iar în final se implementează precis prin parametrii principali (capacitate, precizie, protecție, semnal), evitându-se erorile și acordându-se atenție detaliilor practice (de exemplu, instalare, calibrare, compatibilitate).

Dacă nu sunteți sigur cu privire la anumiți parametri, puteți furniza următoarele informații pentru a consulta furnizorul:

① Valoarea maximă de cântărire (inclusiv greutatea auxiliară);

② Cerința de precizie;

③ Starea de temperatură/umiditate/coroziune în funcționare;

④ Metoda de instalare (tracțiune/compresiune/dimensiune spațiu);

⑤ Echipamente conectate ulterior (de exemplu, model PLC, tip amplificator), iar furnizorul poate oferi recomandări specifice.