Navodilo za izbiro senzorjev za merjenje mase

Senzor obremenitve je osnovna komponenta, ki pretvarja signale mase v merljive električne signale in se pogosto uporablja v industrijski metrologiji, elektronskih tehtnicah, avtomatiziranih proizvodnih linijah, logistiki in skladiščenju ter drugih scenarijih. Osnova izbire je uskladitev z dejanskimi zahtevami – da se prepreči zapravljanje sredstev zaradi prekomernega poudarjanja visokih parametrov, hkrati pa se izognemo nezadostnim parametrom, ki bi lahko vplivali na točnost in stabilnost merjenja. Spodaj je sistematičen, uresničljiv postopek izbire, ki združuje ključne parametre, prilagoditev scenariju in praktične predloge, da bi omogočil natančno izbiro.

Korak 1: Pojasnite osnovne zahteve in aplikacijske scenarije (temelj izbire)

Pred izbiro je potrebno določiti »kaj meriti, v katerem okolju meriti in kako namestiti«, kar je predpogoj za nadaljnjo izbiro parametrov:

1. Osnovne zahteve pri merjenju

• Merjeni objekt: Trd (blok/zrnat), tekočina ali plin? Ali je koroziven ali viskozen (npr. tekočina, ki se lepi na senzor)?
• Merilni razpon (nosilnost): Navedite največjo vrednost teže (vključno z merjenim objektom + posodo/držalom in drugimi pomožnimi utežmi) ter pustite varnostni faktor 1,2~1,5-krat (da se izognete poškodbam senzorja zaradi udarnih obremenitev ali preobremenitve). Primer: Če je dejanska največja teža 50 kg, je treba izbrati senzor z razponom 60~75 kg; pri dinamičnem tehtanju (npr. materiali na traku sestavljanja) se priporoča varnostni faktor 1,5~2-krat (za kompenzacijo udarcev).
• Zahteva za natančnostjo merjenja: Ali gre za trgovinsko poravnavo (zahtevajoč pravno metrološko certifikacijo), nadzor procesa (dovoljuje določeno napako) ali visoko natančno laboratorijsko meritev? Primer: Elektronske cenilne tehtnice morajo izpolnjevati natančnost OIML razreda III (napaka ≤ ±0,1 %), industrijski sistemi za doziranje običajno imajo zahtevo po natančnosti ±0,05 % ~ ±0,1 %, medtem ko lahko navadno skladiščenje tehtanja dopušča napako ≤ ±0,5 %.
• Zahteva za dinamično/statično uporabo: Ali gre za statično tehtanje (npr. ploščatne tehtnice, tehtanje rezervoarjev) ali dinamično tehtanje (npr. trakovne tehtnice, hitre linije za sortiranje)? V dinamičnih primerih je treba poudariti »hitrost odziva«.

2. Pogoji za vgradnjo in prostor

• Način nalaganja: Vlečni (npr. obešeno tehtanje), tlačni (npr. ležišče ploščatne tehtnice) ali strižni (npr. vgradnja z konzolnim nosilcem)?
• Namestitev: Ali so zunanje dimenzije senzorja (dolžina, premer, razmik vpenjalnih lukenj) združne s strukturo opreme? Primer: Tanke senzorje je primerno uporabljati v ozkih prostorih (npr. majhne elektronske tehtnice), za tehtanje velikih rezervoarjev pa so potrebni stebrični/vmesni senzorji (velika nosilna zmogljivost in majhna zasedena površina).
• Število namestitev: Tehtanje na eni točki (npr. majhne ploščatne tehtnice, 1 senzor) ali tehtanje na več točkah (npr. veliki silosi, ploščatne tehtnice, 3~4 senzorji vzporedno)? Pri tehtanju na več točkah je treba izbrati »mostične« senzorje, da se zagotovi enakomerna porazdelitev obremenitve.

3. Okoljski pogoji (ključni dejavnik, ki vpliva na stabilnost senzorja)

• Temperatura: Delovno okolje z območjem temperature (-40℃~85℃ je običajno; pri visokotemperaturnih primerih, kot so peči, so potrebni toplotno obstojni tipi, pri nizkotemperaturnih primerih, kot so hladilniki, pa tipi z nizkotemperaturno kompenzacijo). Opomba: Temperaturni drift vpliva na natančnost, zato izberite senzorje s funkcijo »temperaturne kompenzacije« (obseg kompenzacije mora zajemati dejansko temperaturo okolja).
• Vlažnost/zaščita: Ali se uporablja v vlažnih (npr. umivanje delavnic, dež na prostem), prahastih ali korozivnih okoljih (npr. kemične delavnice, kisline in baze)? Določite z zaščitnim razredom IP: ≥IP67 (prahotesen, zaščiten pred kratkotrajnim potopom) za uporabo na prostem/v vlažnih okoljih, ≥IP68 (prahotesen, zaščiten pred dolgotrajnim potopom) za korozivna okolja ter izberite materiale, odporne proti koroziji (npr. nerjavno jeklo 316L).
• Dejavniki motenj: Obstajajo vibracije (npr. na proizvodnih linijah, v bližini orodnih strojev) ali elektromagnetne motnje (npr. v bližini frekvenčnih pretvornikov, motorjev)? Za scenarije z vibracijami izberite senzorje z »protivibracijsko« konstrukcijo; za scenarije z elektromagnetnimi motnjami izberite senzorje s kabeli v ščitni ovojnici in certifikatom EMC.

