Vážiaci snímač s konzolovým nosníkom CZL803

Nosníkový snímač záťaže je silovo citlivý detekčný prvok založený na princípe odporu proti deformácii, ktorého jadrovou štruktúrou je pružné teleso v tvare konzolového nosníka upevnené na jednom konci a voľne zavesené na druhom. Keď je vystavený sile, ohybové deformácie nosníka spôsobujú zmenu odporu tenzometra, ktorá sa následne prevodí na štandardizované elektrické signály. Kombinuje výhody ako stredná nosnosť, flexibilný inštalačný priestor a vysoká odolnosť voči nárazom a používa sa najmä v aplikáciách so sústredenými silami pri stredných a nízkych zaťaženiach, napríklad v priemyselných zásobníkoch materiálov, platformových váhach a pásikových váhach. Nasleduje podrobné vysvetlenie základných rozmerov, aby boli splnené požiadavky produkt výberu, technického hodnotenia a tvorby riešení:

1. Vlastnosti produktu a základné funkcie

Hlavné funkcie

1) Konštrukčný návrh: Používa integrovanú konzolovú nosníkovú konštrukciu (hrúbka nosníka 8 - 50 mm, dĺžka 50 - 300 mm) s viacerými sadami montážnych otvorov na pevnom konci za účelom zvýšenia stability. Napätie na zaťaženom konci je sústredené v strednej časti nosníka, čo umožňuje meranie zvisle pôsobiacej bodovej sily smerom nadol, s vynikajúcou odolnosťou voči nárazom (odoláva okamžitému nárazu 200 % - 300 % menovitej záťaže) a vysokou účinnosťou prenosu napätia.

2) Presnosť výkonu: Trieda presnosti pokrýva C3 - C6, pričom najrozšírenejšie modely dosahujú triedu C3. Chyba nelinearity ≤ ±0,02 % FS, chyba opakovateľnosti ≤ ±0,01 % FS, drift nuly ≤ ±0,003 % FS/°C, pričom stabilita presnosti je lepšia než u podobných snímačov v stredných rozsahoch 50 kg - 5 t.

3) Materiály a ochrana: Elastické telo bežne používa legovanú oceľ (Q235, 40CrNiMoA) alebo nerezovú oceľ 304/316L, pričom povrch je upravený práškovou strusinou a odstránením hrdze + niklovanie (legovaná oceľ) alebo pasiváciou (nerezová oceľ); ochranná trieda je zvyčajne IP66/IP67 a pri priemyselných ťažkých modeloch až IP68, vhodné pre komplexné priemyselné prostredia, ako sú prach a vlhkosť.

4) Kompatibilita inštalácie: Pevný koniec podporuje skrutkové upevnenie alebo zváranie a zaťažený koniec možno pripojiť cez závit, príruby alebo tlačidlá, vhodné pre viacpolohovú inštaláciu na spodnej, bočnej atď. strane zariadenia. Jednotky je možné použiť samostatne alebo paralelne viac kusov, čo zabezpečuje vysokú flexibilitu kombinácie.

Základné funkcie

1) Meranie sily stredného rozsahu: Zameriava sa na statické/kvázi-dynamické váženie stredných a nízkych zaťažení (doba odozvy ≤ 7 ms), s rozsahom od 50 kg do 20 t, pričom typické aplikácie sa nachádzajú v rozsahu 1 t – 10 t. Niektoré vysoce výkonné modely možno rozšíriť až na 50 t, čím sa pokryjú požiadavky väčšiny priemyselných scenárov so stredným zaťažením.

2) Štandardizovaný výstup signálu: Poskytuje analógové signály (4 – 20 mA, 0 – 5 V, 0 – 10 V) a digitálne signály (RS485/Modbus RTU), niektoré priemyselné modely podporujú protokol HART, čo umožňuje priame pripojenie k PLC, DCS a systémom riadenia váženia bez potreby dodatočných modulov na úpravu signálu.

