Cookies på Omegas websteder
Vi anvender cookies på vores websted. Disse cookies er afgørende for, at webstedet kan fungere korrekt.
Hvis du fortsætter uden at ændre dine indstillinger, antager vi, at du gerne vil modtage alle de cookies, der anvendes på dette websted. Du finder flere oplysninger om cookies ved at klikke her
Luk
Kurv  |  Kontakt  | 
GRATIS TELEFON (Kun Danmark. Alle opkald besvares på engelsk)80 25 14 43
INTERNATIONAL(+45) 80 25 14 43

Din leverandør af udstyr til procesmåling og -styring

load cell

Introduktion til load cell

Kraft, acceleration og moment

De grundlæggende driftsprincipper for instrumenter til kraft, acceleration og moment er tæt forbundet med de piezoelektriske anordninger og belastningsmålere, der bruges til at måle statisk og dynamisk tryk. Det er ofte detaljerne i konfigurationer og signalbehandling, som bestemmer resultatet af målingen. Et accelerometer registrerer bevægelserne i den overflade, det er monteret på, og genererer et elektrisk outputsignal, som er relateret til denne bevægelse. Acceleration måles i fod pr. sekund i anden, og produktet af accelerationen og den målte masse giver kraften. Moment er en drejekraft, der normalt forekommer i forbindelse med aksler, stænger, remskiver og tilsvarende roterende enheder. Det defineres som produktet af kraften og den radius, det dækker. Det udtrykkes i vægtenheder gange længde, f.eks. lb.-ft. og N-m.

Load cell

Den mest almindelige dynamiske detektor til kraft og acceleration er den piezoelektriske sensor. Ordet piezo er af græsk oprindelse og betyder "at klemme". Det begreb er meget rammende, da en piezoelektrisk sensor (vist nedenfor) genererer en spænding, når den "klemmes" af en kraft, der er proportional med den påførte kraft. Den grundlæggende forskel på disse enheder og enheder til registrering af statisk kraft som f.eks. belastningsmålere er, at det elektriske signal, der genereres af krystallen, henfalder hurtigt efter, at kraften er påført. Det gør disse enheder uegnede til registrering af statisk kraft. Det elektriske signal med høj impedans, som genereres af den piezoelektriske krystal, konverteres (af en forstærker) til et signal med lav impedans, som er egnet til instrumenter som f.eks. et oscilloskop med digital lagring. Digital lagring af signalet er nødvendig for at kunne analysere det, før det henfalder. Afhængig af kravene for anvendelsesområdet kan dynamisk kraft måles som enten kompressions-, træk- eller momentkraft. Anvendelsesområderne kan omfatte måling af fjeder- eller glidefriktionskraft, kædestramning, koblingsudløsningskraft eller afskalningsstyrke for laminat, mærkater og flige.
En piezoelektrisk kraftsensor er næste lige så stiv som et stykke massivt stål i sammenlignelige proportioner. Denne stivhed og styrke gør, at disse sensorer kan sættes direkte i maskinerne som en del af konstruktionen. Stivheden giver en høj naturlig frekvens, og den tilhørende hurtige stigningstid gør dem velegnede til måling af hurtige transiente kræfter som dem, der genereres, når metal rammer metal samt af højfrekvente vibrationer. For at sikre en nøjagtig måling skal føleenhedens naturlige frekvens være betydeligt højere end den frekvens, som skal måles. Hvis den målte frekvens nærmer sig sensorens naturlige frekvens, opstår der fejl.
[Tilbage til toppen]
 

Stødflowmålere

Stødflowmåleren er også en kraftsensor. Den måler flowhastigheden for frit flydende faste bulkstoffer ved udløbet på en materialesliske. Slisken leder materialeflowet, så det rammer en føleplade (som vist nedenfor). Den slagkraft, materialet påfører pladen, er proportional med flowhastigheden. Konstruktionen tillader kun følepladen at bevæge s i det vandrette plan. Slagkraften måles ved at føle pladens vandrette afbøjning. Denne afbøjning måles ved hjælp af en lineær variabel differenstransformer (LVDT). Spændingsoutputtet fra LVDT'en konverteres til et impulsfrekvensmoduleret signal. Dette signal transmitteres som flowsignalet til styresystemet. Stødflowmålere kan anvendes som alternativ til vejesystemer til måling og kontrol af flowet af faste bulkstoffer til kontinuerlige processer som illustreret nedenfor. Her er en stødflowmåler placeret under materialeslisken nedstrøms fra en skruetransportør med variabel hastighed. Tilførselshastigheden er angivet i ton pr. time, og styresystemet regulerer skruetransportørens hastighed, så den ønskede tilførselshastighed opnås. Styresystemet anvender en PID-algoritme til at justere hastigheden, så flowet holdes konstant. Stødflowmålere kan måle flowhastigheden for nogle bulkmaterialer med en hastighed fra 1 til 800 tons pr. time og med en gentagelighed og linearitet inden for 1 %.
Anvendelse af stødflowmåler
Anvendelse af stødflowmåler
[Tilbage til toppen]
 

Acceleration og vibration

Tidlige accelerations- og vibrationssensorer var komplekse mekaniske anordninger (vist nedenfor), som var bedre egnet til laboratorier end produktionsanlæg. Moderne accelerometre har dog draget nytte af den teknologiske udvikling, og pris, nøjagtighed og brugervenlighed er blevet forbedret med tiden.

Tidlige accelerometre var analoge elektroniske anordninger, som senere blev konverteret til digitale elektroniske og mikroprocessorbasered design. Airbagstyring i biler anvender hybride mikroelektromekaniske systemer (MEMS). Disse enheder anvender hvad der en gang blev anset for at være en mindre fejl i halvlederdesignet, et "frigjort lag" eller et løst stykke materiale i kredsen i mikrorummet over chippens overflade. I et digitalt kredsløb påvirker dette løse lag den jævne strøm af elektroner, fordi det reagerer med det omgivende analoge miljø.

I et MEMS-accelerometer bruges dette løse lag som sensor til måling af acceleration. I moderne biler anvendes MEMS-sensorer til styring af airbag og chassis, til registrering af sidekollision samt til ABS-systemer. Accelerationssensorer til bilindustrien fås til frekvenser fra 0,1 til 1.500 Hz med dynamiske områder på 1,5 til 250 G omkring 1 eller 2 akser og med følsomheder fra 7,62 til 1333 mV/G.

Anvendelsesområderne for accelerometre i industrien omfatter overvågning af maskinvibrationer til diagnostik, eksempelvis roterende dele, der er ude af balance. En accelerometerbaseret vibrationsanalysator kan registrere unormale vibrationer, analysere vibrationssignaturen og bidrage til at klarlægge årsagen.