Korak 2: Izberite vrsto senzorja (primerjajte scenarije glede na princip/strukturo)

Vrsta tehtnice je določena s ključnim principom in strukturo. Različne vrste se bistveno razlikujejo po primernosti za posamezne scenarije, zato mora biti izbira temeljita glede na »način obremenitve, natančnost in okolje«:

Predlogi za izbiro tipa:

• Za večino industrijskih primerov (statično tehtanje, zahteva za natančnostjo ±0,01 %~±0,5 %) izberite tipe z tenzometričnimi mostički (najvišja razmerje med stroški in učinkovitostjo ter prilagodljivost);
• Za dinamično tehtanje (hitrost odziva < 10 ms) izberite piezoelektrični tip ali hitri tip z tenzometričnimi mostički;
• Za visoko natančna merjenja v laboratoriju izberite tip z elektromagnetno ravnotežno silo;
• Za visoke temperature/visoke vibracije/močno korozijo izberite tenzometrični tip s posebnimi materiali (npr. nerjaveče jeklo 316L, keramično elastično telo) ali kapacitivni tip.

Korak 3: Potrditev osnovnih tehničnih parametrov (natančno usklajevanje z zahtevami)

Po določitvi tipa dodatno precizirajte tehnične parametre, da se izognete »prekomernim parametrom« ali »pomanjkanju parametrov«:

1. Parametri, povezani z natančnostjo (ključni kazalniki, ki določajo natančnost merjenja)

• Kombinirana napaka (nelinearnost + histereza + ponovljivost): Med izbiro je treba izpolniti pogoje »kombinirana napaka ≤ dejansko zahtevana napaka«. Primer: Če je zahtevana napaka ≤ ±0,1 %, mora biti kombinirana napaka senzorja ≤ ±0,05 % (rezervna rezerva).
• Občutljivost: Izhodni signal, ki ustreza enoti teže (npr. 2 mV/V), kar kaže na »zaznavno zmogljivost« senzorja. Priporočilo: Dobra doslednost občutljivosti (odstopanje občutljivosti senzorjev v isti seriji ≤ ±0,1 %), da se olajša usklajevanje signalov pri večtočkovnem tehtanju; izhodni signal mora ustrezati vhodnemu obsegu nadaljnjih ojačevalnikov in zbirnikov podatkov (npr. vhodni obseg ojačevalnika 0–10 V, občutljivost senzorja 2 mV/V, napajanje 10 V, največji izhod 20 mV, zato mora imeti ojačevalnik funkcijo ojačanja signala).
• Ničelni drs: Sprememba izhodnega signala senzorja s časom/temperaturo brez obremenitve (npr. ±0,01 %NS/°C). Manjši drs pomeni boljšo dolgoročno stabilnost.

2. Parametri prilagoditve okolju

• Obseg kompenzacije temperature: mora zajemati dejansko delovno temperaturo (npr. -10 ℃ ~ 60 ℃), sicer se natančnost močno zmanjša.
• Stopnja zaščite (IP): izberite glede na okolje (kot je omenjeno prej).
• Opomba: IP67 preprečuje kratkotrajno potopitev (1 m globina vode za 30 minut), IP68 preprečuje dolgotrajno potopitev, IP69K pa preprečuje visokotlačno pršenje (npr. čiščenje v živilskih delavnicah).
• Zmožnost proti motenjam: za scenarije elektromagnetnih motenj izberite senzorje s kabeli s ščitom (npr. svitki s ščitom) in certifikatom CE/EMC; za scenarije vibracij izberite senzorje z »stopnjo proti vibracijam« ≥ dejanska frekvenca vibracij (npr. frekvenca vibracij ≤ 50 Hz, stopnja proti vibracijam senzorja ≥ 100 Hz).

3. Izhodni signal in napajanje

• Vrsta izhodnega signala: mora biti združljiva z nadaljnjimi napravami (ojačevalniki, PLC-ji, prikazovalniki):
  • Analogni signali (glavni tok): Naponski signali (npr. 0~5 V, 0~10 V), tokovni signali (4~20 mA, primerni za oddaljen prenos, močna odpornost proti motnjam), diferencialni signali (npr. 2 mV/V, zahtevajo ojačevalno pretvorbo);
  • Digitalni signali (RS485, CAN vod, protokol Modbus): Močna odpornost proti motnjam, lahko neposredno priključeni na PLC-je/računalnike brez ojačevalnikov, primerni za večtočkovno tehtanje (npr. 4 senzorji v vzporedni omrežni povezavi).
• Napajalni napetostni nivo: Običajno 5 V, 10 V, 24 V enosmernega toka. Zagotoviti stabilno napajanje (nihanje ≤ ±5 %), da se izognemo nestabilnim izhodnim signalom zaradi nihanj napetosti.