3) Funkcia ochrany a bezpečnosti: Obsahuje kompenzáciu teplotnej rozťažnosti v širokom rozsahu teplôt (-20 ℃ ~ 80 ℃), má ochranu proti preťaženiu (150 % – 250 % menovitého zaťaženia, pri modeloch z ocele až 300 %), výbušné modely sú certifikované podľa Ex d IIB T4/Ex ia IIC T6, niektoré modely obsahujú konektory chránené proti vytrhnutiu káblov.

4) Dlhodobá spoľahlivosť: Životnosť pri únave ≥ 10⁶ cyklov zaťaženia, s ročným driftom ≤ ±0,015 % FS pri menovitom zaťažení, vhodné pre scenáre dlhodobej nepretržitej prevádzky, ako sú priemyselné výrobné linky a monitorovanie nádrží na materiál.

2. Základné vyriešené problémy

1) Obtiažna inštalácia zariadenia na okraji: Riešením obmedzenia tradičných snímačov vyžadujúcich symetrickú inštaláciu, „jednokoncová pevná“ konštrukcia konzolového nosníka sa môže priamo inštalovať na spodný okraj zariadenia alebo na stranu nosníka, čím sa odstráni problém nedostatočného inštalačného priestoru v strede zariadení, ako sú sila alebo platformové váhy.
2) Meranie sústredeného zaťaženia v strednom rozsahu: V strednom rozsahu 1t – 10t sa optimalizovaným návrhom namáhania nosníka dosahuje chyba merania sústredeného zaťaženia v rámci ±0,02 % FS, čo spĺňa požiadavky na presnosť pri stredných zaťaženiach, ako sú priemyselné dávkovanie a váženie hotových výrobkov.

3) Poškodenie spôsobené dynamickým nárazovým zaťažením: Charakteristiky deformácie tlmiaceho prvku konzolového nosníka z elastoméru efektívne absorbujú okamžitý náraz spôsobený pádom materiálu a vibráciami zariadenia, čím riešia problémy s ľahkým poškodením a driftom presnosti tradičných snímačov v dynamických scenároch.

4) Váženie s kombináciou viacerých snímačov: Snímače majú dobrú konzistenciu (chyba ≤ ±0,01 % FS pre rovnakú dávku), podporujú paralelné spojenie 2 – 4 snímačov, čím riešia problémy s nadbytočnou hmotnosťou a rovnomernosťou presnosti v aplikáciách s rozloženými silami, ako sú veľké platformové váhy a sily.

5) Prispôsobenie náročným priemyselným prostrediam: Zosilnenie materiálu zliatinovej ocele a konštrukcia s ochranou IP67 a vyššou riešia problémy s koróziou snímačov a poruchami signálu v prostrediach s prachom (napr. v baniach), vlhkosťou (napr. v chemickom priemysle) a miernou koróziou (napr. v galvanizácii).

3. Používateľské zážitky

1) Vysoká flexibilita inštalácie: Štandardizované montážne otvory na pevnom konci sú kompatibilné s rôznymi konštrukciami zariadení, čo eliminuje potrebu odborných polohovacích nástrojov. Inštaláciu a kalibráciu je možné vykonať pomocou vodováhy a jedna osoba dokáže dokončiť upevnenie a zapojenie jedného snímača do 20 minút.

2) Jednoduchá obsluha a kalibrácia: Podporuje jednotlačidlom vynulovanie na vážiacom prístroji, trojbodový kalibračný proces (25 %, 50 %, 100 % menovitého zaťaženia) je vhodný pre stredné rozsahy aplikácií a digitálny model môže naďalej dokončiť konfiguráciu parametrov a kalibráciu prostredníctvom softvéru na riadiacom počítači.

3) Kontrolovateľné náklady na údržbu: Plne uzatvorená štruktúra zníži nebezpečenstvo vnikania prachu, priemerná ročná poruchovosť je ≤ 0,5 %; kľúčové komponenty ( tenziometrické snímače , svorky) sú nezávisle zabalené a miestne poruchy je možné opraviť samostatne, bez nutnosti celkového výmeny.

4) Stabilná spätná väzba údajov: Statická fluktuácia meraných údajov ≤ ±0,005 %FS, rýchla odozva bez oneskorenia v kvázidynamických scenároch (napr. pás na prepravu); digitálny model má zabudovanú funkciu diagnostiky porúch a poskytuje okamžité upozornenia na abnormality ako preťaženie alebo podpätie.