Et andet anvendelsesområde er strukturelle test, hvor en strukturel defekt som f.eks. en revne, en dårlige svejsesøm eller korrosion kan ændre strukturens vibrationssignatur. Strukturen kan være indkapslingen til en motor eller turbine, en reaktorbeholder eller en tank. Testen udføres ved at slå på strukturen med en hammer, hvilket udsætter strukturen for en kendt kraftfunktion. Dette genererer et vibrationsmønster, som kan optages, analyseres og sammenlignes med en referencesignatur.

Accelerationssensorer spiller også en rolle i forbindelse med orientering og bestemmelse af retning. Ved disse anvendelsesområder detekterer triaksiale miniaturesensorer ændringer i rulning, hældning og azimut (vinklen på den vandrette afvigelse), eller X-, Y- og Z-akserne. Disse sensorer kan bruges til at spore bor under boring, bestemme retningen for bøjer og sonarsystemer, fungerer som kompas og anvendes i stedet for gyroskopier i inertiske navigationssystemer.

Mekaniske accelerometre som eksempelvis det seismiske masseaccelerometer, hastighedssensoren og den mekaniske magnetiske kontakt registrerer den kraft, der påføres en masse, når der forekommer acceleration. Massen modstår accelerationskraften og forårsager dermed en afbøjning eller en fysisk forskydning, som kan måles ved hjælp af nærhedsdetektorer eller belastningsmålere (som vist nedenfor). Mange af disse sensorer er udstyret med dæmpende anordninger som fjedre eller magneter, der forebygger oscillation.

Tidlig mekanisk vibrationsensor
Tidlig mekanisk vibrationssensor

Et servoaccelerometer måler eksempelvis accelerationer fra 1 microG til over 50 G. Det anvender en rotationsmekanisme, der bevidst er ubalanceret i rotationsplanet. Når acceleration forekommer, forårsager den en vinkelbevægelse, som kan registreres af en nærhedsdetektor.

Et eksempel på et nyere mekanisk accelerometerdesign er det termiske accelerometer: Denne sensorer registrerer position via varmeoverførsel. En seismisk masse placeres over en varmekilde. Hvis massen bevæger sig på grund af acceleration, ændres afstanden til varmekilden, og massens temperatur ændres. Termosøjler i polysilicium anvendes til at registrere ændringer i temperaturen.

I kapacitansføleaccelerometre danner mikroforarbejdede kondensatorplader (CMOS-kondensatorplader med en dybde på blot 60 mikron) en masse på ca. 50 mikrogram. I takt med at accelerationen deformerer pladerne, opstår en målbar ændring i kapacitansen. Piezoelektriske accelerometre er dog nok de mest praktiske enheder til måling af stød og vibration. På samme måde som en mekanisk sensor har denne enhed en masse, der påfører en inertisk kraft på en piezoelektrisk krystal, når den accelereres.

Til anvendelsesområder med høje temperaturer, hvor det er vanskeligt at installere mikroelektronik inde i sensoren, kan der anvendes enheder med høj impedans. Her kobles ledningerne fra krystalsensoren til en kraftig forstærker. Outputtet, som er proportionalt med accelerationskraften, aflæses derefter af den kraftige forstærker. Når temperaturen ikke er for høj, kan der indbygges mikroelektronik med lav impedans i sensoren til registrering af de spændinger, krystallerne genererer. Både design med høj og lav impedans kan tilsluttes mekanisk til strukturens overflade eller fastgøres til den ved hjælp af klæbemiddel eller magneter. Disse piezoelektriske sensorer er kun velegnet til måling af acceleration med kort varighed.

Piezoresistive sensorer og belastningsmålersensorer fungerer på en tilsvarende måde, men belastningsmålerelementer er temperaturfølsomme og kræver kompensation. De foretrækkes til anvendelsesområder med lavfrekvente vibrationer, langvarig stødbelastning og konstant acceleration. Piezoresistive er robuste og kan fungere ved frekvenser op til 2.000 Hz.

[Tilbage til toppen]
 

Momentmåling

Moment måles ved at føle den faktiske akselafvigelse forårsaget er en drejekraft eller ved at registrere effekten af denne afvigelse. Overfladen af en aksel under moment udsættes for kompression og træk som vist nedenfor. Til måling af moment monteres belastningsmålerelementer normalt parvis på akslen. Den ene måler forøgelsen i længde (i den retning, hvor overfladen er under trækbelastning), mens den anden måler reduktionen i længde i den anden retning.

Tidlige momentsensorer bestod af mekaniske strukturer udstyret med belastningsmålere. Prisen var høj og pålideligheden lav, og de kunne derfor ikke godkendes til brug i industrien. Moderne teknologi har dog medført, at prisen på udførelse af momentmålinger er faldet, mens kvalitetskontrollen af produktionen har medført et øget behov for nøjagtige momentmålinger.

Moment på en roterende aksel
Moment på en roterende aksel
[Tilbage til toppen]
 

Momentopgaver

Anvendelsesområderne for momentsensorer omfatter bestemmelse af den mængde kraft, en motor, en turbine eller en anden roterende enhed genererer eller forbruger. I industrien kræver ISO 9000 og andre kvalitetssikringsnormer nu, at virksomhederne måler moment under produktionen, især, når der anvendes fastgørelsesanordninger. Sensorer måler automatisk de nødvendige momenter på skrue- og monteringsmaskiner, og de kan monteres på håndværktøj. I begge tilfælde kan de indsamlede data samles i dataloggere med henblik på kvalitetskontrol og rapportering.

Andre anvendelsesområder i industrien for momentsensorer omfatter måling af metalfjernelseshastighed for maskinværktøj; kalibrering af momentværktøj og sensorer; måling af afskalningskraft, friktion og moment for låg på glas; test af fjedre; og udførelse af biodynamiske målinger.
[Tilbage til toppen]
 

Sensorkonfigurationer

Moment kan måles ved at rotere belastningsmålere samt ved hjælp af stationære nærhedssensorer samt magnetostriktive og magnetoelastiske sensorer. De er alle temperaturfølsomme. Rotationssensorer skal monteres på akslen, hvilket ikke altid er muligt på grund af pladsbegrænsninger.

En belastningsmåler kan monteres direkte på en aksel. Da akslen roterer, kan momentsensoren kobles til strømkilden og signalindlæringselektronik via en glidering. Belastningsmålerne kan også tilsluttes via en transformer, hvilket eliminerer behovet for vedligeholdelseskrævende glideringe. Excitationsspændingen for belastningsmålerne er koblet induktivt, og belastningsmålerens output konverteres til en moduleret impulsfrekvens (som vist nedenfor). Maksimumhastigheden for en sådan installation er 15.000 o/min.