4. Struktura in namestitveni parametri

• Zunanja struktura: Izbira glede na način obremenitve in razpoložljiv prostor:
  • Tip konzole: Primerno za ploščatne tehtnice, elektronske delovne tehtnice (eno-točkovna/dvo-točkovna podpora, enostavna namestitev, razpon 1 kg~5 t);
  • Mostična/stebrična vrsta: Primerna za velike rezervoarje, avtosuve (močna nosilnost, razpon 10 t~1000 t, dobra odpornost proti ekscentrični obremenitvi);
  • S-tip napetosti: Primerno za obešeno tehtanje (npr. žerjavi, dosegi obešenega tehtanja od 10 kg do 50 t, dvosmerna meritev napetosti/tlačne sile);
  • Tanek/mikro tip: Primerno za ozke prostore (npr. majhne elektronske tehtnice, medicinska oprema, razpon od 1 g do 10 kg).
• Namestitvene povezave: Vrsta vijakovnih lukenj (navojna luknja, skozihodna luknja) in razmik na senzorju mora ustrezati držaku opreme, da se izognemo »napaki zaradi ekscentričnega bremena«, ki jo povzroči odstopanje pri namestitvi (neenakomeren obremenitvi, ki vpliva na natančnost).

Korak 4: Izogibanje napakam pri izbiri in pozornost na praktične podrobnosti

1. Pogoste napake pri izbiri

• Napaka 1: Težnja po »čim višji natančnosti – bolje« – senzorji z višjo natančnostjo imajo višje stroške in strožje zahteve glede okolja in namestitve (npr. senzorji za laboratorij lahko v industrijskih delavnicah izgubijo natančnost zaradi vibracij);
• Napaka 2: Doseg, ki točno ustreza zahtevam – brez varnostnega dejavnika, zaradi udarca ali preobremenitve je senzor lahko enostavno poškodovan (npr. trenutna preobremenitev zaradi padajočega materiala);
• Napaka 3: Ignoriranje vpliva ekscentrične obremenitve – pri večtočkovnem tehtanju (npr. platforma, podprta s 4 senzorji), če senzorji niso »proti ekscentrični obremenitvi«, pride do neenakih rezultatov tehtanja na različnih mestih platforme;
• Napaka 4: Zanemarjanje združljivosti signala – izhodni signal senzorja ni združljiv z ojačevalnikom/PLC-jem, kar zahteva dodatne pretvorne module, povečuje stroške in možnosti okvar.

2. Praktični opombe

• Večtočkovno tehtanje zahteva »mostno združljivost«: Ko so več senzorjev povezanih vzporedno, izberite senzorje s konstantno občutljivostjo in izhodnim uporom (odstopanje ≤ ±0,1 %) ter uporabite namensko razdelilno škatlo (za uravnoteženje signalov);
• Prilagoditev materiala okolju: Za običajne primere izberite nerjavečo jeklo 304, za korozivna okolja 316L ali keramiko ter za visokotemperaturna okolja zlitino Inconel;
• Umerjanje in vzdrževanje: Za poslovne odmerke izberite senzorje, ki so »umerljivi« in imajo veljavne priznane certifikate, kot so OIML in NTEP; za industrijske primere upoštevajte cikel umerjanja (npr. enkrat letno) ter izberite senzorje s preprostim postopkom umerjanja;
• Kvalifikacije dobavitelja: Prednost dajte dobaviteljem z izkušnjami v panogi in tehnično podporo (npr. navodila za namestitev, uglaševanje signala), da se izognete poceni in nizkokakovostnim senzorjem (uporabni v kratkem roku, a z velikim dolgoročnim driftom in kratko življenjsko dobo).

Značilni primeri izbire po scenarijih (hitrejša referenca)

Povzetek: Osnovna logika izbire

Bistvo izbire senzorja za merjenje obremenitve je postopno usklajevanje »zahtev → tip → parametri → podrobnosti«: najprej razjasnimo »kaj meriti, kje meriti in kako namestiti«, nato izberemo primerno vrsto senzorja ter na koncu to natančno uresničimo s ključnimi parametri (merilni razpon, natančnost, zaščita, signal), pri čemer se izogibamo napakam in pozorni smo na praktične podrobnosti (npr. namestitev, umerjanje, združljivost).

Če niste prepričani glede določenih parametrov, lahko dobavitelju posredujete naslednje informacije:

① Največja vrednost teže (vključno z dodatno utežjo);

② Zahteva po natančnosti;

③ Delovna temperatura/vlažnost/stanje korozije;

④ Način namestitve (vleka/tlač/prostor)

⑤ Nadaljnja priključena oprema (npr. model PLC, tip ojačevalnika) in dobavitelj lahko ponudi ciljane priporočila.