5) Vysoká prispôsobivé kombinácie: Pri paralelnom pripojení viacerých snímačov podporuje automatické rozloženie zaťaženia, čím odpadá potreba dodatočného vyrovnávacieho zariadenia, prispôsobuje sa konštrukčným požiadavkám platformových váh a sýpok rôznych veľkostí a znižuje náročnosť integrácie systému.

4. Typické aplikačné scenáre

1) Váženie priemyselných sýpok/zásobníkov
• Nádrže na chemické suroviny: Váženie zásobných nádrží na chemické suroviny s objemom 1 – 10 t, 2 – 4 nosníky s konzolou sú symetricky inštalované na držiaku dna nádrže, materiál z oceľovej zliatiny je odolný voči korózii, ochrana IP67 je vhodná pre vlhké prostredie v dielni a presnosť ±0,02 %FS zabezpečuje presné meranie zásob.
• Zásobníky pre krmivo/múku: Váženie dávkovacích zásobníkov v priemysle spracovania obilnín, snímače sú inštalované na nosných nohách na spodnej časti zásobníka, nárazuvzdorný dizajn odoláva nárazu padajúceho materiálu a spolupracuje so systémom riadenia na dosiahnutie presného dávkovania.

2) Váženie pásikových váh/prenášačov
• Priemyselné pásne váhy: Váženie pásov na prepravu sypkých materiálov v baniach a elektrárňach, snímače sú inštalované na nosiči valníka, ktorý nesie súhrnné zaťaženie pásu a materiálu, s dobou odozvy ≤ 7 ms, vhodné pre nepretržité prepravné scenáre, a s meracou presnosťou ±0,1%.

• Prenášač: Používa sa na kontinuálne váženie a triedenie v elektronickom a potravinárskom priemysle. Snímače sú zabudované na spodnej strane prenášača na reálny čas detekcie hmotnosti výrobkov a komunikujú s triediacim mechanizmom. Stredná presnosť pokrýva požiadavky sériovej výroby.

3) Malé a stredné autováhy / platformové váhy

• Dielenská platformová váha: 1-5 t dielenská prevádzková platformová váha. Štyri senzory ohybových nosníkov sú inštalované v štyroch rohoch váhovej dosky. Pevný koniec je pripevnený k podlahe a nosný koniec prenáša zaťaženie váhovej dosky. Odolnosť proti vyoseniu zabezpečuje stálu presnosť váženia na rôznych pozíciách.

• Váha pre prepravný vozík: Prenosné vážiace zariadenie pre prepravný vozík. Senzory sú inštalované na vidliciach vozíka, aby prenášali zvislé zaťaženie tovaru. Materiál z oceľového zliatiny je odolný voči nárazom, vhodný pre dynamické váženie počas prevádzky vozíka.

4) Riadenie sily automatizačného zariadenia

• Kontrola tlaku lisovacieho zariadenia: Riadenie tlaku malých lisovacích strojov. Senzory sú inštalované medzi lisovacou hlavicou a telom stroja, čím poskytujú reálny spätný chod hodnoty lisovacej sily a zabránia poškodeniu formy spôsobenému nadmerným zaťažením. Presnosť ±0,01 % FS zabezpečuje kvalitu lisovania.

• Riadenie sily pri montáži robota: Sledovanie tlaku v procese montáže priemyselných robotov. Senzory strihovej nosníka sú integrované na konci robotickej ruky na detekciu montážneho tlaku a úpravu pôsobiacej sily, vhodné pre montáž automobilových dielov a elektronických komponentov.

5) Špeciálne priemyselné aplikácie

• Výbušné prostredia: Výbušnou bezpečnosťou chránené vážiace zariadenia pre uhľové bane a ropný a plynový priemysel. Používajú sa výbuchove bezpečné senzory strihovej nosníka Ex d IIB T4, ktoré sú inštalované vo výbuchove bezpečných vážiacich skriňach, aby spĺňali bezpečnostné požiadavky na výbušné prostredia.