Induktiv kobling af momentsensorer
Induktiv kobling af momentsensorer

Belastningsmålere kan monteres på stationære støtteben eller på selve kabinettet. Disse "reaktionssensorer" måler det moment, som overførsel af akslen til de begrænsende elementer. Den den resulterende aflæsning er ikke fuldstændig nøjagtig, da den ikke tager højde for motorens inerti.

Belastningsmålere, som anvendes til momentmålinger, består af folie, en diffus halvleder og tyndfilmstyper. Disse kan loddes eller klæbes direkte på akslen. Hvis centrifugalkræfterne ikke er store, og en last, som ikke er afbalanceret, kan tolereres, kan den tilhørende elektronik, herunder batteri, forstærker og radiofrekvenstransmitter alle spændes fast på akslen.

Nærheds- og forskydningssensorer kan også registrere moment ved at måle vinkelforskydningen mellem akslens to ender. Ved at fastgøre to identiske tandhjul på aksen med en vis afstand er det muligt at måle vinkelforskydningen forårsaget af momentet. Nærhedssensorer eller fotoceller placeret på hvert tandhjul genererer en udgangsspænding, hvor faseforskellen forøges, når momentet drejer akslen.

En anden metode går ud på at rette en enkelt fotocelle gennem begge sæt tandhjul. Når momentet stiger og får det ene hjul til at overlappe det andet, reduceres den mængde lys, som når frem til fotocellen. Forskydninger forårsaget af moment kan også registreres af andre optiske, induktive, kapacitive og potentiometriske sensorer. Eksempelvis kan en momentsensor af kapacitanstypen måle den ændring i kapacitans, der forekommer, når momentet forårsager variation i afstanden mellem to kapacitansplader.

Akselmaterialets evne til at koncentrere magnetiske strømninger og magnetisk permeabilitet varierer også med momentet og kan måles ved hjælp af en magnetostriktiv sensor. Når akslen ikke er under belastning, er permeabiliteten ensartet. Under trækbelastning stiger permeabiliteten og antallet af strømningslinjer proportionalt med momentet. Denne type sensor kan monteres ved siden af akslen ved hjælp af to primære og to sekundære viklinger. Alternativt kan den arrangeres med mange primære og sekundære viklinger på en ring omkring akslen.

En magnetoelastisk momentsensorer registrerer ændringer i permeabiliteten ved at måle ændringer i sit eget magnetfelt. Én magnetoelastisk sensor konstrueres som en tynd stålring, der er tæt sammenkoblet med en aksel i rustfrit stål. Denne enhed fungerer som en permanent magnet, hvis magnetfelt er proportionalt med det moment, der påføres akslen. Akslen tilkobles mellem en drivmotor og den drevne enhed, f.eks. en skruemaskine. Et magnetometer konverterer det genererede magnetfelt til et elektrisk outputsignal, som er proportionalt med det påførte moment.
[Tilbage til toppen]
 

Lastcelledesign

Før lastceller baseret på belastningsmålere blev den foretrukne metode til vejning i industrien, anvendte man i stor udstrækning mekaniske vippevægte. Mekaniske vægte kan veje alt fra tabletter til jernbanevogne med stor nøjagtighed og pålidelighed, hvis de er korrekt kalibreret og vedligeholdt. Metoden kan omfatte enten brug af en vægtafbalanceringsmekanisme eller registrering af den kraft, som de mekaniske vippeanordninger genererer. De tidligste kraftsensorer til forbelastningsmålere var hydrauliske og pneumatiske.

I 1843 opfandt den engelske fysiker Sir Charles Wheatstone en brokoblingskreds, som kunne måle elektriske modstande. Wheatstone-brokoblingskredsen er velegnet til måling af de ændringer i modstanden, der opstår i belastningsmålere. Den første belastningsmåler med limet resistanskabel blev udviklet i 1940'erne, men det var først da den moderne elektronik blev tilstrækkeligt avanceret, at den nye teknologi blev teknisk og økonomisk mulig. Siden da har belastningsmålere vundet frem både som komponenter i mekaniske vægte og som selvstændige lastceller.

Med undtagelse af visse laboratorier, hvor der stadigvæk anvendes mekaniske præcisionbalanceanordninger, dominerer lastceller til belastningmålere i dag vejningsindustrien. Pneumatiske lastceller anvendes nogle gange, når der er behov for egensikkerhed og hygiejne, og hydrauliske lastceller er en mulighed på fjerne lokationer, da de ikke kræver strømforsyning. Lastceller til belastningsmålere fås med en nøjagtighed fra under 0,03 % til 0,25 % fuld skala og er velegnede til stort set alle anvendelsesområder i industrien.

Til anvendelsesområder, hvor der ikke kræves stor nøjagtighed, f.eks. ved håndtering af bulkmaterialer og vejning af lastvogne, anvendes platformvægte stadigvæk i stor udstrækning. Selv inden for disse områder registres de kræfter, som transmitteres af mekaniske vippeanordninger, ofte af lastceller på grund af disses indbyggede kompatibilitet med digitale, computerbaserede instrumenter.

Egenskaberne og funktionerne for de forskellige lastcelledesign er opsummeret i tabellen nedenfor.
Sammenligning af ydelse for lastceller
TYPE Vægtområde Nøjagtighed (FS) Anvendelse Styrke Svaghed
 Mekaniske lastceller
Hydrauliske lastceller Op til 5000 tons 0.25% Tanke, beholdere og tragte, farlige områder Tåler kraftige stød, ikke temperaturfølsomme Dyre, komplekse
Pneumatiske lastceller Bredde Højde Fødevareindustrien, farlige områder Egensikker, indeholder ikke væsker Langsom reaktion, kræver ren, tør luft
Lastceller med bøjelig bjælke 5 til 2500 kg 0.03% Tanke, platformvægte Lave omkostninger, enkel konstruktion Belastningsmålere er udsatte, kræver beskyttelse
 Lastceller til belastningsmålere
Lastceller med bøjelig bjælke 5 til 2500 kg 0.03% Tanke, platformvægte Lave omkostninger, enkel konstruktion Belastningsmålere er udsatte, kræver beskyttelse
Lastceller til forskydningsbjælker 5 til 2500 kg 0.03% Tanke, platformvægte, forskudte belastninger Afvisning ved sidebelastning, forbedret forsegling og beskyttelse  
Cylinderlastceller til 250 tons 0.05% Vægte til lastvogne, tanke, spor og tragte Håndterer lastbevægelser Ingen vandret belastningsbeskyttelse
Ringformede og flade lastceller til 250 tons   Tanke, beholdere, vægte Helt i rustfrit stål Ingen lastbevægelse tilladt
Knap- og skivelastceller Typisk 0 til 25 tons/0 til 100 kg 1% Små vægte Små, lave pris Lasten skal være centreret, ingen lastbevægelse tilladt
 Andre lastceller
Helisk 0 til 20 tons 0.2% Platform, gaffeltruck, hjulbelastning, vægt af bilsæde Håndterer belastning, overbelastning, stød uden for aksen  
Fiberoptisk   0.1% Elektriske transmissionskabler, montering med tap eller bolt Tåler RFI/EMI og høje temperaturer, egensikker  
Piezoresistiv   0.03%   Særdeles følsom, højt signaloutputniveau Høj pris, ikke-lineært output
[Tilbage til toppen]
 

Driftsprincipper

Lastcelledesign kan inddeles efter den type outputsignal, som genereres (pneumatisk, hydraulisk, elektrisk) eller efter de nåde, de registrerer vægt på (bøjning, forskydning, kompression, træk etc.).

Hydrauliske lastceller er kraft-balance-anordninger, som måler vægt i en ændring af trykket i den indvendige fyldvæske. I en hydraulisk lastcelle med rullemembran overføres en belastning eller en kraft, som påføres et lasthoved, til et stempel, der igen komprimerer en fyldvæske, som er lukket inde i et elastomermembrankammer. I takt med at kraften øges, stiger trykket i hydraulikvæsken. Dette tryk kan angives lokalt eller transmitteres til fjernvisning eller -styring. Outputtet er lineært og relativt upåvirket af mængden af fyldvæske eller temperaturen på denne. Hvis lastcellerne er installeret og kalibreret korrekt, kan nøjagtigheden være inden for 0,25 % fuld skala eller bedre, hvilket er acceptabelt til de fleste procesvejningsopgaver. Da denne sensor ikke har nogen elektriske komponenter, er den velegnet til brug i farlige områder.

En ulempe er, at elastomermembranen begrænser den maksimumkraft, som kan udøves på stemplet, til ca. 1.000 psig. Lastceller helt i metal fås også og kan anvendes ved langt højere tryk. Der er konstrueret særlige membranlastceller i metal, som kan registrere vægte op til 5000 tons.

Typiske anvendelsesområder for hydrauliske lastceller er vejning i tanke, beholdere og tragte. For at opnå maksimal nøjagtighed skal tankens vægt måles ved at placere en lastceller ved hvert støttepunkt og lægge resultaterne sammen. Da et plan er defineret ved tre punkter, er det ideelle antal støttepunkter tre. Cellernes output kan sendes til en hydraulisk totaliser, der sammenlægger lastcellernes signaler og genererer et output, der repræsenterer summen af disse. Der kan også anvendes elektroniske totalisere.

Pneumatiske lastceller fungerer også efter kraft-balance-princippet. Disse enheder anvender flere dæmperkamre til at opnå en højere nøjagtighed, end der kan opnås med en hydraulisk enhed. I nogle design anvendes det første dæmperkammer som taravægtkammer. Pneumatiske lastceller anvendes ofte til at måle relativt små vægte i industrier, hvor renlighed og sikkerhed er i højsædet.

Fordelene med denne type lastceller omfatter, at de i sig selv er eksplosionssikre og ikke er følsomme over for temperaturvariationer. Desuden indeholder de ikke væsker, som kan kontaminere processen, hvis membranen revner. Ulemperne omfatter en relativt langsom reaktionshastighed og krav om ren, tør, reguleret luft eller nitrogen.

Lastceller tilbelastningsmålere konverterer den belastning, de påvirkes af, til elektriske signaler. Selve målerne er limet på en bjælke eller en del af konstruktionen, som deformerer, når der påføres vægt. I de fleste tilfælde anvendes to belastningsmålere til at opnå maksimal følsomhed og temperaturkompensation. To af målerne er normalt under trækbelastning, og to er under trykbelastning, og de er tilkoblet med kompensationsjusteringer (som vist nedenfor). Når der påføres vægt, ændrer belastningen den elektriske modstand i målerne proportionalt med belastningen.

Wheatstone-kreds med kompensation
Wheatstone-kreds med kompensation
Kompressionslastceller af knaptypen
Kompressionslastceller af knaptypen
[Tilbage til toppen]
 

Ny udvikling inden for sensorer

Inden for udvikling af nye sensorer, er der stigende opmærksomhed omkring fiberoptiske lastceller, da de er immune over for elektromagnetisk og radiofrekvent støj (EMI/RFI), egnede til brug ved høje temperaturer og er egensikre. Der arbejdes fortsat på udviklingen af optiske lastsensorer. To teknikker tegner lovende: måling af effekten af tab ved mikrobøjning for optiske fibre med en modus og måling af kræfter ved hjælp af fiber-Bragg Grating-effekten (FBG). Optiske sensorer baseret på begge teknologier gennemgår i øjeblikket test i marken i Hokkaido i Japan, hvor de bruges til at måle snebelastning på elektriske transmissionskabler.
Lastceller med "S"-bjælke til anvendelsesområder, der omfatter kompression og træk
Lastceller med "S"-bjælke til anvendelsesområder, der omfatter kompression og træk

Der findes enkelte fiberoptiske lastsensorer på markedet. En fiberoptisk belastningsmåler kan installeres ved at bore et hul med en diameter på 0,5 mm i en tap eller bolt og isætte belastningsmåleren i denne. En sådan sensor er ikke følsom over for belastninger på afstand af aksen samt trækbelastninger.

Der er endnu ingen mikroforarbejdede siliciumlastceller på markedet, men de er under udvikling. På Universiteit Twente i Holland arbejder man på en pakket monolitisk lastcelle, der anvender mikroforarbejdningsteknikker, og det er muligt at siliciumlastceller vil komme til at dominere branchen i fremtiden.
[Tilbage til toppen]
 

Lastmålerkonfigurationer

Fjederelementerne i en lastcelle (også kaldet "bjælken") kan reagere på direkte belastning, bøjning eller forskydning. De kaldes oftest bøjningsbjælker, forskydningsbjælker, søjle, cylinder, helisk etc. (som vist nedenfor). De to mest populære design til industriel vejning er celler med bøjelig bjælke og forskydningsbjælke.