• Korózne prostredia: Vážiace zariadenia pre galvanický a chemický priemysel. Senzory vyrobené z nerezovej ocele 316L s povrchovou pasiváciou odolávajú korózii kyselinami a alkálmi, vhodné pre aplikácie ako detekcia koncentrácie galvanizačného roztoku alebo váženie chemických reagencií.

5. Pokyny na použitie (Praktická príručka)

1) Inštalačný proces

• Príprava: Vyčistite povrch inštalácie (uistite sa, že je rovný, bez oleja a chyba rovinnosti ≤0,1 mm/m), skontrolujte vonkajší stav snímača (bez deformácie nosníka a poškodenia kábla) a vyberte upevňovacie skrutky so závitom M12-M24 podľa rozsahu.

• Pozicionovanie a upevnenie: Pevný koniec snímača utiahnite skrutkami na držiak zariadenia tak, aby bol pevne fixovaný bez akéhokoľvek pohybu; nosný koniec by mal tesne priliehať k nosnej konštrukcii, aby zaťaženie pôsobilo kolmo na telo nosníka a zabránilo sa bočným a krútiacim silám.

• Pravidlá zapojenia: Pri analógových signáloch dodržiavajte zapojenie podľa schémy „červená – napájanie +, čierna – napájanie –, zelená – signál +, biela – signál –“; pri digitálnych signáloch pripojte podľa príslušných kontaktov protokolu Modbus; elektrické vedenie umiestnite vo vzdialenosti najmenej 15 cm od silných rušivých zdrojov, ako sú frekvenčné meniče.

• Ochranná úprava: Pri inštalácii vonku by mala byť pridaná ochrana proti dažďu; vo vlhkom prostredí by sa mali káblové spoje utesniť vodotesnou rozvodnou krabicou; v koróznom prostredí by sa malo na neprenosovú plochu snímača naniesť špeciálne protikorózne povlak.

2) Kalibrácia a ladenie

• Kalibrácia nuly: Zapnite napájanie a nechajte zariadenie otepľovať sa 30 minút, potom spustite príkaz „kalibrácia nuly“, aby ste zabezpečili, že výstup pri nule bude v rozsahu ±0,002 % FS. Ak je odchýlka príliš veľká, skontrolujte, či je inštalácia pevná a či nepôsobí bočná sila.

• Kalibrácia zaťaženia: Postupne umiestnite štandardné závažia 25 %, 50 % a 100 % menovitého zaťaženia, zaznamenajte hodnoty výstupného signálu v každom bode, opravte lineárnu chybu pomocou kalibračného softvéru a zabezpečte, aby chyba v každom bode zaťaženia bola ≤ prípustnej hodnote triedy C3 (±0,02 % FS).

• Lineárny test: Rovnomerne vyberte 5 meracích bodov v rozsahu merania na overenie linearity výstupného signálu. Lineárna chyba by mala byť ≤ ±0,015 % FS, aby sa zabezpečila stabilita presnosti v celej škále v strednej oblasti.

3) Bežná údržba

• Pravidelná kontrola: Mesiacne vyčistite prach a olej z povrchu snímača, skontrolujte utiahnutie upevňovacích skrutiek; raz za štvrťrok vykonajte kalibráciu nulového bodu a raz ročne dokončite kalibráciu celej škály a testovanie výkonu.

• Riešenie porúch: Keď sa dáta posúvajú, najprv skontrolujte napätie napájania (stabilné pri 12–24 V DC); ak je údaj neobvyklý, skontrolujte pretíženie (prekročenie 300 % menovitého zaťaženia môže spôsobiť poškodenie) alebo deformáciu nosníka a v prípade potreby snímač vymeňte.

6. Spôsob výberu (presné prispôsobenie požiadavkám)

1) Určenie kľúčových parametrov

• Výber rozsahu: Vyberte model s rozsahom 1,3–1,6-násobku skutočného maximálneho zaťaženia (napr. pri maximálnom zaťažení 5 t možno vybrať snímač 6,5–8 t), aby sa zabezpečil rezervný priestor pre nárazové zaťaženie a bezpečnostnú rezervu.