Fjederelementer til lastceller
Fjederelementer til lastceller

Sensoren med bøjelig bjælke er et af de mest populære lastcelledesign, fordi den er enkel og prisen er relativt lav. Den består af en lige bjælke monteret på en fod i den ene ende og med belastning i den anden ende. Den kan være udformet som en udragende bjælke, som en "monokel" (som vist i figur (A) ovenfor) eller som en ring (som vist i figur (B) ovenfor). Belastningsmålere monteres foroven og forneden til måling af træk- og kompressionskræfter. Da belastningsmålerne nemt kan beskadiges, er de typisk indkapslet i gummibælge. Selve bjælken er ofte fremstillet i en robust stållegering og beskyttet med fornikling.

Til medicinske instrumenter, robotenheder eller tilsvarende anvendelsesområder med lav belastning findes mindre sensorer med minibjælker til måling af belastninger op til 18 kg. Til belastninger op til 230 gram er bjælken fremstillet af berylliumkobber, mens rustfrit stål anvendes til større belastninger. I dette design er belastningsmålere typisk beskyttet med en urethanbelægning.

Ringformede eller flade design er runde og flade bøjelige strålesensorer, som består af belastningsmålere i limet folie indkapslet i et hus af rustfrit stål. Hele enheden ligner en flad pandekage (som vist i figur (B) ovenfor). Sensorer til tryk alene kan monteres i en beskyttende, selvjusterende enhed, der begrænser lastens bevægelse og leder lasten mod pladens midte. Kompressions-træk-design har et gevindhul gennem hele sensorens midte. Stabiliserende membraner er svejset på følelastknappen.

Sensorer med forskydningsbjælke måler den forskydning, som en last forårsager. En bøjelig lastsensor kan ikke måle forskydning, da forskydningsbelastninger ændrer sig over cellens tværsnit. I en forskydningssensor genererer I-bjælkekonstruktionen en ensartet forskydning, som kan måles nøjagtigt ved hjælp af belastningsmålere. En sensor med forskydningsbjælke (som vist i figur (C) ovenfor) er udstyret med belastningsmålere, som er monteret på begge sider af I-bjælken med gitterlinjer langs de primære akser. Fordelene ved en sensor med forskydningsbjælke frem for en bøjelig bjælke omfatter bedre håndtering af sidebelastninger og dynamiske kræfter samt hurtigere returnering til nulpunktet.

Typisk cylinderlastcelle med stor kapacitet
Typisk cylinderlastcelle med stor kapacitet

Lastceller til direkte belastning (eller søjle/cylinder) er grundlæggende sensorer med bøjelig bjælke, som er monteret på en søjle inde i en robust, rund beholder (som vist i figur (D) ovenfor). Lastsensoren er monteret lodret med to af de fire belastningsmålere monteret i længderetningen. De to andre er monteret i tværgående retning. Søjlen kan være kvadratisk, cirkulær eller cirkulær med flade områder på siden til montering af belastningsmålerne.

Hvis den udstyres med vippeanordning eller selvjusterende lejer med stiver kan en cylinderlastcelle tåle en vis bevægelse af tanken og er relativt ufølsom op til belastningspunktet. Desuden beskytter cylinderen belastningsmålerne mod fysiske og miljørelaterede skader. Cylinderceller fås i størrelser fra "tapper" på 38 mm i diameter med en kapacitet på 50-250 kg til kompressionsceller med en diameter på 165 mm, som er velegnede til vejning af lastvogne, tanke og tragte op til 250.000 kg.

Heliske lastceller er bedre til at håndtere last på afstand af aksen end kompressionsceller af cylindertypen (som vist i (E) ovenfor). En helisk lastcelles funktion er baseret på en fjeder. En fjeder afbalancerer en lastkraft ved hjælp af dens eget drejningsmoment. Drejningsreaktionen bevæger sig fra toppen til bunden af spiralen. Ved at måle dette drejningsmoment med belastningsmålere monteret på fjederen kan en helisk lastcelle udføre en forholdsvis nøjagtig lastmåling uden brug af kostbare monteringskonstruktioner. Kræfter forårsaget af asymmetrisk last eller last på afstand af aksen har en begrænset effekt på fjederen, og belastningsmålerens sensorer kan måle både træk- og kompressionskræfterne.

En helisk lastcelle kan monteret på ru overflader, også når de øverste og nederste overflader ikke er parallelle, og den samlede fejl overstiger ikke 0.5 %. Den heliske lastcelle er også modstandsdygtig over for stød og overbelastning (og kan håndtere en overbelastning på flere tusinde gange), hvilket gør den velegnet til måling af kraft eller last på aksler eller sæder i køretøjer eller ved brug af gaffeltruck.

Lastceller med limede belastningsmålere af knaptypen eller med flad skive fås i størrelser fra 6 til 38 mm i diameter. De mindste sensorer fås kun i kompressionstypen, men nogle af de større celler har gevindhuller, så de også kan bruges til måling af trækkræfter. De fleste af de småbitte sensorer kan håndtere op til 100 kg, men nogle kan måle op til 25.000 kg. Da disse små celler ikke har beslag eller bøjninger, tåler de ikke belastning på afstand af aksen eller last, der flytter sig. På den anden side er lastceller af knaptypen og med flade skiver meget praktiske og nemme at anvende. Selv den mindste sensor i rustfrit stål har en indbygget komplet firearmet Wheatstone-bro og kan måle op til 100 kg ved temperaturer op til 800° C.
[Tilbage til toppen]
 

Lastcellevarianter

Subminiature- og miniaturelastceller til kompression

Subminiature- og miniaturelastceller til kompression

Belastningsmålere med høj ydelse i en robust konstruktion helt i rustfrit stål er designet til opgaver med minimal plads og høj kapacitetsbelastning og sikrer den bedste linearitet og stabilitet.
Subminiature- og miniaturebelastningsceller til træk/kompression

Subminiature- og miniaturebelastningsceller til træk/kompression

Designet til krævende miljøer i industriel automation og robotteknik. Velegnet, når belastningen kan variere fra træk til kompression og omvendt.

Lastceller type "S"

Lastceller type "S"

Modtager outputaflæsninger af træk og kompression. Anvendelsesområderne omfatter vejning af tanke, tragte, ophængt last samt lastvognsvægte. Belastningsceller med "S"-bjælke leverer en særdeles høj ydeevne i en kompakt og alsidig pakke. Monteres ved hjælp af stavender eller belastningsknapper for opnåelse af optimal ydelse.
Trækforbindelseslastceller

Trækforbindelseslastceller

Velegnet til måling af inline-trækkraft. Anvendelsesområderne varierer fra kabler på kraver, støttestænger i arkitektur, testfundamenter til motorer og industriel vejning.

Sensorer for lav kraft

Sensorer for lav kraft

Designet til kraftmåling i laboratorier og tillader måling af små kræfter.
Lastceller med bjælke, forskydningsbjælke og dobbelt bjælke

Belastningsceller med bjælke, forskydningsbjælke og dobbelt bjælke

Anvendes til mange opgaver med belastningsceller, tankvejning og industriel processtyring.

Hardware til vejning af tanke og beholdere og summeringstilbehør

Hardware til vejning af tanke og beholdere og summeringstilbehør

Forskellige vejeenheder, systemer og summeringsbokse.
Belastningsceller med enkelt punkt og platform

Belastningsceller med enkelt punkt og platform

De er velegnede til kommercielle og industrielle vejesystemer og leverer nøjagtige aflæsninger, uanset hvor lasten er placeret på platformen.

Lastceller med lastskiver og gennemføring

Lastceller med lastskiver og gennemføring

Denne belastningscelle har en ekstremt lav profil og et kompakt design og er velegnet til anvendelsesområder, der kræver design med gennemføringshul, f.eks. klemkræfter, boltbelastningskræfter og andre trykbelastninger.
Lastceller af cylindertypen

Lastceller af cylindertypen

Anvendes til enkelte og flere vejninger, mange er designet helt i rustfrit stål og er hermetisk forseglet og kan vaskes og anvendes i våde miljøer.

Hydrostatisk kompenserede lastceller

Hydrostatisk kompenserede lastceller

Designet til drift under vand. Anvendelsesområderne omfatter blandt andet tørdokker, vejning til søs, nedsænkede platforme, hvor arbejdsområdet oversvømmes.
Lastbolte

Lastbolte

Et unikt alternativ til konventionelle belastningsceller, velegnet til undersøgelse af kræfter i samlinger, adskillelse samt design.

Reaktions- og rotationsmomentceller

Reaktions- og rotationsmomentceller

Den er designet til montering på det momentproducerende element og måler motorers startmoment.
Tilbehør og ekstraudstyr til lastceller

Tilbehør og ekstraudstyr til lastceller

Få det optimale ud af dine lastceller, lastknapper, summeringsbokse mm.

Platform- og industrivægte

Platform- og industrivægte

Industrielle platformvægte i flere størrelser til tunge vejeopgaver.
Lastceller med lav profil

Lastceller med lav profil

Kompressions- og trækbelastningsceller, anvendes ofte til vejningsforskning og overvågning af inline-kræfter.

[Tilbage til toppen]
 

Vejningsopgaver

Designet på de tidligste vejningssystemer var baseret på Archimedes' og Leonardo Da Vincis arbejde. De brugte placeringen af kalibrerede modvægte på en mekanisk arm til afbalancering og dermed bestemmelse af en ukendt vægt. En variant af denne enhed anvender flere arme, som alle har forskellige længder og afbalanceres med en enkelt standardvægt. Senere blev standardvægtene erstattet af kalibrerede fjedre, og forbedringer i fremstilling og materialer har medført, at disse vægte er blevet nøjagtige og pålidelige.

Indføringen af hydrauliske og elektroniske (oftest baseret på belastningsmålere) lastceller udgjorde dog den første større ændring i designet af vejningsteknologi. I moderne forarbejdningsanlæg foretrækkes elektroniske lastceller til de fleste anvendelsesområder, men vægte med mekaniske arme anvendes stadigvæk, hvis betjeningen sker manuelt, og drifts- og vedligeholdelsesmedarbejderne foretrækker denne enkle løsning.

Mekaniske vægte med arme bruges også til et antal anvendelsesområder, f.eks. vægte til lastvogne, jernbanespor, tragte, tanke, platformvægte samt kranvægte. De ændringer i nulpunkt og rækkevidde, der sker på grund af gradvise temperaturændringer, kan korrigeres via manuel justering eller anvendelse af korrektionsfaktorer. Kompensation for hurtige eller ujævne temperaturændringer er langt vanskeligere, og de kan ofte ikke korrigeres. Nøjagtigheden og pålideligheden af godt vedligeholdte og kalibrerede vægte betyder, at de ofte anvendes som standarder for handel og accepteres af myndighederne.

Fjederafbalancerede vægte er desuden enkle, og hvis de er fremstillet af legeringer i høj kvalitet (med en elasticitetsmodulus, der ikke er påvirket af temperaturudsving), kan de være meget nøjagtige, hvis de er korrekt kalibreret og vedligeholdt. De fås til lave priser og er mest velegnede til lave belastninger.

Funktionen for alle vejningssystemer er at opnå oplysninger om brutto-, netto- eller bulkvægt eller en kombination af disse. Der kræves to målinger for at finde nettovægten af indholdet i en beholder: Totalvægten og vægten af den tomme beholder. Nettovægten findes ved at trække det ene fra det andet.

Bulkvejning er vejning af store mængder. Totalvægten findes ofte ved at foretage måling af stigninger og lægge disse vægtstigninger sammen og dermed finde totalvægten. Det gør det muligt at reducere vejningssystemets størrelse, hvilket reducerer omkostningerne og i nogle tilfælde giver en større nøjagtighed.

Der kan også anvendes bånd til bulkvejning. Denne metode er mindre nøjagtig, og den samlede bulkvægt opnås ved at integrere produktet af båndets hastighed og båndets last over en periode.

Batchvejningssystemer opfylder kravene for industrirecepter ved nøjagtigt at tilføre et antal materialer til en fælles modtagebeholder til blanding eller reaktion.
[Tilbage til toppen]
 

Design af vejningssystemer

Når der påføres en last på midterlinjen af en cylinderformet lastcelle, opstår der træk eller kompression. Når den påføres en bjælke, opstår der forskydning eller bøjning. Bjælker kan installeres i konfigurationer med én eller to ender. Faktorer, der skal overvejes ved valg mellem de to muligheder omfatter kravene til struktur og stabilisering og de tilhørende overvejelser vedrørende pris, kompleksitet og vedligeholdelse. Den valgte lastcelle skal altid være velegnet til brug i driftsmiljøet, når det gælder korrosionsbestandighed, el-sikkerhed (egensikre design kan leveres), vaskbarhed etc. Det første trin i valget af lastcelle er at bestemme den totalvægt, der skal understøttes (bruttovægten). Det er summen af nettovægten af tankens indhold, vægten af beholderen og monteret udstyr, herunder aflastningsventiler, instrumenter, miksere og motorer til disse, stiger, varmekapper, indholdet i disse samt eventuel vægt, der kan være påført tanken i form af rør eller kanaler. Hvis beholderens taravægt er for høj sammenlignet med indholdet, reduceres målingens nøjagtighed.