• Trieda presnosti: Vyberte triedu C3 (chyba ≤ ±0,02 %FS) pre priemyselnú metrológiu, triedu C6 (chyba ≤ ±0,03 %FS) pre všeobecné monitorovanie a model triedy C3 s dobou odozvy ≤ 7 ms pre dynamické váženie.

• Typ signálu: Vyberte analógové signály (4-20 mA) pre tradičné riadiace systémy, digitálne signály (RS485) pre inteligentné systémy a modely s bezdrôtovými modulmi prenosu pre scenáre priemyselného IoT.

2) Výber podľa prispôsobenia prostrediu

• Teplota: Vyberte bežné modely pre normálne podmienky (-20 °C až 60 °C), modely s kompenzáciou vysokých teplôt pre vyššie teploty (60 °C až 120 °C) a modely odolné voči nízkym teplotám pre chladnejšie podmienky (-40 °C až -20 °C).

• Prostredie: Vyberte zliatinovú oceľ (niklovú pokovenú) pre suché prostredie, nehrdzavejúcu oceľ 304 pre vlhké/mierne agresívne prostredie a nehrdzavejúcu oceľ 316L pre vysoko agresívne prostredie (kyselé/alkalické roztoky).

• Trieda ochrany: ≥IP66 pre suché vnútorné prostredia, ≥IP67 pre vonkajšie/vlhké prostredia a ≥IP68 pre podvodné alebo prachom zatienené prostredia.

3) Inštalácia a kompatibilita systému

• Spôsob inštalácie: Pre spodnú inštaláciu zariadenia zvoľte upevnenie skrutkami, pre bočnú inštaláciu zvoľte prírubové pripojenie; ak sa v systéme na váženie používajú viaceré snímače, vyberte digitálne modely s podporou adresného kódovania, aby sa predišlo konfliktom signálov.

• Kompatibilita: Potvrďte, že signál snímača zodpovedá komunikačnému protokolu existujúceho meracieho prístroja/PLC. Napríklad pre PLC od spoločnosti Siemens uprednostňujte modely s podporou protokolu Profibus, čím sa zníži náročnosť integrácie.

4) Potvrdenie dodatočných požiadaviek

• Požiadavky na certifikáciu: Pre výbušné prostredia sú potrebné príslušné certifikáty odolnosti proti výbuchu (Ex d I pre uhlové bane, Ex ia IIC T6 pre chemický priemysel), pre meracie aplikácie je potrebný certifikát CMC a pre vývozné výrobky je potrebný certifikát OIML.

• Špeciálne funkcie: Pre dynamické váženie je potrebné vybrať odolnejší typ s vysokou odolnosťou voči nárazom (nárazové zaťaženie ≥300 % FS); pre diaľkové monitorovanie sa má zvoliť model s modulom NB-IoT/LoRa; pre vysokoteplotné prostredie je potrebné vybrať špecializovaný model s čipom na kompenzáciu teploty.

Zhrnutie

Nosník s konzolovým snímačom záťaže má kľúčové výhody „presnosť v strednom rozsahu, flexibilnú inštaláciu a vysokú odolnosť voči nárazom“ a primárne rieši problémy, ako je okrajová inštalácia zariadení, meranie sústredeného zaťaženia a ochrana pred dynamickými nárazmi v priemyselných scenároch so stredným zaťažením. Užívateľská skúsenosť sa zameriava na pohodlnú inštaláciu, údržbu bez starostí a dobrú kompatibilitu so systémom. Pri výbere modelu je potrebné najprv objasniť štyri kľúčové požiadavky: rozsah, presnosť, miesto inštalácie a prostredie, a až potom rozhodnúť na základe kompatibility so systémom a dodatočných funkcií; počas používania je potrebné vyhýbať sa bočným silám a preťaženiu a dôsledne dodržiavať pravidlá pravidelného kalibrovanie, aby sa zabezpečil dlhodobý stabilný prevádzka. Je vhodný pre priemyselné zásobníky materiálov, pásikové váhy, malé a stredné meracie prístroje a iné oblasti a predstavuje hlavné senzorické riešenie pre priemyselné vážiace scenáre s nízkym a stredným zaťažením.