Beholdere under tryk og beholdere med varmekapper til dampfase kræver yderligere kompensation, da dampenes vægt varierer, når temperaturen og trykket ændres. Selv hvis tanken kun indeholder luft, vil en beholder, der kan rumme 20.000 liter, veje 25 kg mere, hvis trykket øges med én atmosfære ved omgivende temperatur.
[Tilbage til toppen]
 

Ydelsesmæssige overvejelser

Vejesystemets ydeevne påvirkes af mange faktorer, herunder: temperatur, vibrationer, strukturelle bevægelser, miljø og vedligeholdelse. Temperaturkompensation foretages normalt for de fleste systemer, og området skal altid overstige det forventede område for udsving i omgivende temperatur og driftstemperatur. Hvis procesbeholderen er varm (eller kold) kan der placeres temperaturisoleringspuder mellem tanken og cellen.

Temperaturkompensationsjusteringer for nul og rækkevidde er indbygget i de fleste lastcellekredse med belastningsmåler i høj kvalitet. Ved drift uden for de typiske temperaturgrænser på -20 til 70° C kræves yderligere korrigering eller styring af temperaturen omkring lastcellen. Lastcellen skal også beskyttes mod kraftig strålevarme, især hvis den kun når den ene side af cellen.

I metalforarbejdningsindustrien skal lastceller kunne fungere kontinuerligt ved temperaturer op til 260° C. De klæbemidler, der anvendes som bagside på lastmålere har typisk begrænset anvendelse ved høje temperaturer. Ved anvendelse under høje temperaturer kan der anvendes legeringstråde til føling af belastning sammen med uorganisk (keramisk) cement. Alternativt kan der anvendes en flammesprayteknik, hvor der sprøjtes smeltet aluminiumoxid på belastningsfølingsgitteret for at holde det på plads. Disse installationer kan tåle kortvarig drift op til 540° C.

Vibrationspåvirkning kan minimeres ved at isolere vejningssystemets støtteben fra konstruktioner eller betonfundamenter, som understøtter motorer eller andet vibrerende udstyr, eller som er påvirket af trafik i området. Vibrationsabsorptionspuder kan anvendes til at isolere lastcellerne fra tankens vibrationer, men ydelsen bliver bedst, hvis der anvendes isoleringspuder ved vibrationskilden. Tilsvarende kan der anvendes vægttransmittere med filtrering til fjernelse af støj forårsaget af vibrationer, men det er bedst, hvis der som udgangspunkt ikke forekommer vibrationer. Under vejning bør alt indløb og udløb og alle motorer og miksere, som er monteret på den tank, der vejes, standses, hvis det er muligt. I beholdere med omrøring, skal der monteres baffelplader for at reducere stigning og rotation af indholdet.

Lastcellemiljøet er dynamisk og kræver derfor periodisk kontrol. Denne bør omfatte friholdelse af celle(r), kabel og tilhørende forgreningsboks for materialerester, is eller stillestående vand (eller andre væsker) samt beskyttelse mod varme, direkte sollys og vind. Cellerne skal også beskyttes mod lynnedslag og strømstød. Vedligeholdelsen skal omfatte kontrol af lastcellemiljøet, strukturer, kabler og forgreningsbokse (for fugt og tilspænding af terminaler), justering af støtte og styrestænger samt periodisk kalibrering og kontrol for at sikre, at lasten er balanceret.

Lastceller kan modstå op til 200 % af deres kapacitet under sidebelastning. Hvis et køretøj kører ind i en beholder eller på anden måde forstyrres, skal cellerne efterses for skader og omkalibreres. Kontrol i forbindelse med vedligeholdelse skal udføres både med beholderen fyldt og tømt samt ved alle mulige temperaturer for beholderen/konstruktionen.
[Tilbage til toppen]
 

Støttekonstruktion til beholdere

Det næste trin i designprocessen er at udvælge de nødvendige strukturelle støtteanordninger til tanken. Trækstøtte kan kun bruges til vejning af små beholdere, da trækceller har et begrænset vægtområde. I trækinstallationer anvendes én til fire celler (normalt én), og i installationer af kompressionstypen anvendes normalt tre eller flere. Når nøjagtigheden ikke er afgørende (0,5 % fuld skala eller mindre), og beholderen indeholder en væske, kan omkostningerne reduceres ved at udskifte lastceller med dummyceller eller bjælker med bøjning. Lodrette runde tanke understøttes typisk af tre, mens der anvendes fire til kvadratiske eller vandret runde beholdere. Alle lastceller i systemet skal helst have samme kapacitet.

Til beholdere, som er meget store, har en uafbalanceret last, indeholder farlige materialer eller er i fare for at vælte, kan der anvendes flere celler. Hvis der ikke er monteret vindafskærmning til beholderen, skal cellens kapacitet øges til også at tage højde for løft og tryk forårsaget af de værste tilfælde af væltning, som er forårsaget af vinden.

Nøjagtig vejning opnås med tre celler, da tre punkter definerer et plan, og lasten derfor udlignes naturligt. Ved brug af fire eller flere celler kan det være nødvendigt at justere lasten. Det minimale lastcelleområde (størrelse) opnås ved at dividere bruttovægten med antallet af støttepunkter. Normalt vælger man den næste standardcelle, som overstiger de beregnede krav. Nogle teknikere vil tillægge en sikkerhedsfaktor på 25 % til bruttovægten, før ovenstående beregning foretages. Andre tilføjer desuden en dynamisk lastfaktor, hvis lasten før vejning tabes ned på vægten. Alle lastceller i systemet skal desuden helst have samme kapacitet. Beholderens støttekonstruktion skal være stiv og stabil, og beholderen skal kunne bevæge sig frit i lodret retning. Alle konstruktioner i vejningssystemet skal være uafhængige af konstruktioner, der understøtter andre beholdere eller af biltrafik.

Den kombinerede afbøjning af den konstruktion, som understøtter cellerne, og den konstruktion, som cellerne understøtter, i processen fra ingen til fuld last (herunder bøjninger i beholderens væg) må ikke overstige 1/1.200 af afstanden mellem to vilkårlige celler. Det svarer til en vinkel på 0,5°. Nogle monteringsåg til forskydningsbjælker tillader lidt mere.

Bukning af støttebenene tilfører også moment til støttebjælken. Der skal også tages højde for ujævn last på grund af vindforskydning, løft og tryk, for at konstruktionens design kan overholde ydelsesspecifikationerne. Vindafskærmning er afgørende, da alle lastceller kan være helt uden last uden denne. For de fleste celler vil vindeffekten uden afskærmning forårsage fejl under 0,1 % fuld skala.

Støttekonstruktionen skal være i vater inden for 3 mm. Hvis ikke skal der placeres afstandsstykker under cellen/-erne, så lastplanet kommer i vater. Under anvendelse med både kompression og træk skal belastningen på beholderen overføres via lastcellen til midterlinjen af nettet på stålstøtten. Det forhindrer, at bjælkerne bliver fordrejet. Der skal indsættes kiler ved støttepunkterne.
[Tilbage til toppen]
 

Stabilisering af beholdere

For at opnå ubegrænset lodret bevægelse, samtidig med at vandret varmeudvidelse er mulig, anvendes støtte- og styrestænger. Der er fremstillet af gevindstænger og møtrikker og sikrer fastholdelse i længderetningen. Møtrikkerne spændes til kilen på beholderens støttebeslag og til et stift beslag på konstruktionen. Møtrikkerne fingerspændes og fastgøres derefter med låsemøtrikker (som vist nedenfor).

Installation til fastholdelse af tank
Installation til fastholdelse af tank

Stængerne skal være i vater og monteret vinkelret på beholderens varmeudvidelsesretning. Det tillader ubegrænset lodret bevægelse uden at medføre sidelast. Støttestænger skal monteres så tæt som muligt på beholderens støtteplan. På lange, runde og vandrette tanke skal den aksiale støttestang til beholderen placeres tæt på beholderens midte, og de langsgående fikseringsanordninger skal placeres tæt på enderne. Dette bidrager til, at en stor aksial varmeudvidelse undgås.

Styrestængerne er identiske med støttestængerne bortset fra, at de tilpasses løst med et mellemrum på 3 mm ved møtrikken og hullerne i overstørrelse til stænger. Styrestængerne kan monteres over eller under støtteplanet eller lodret for at forhindre, at beholderen vælter. På ophængte beholdere fungerer støttestængerne også som reserveophæng.

For at kunne bestemme den nødvendige størrelse og placering af stabiliseringssystemerne skal de eksterne kræfter (seismisk, røreværk etc.) evalueres. Det mest stabile støtteplan er ved tankens tyngdepunkt, når den er fyldt. Ophængte beholdere kræver kun styre- eller støttestænger, når vandret bevægelse af beholderen kan forårsages af eksterne kræfter. Ved mindre kraftpåvirkninger kan støddæmpere være tilstrækkeligt.

Varmeudvidelse af beholdere i forhold til støtteanordningerne kan medføre uønsket sidelast på lastcellerne. Nogle lastcelledesign tillader vandret bevægelse af beholdere for at aflaste sidelast. Lastcellestænger, der holder en hængende beholder, skal være i lod inden for 0,5°. Celledesign med forskydningsbjælke med en eller to ender kan eliminere eller minimere behovet for støtte- eller styrestænger (som vist nedenfor), mens cylinderformlede celler altid kræver begge dele.

Lastceller med udragende bjælke reducerer krav om støtte
Lastceller med udragende bjælke reducerer krav om støtte

Når det gælder tilladt vandret bevægelse kan lastcelledesign være "faste" (ingen bevægelse tilladt), "lineære" (lineær bevægelse tilladt) eller "fulde" (alle bevægelser af beholderen tilladt). Faste og lineære celler monteres i støttepositioner, som er længst fra hinanden, og lineær bevægelse er tilladt på en linje, som skærer den faste celle.

Adaptere til lastceller anvendes til vægte til køretøjer, hvor der forekommer store vandrette kræfter på grund af køretøjernes deceleration eller acceleration på vægten. Adapteren hænger vejeplatfornen fra lastcellens top via drejeled, som er forbundet til den nederste plade og platformen. Lastcellen understøttes af en bundplade, som absorberer kraftig sidelast, når den vandrette afbøjning overstiger frirummet omkring bundpladen. Der findes tilsvarende design til forskydningsbjælker med to ender (som vist nedenfor).

Installation med forskydningsbjælke med endelast
Installation med forskydningsbjælke med endelast

[Tilbage til toppen]
 

Rørforbindelser

Hvis et rør er monteret på en vejet beholder, vil det påføre lodrette og vandrette kræfter. En totalt lodret kraft (V) genereret af alle rør, som er tilsluttet til en vejet beholder, skal være mindre end 30 gange systemets nøjagtighed (A) ganget med den maksimale last med strømmen tilsluttet (L):

Formel

De kræfter, der påføres rørstøtterne, røret og rørets indhold og de fjederkræfter, der opstår som følge af rørets bevægelser på grund af varmeudvidelse, skal alle medregnes i V og i vurderingen af de vandrette kræfter. De vandrette kræfter, der påvirker beholderen, skal være nul.

Nedenfor er angivet nogle generelle regler, som kan bruges til at opnå et godt design:

    Rørene skal flugte med tilslutningspunktet på beholderen uden brug af kraft.
    Rørets længde mellem beholderen og den første rørstøtte skal være så lang, at der er mulighed for lodret bøjning, men ikke så lang, at røret hænger og tilfører vægt til beholderen.
    Støtter til lastceller skal også understøtte de første to rørstøtter.
    Rørstøtternes op- og nedadgående bevægelser skal begrænses.
    Når det er muligt, skal der anvendes et lettere rør, da dette vil medføre yderligere fleksibilitet. Eksempelvis er 10S mere fleksibelt end 40S.
    Overførslen af vandrette kræfter skal elimineres ved hjælp af ekspansionssamlinger og rørdesign med 90°-knæk i to plan.
    Fleksible armaturer, universalsamlinger og slanger må kun bruges til vandrette forbindelser og skal flugte normalt med tankens tilslutningspunkt uden brug af kraft. Slanger med vævet kappe må ikke anvendes. Fleksible gummifødder kan bruges til lodrette forbindelser.
    Når en tragt og dens låg understøttes individuelt og forsegles med en fod, kan der ske vejningsfejl på grund af trykændringer forårsaget af indløbende eller udløbende materiale. Udluftning af låget (og dermed brydning af vakuum) er nødvendig for at eliminere denne kilde til fejl.
    Der må ikke bruges slanger til bøjninger.
    Der må ikke anvendes stiv isolering på fleksible samlinger.
    På vandrette runde tanke er den bedste placering af rørtilførslen i nærheden af den "faste" lastcelle.
    De elektriske enheder på tanken (herunder lastceller) skal tilkobles ved hjælp af fleksible kanaler i "loop".

[Tilbage til toppen]
 

Installation og kalibrering

For at kontrollere om transducere og lastceller fungerer korrekt, skal følgende vurderes: Vender vægtangivelsen tilbage til nul, når systemet er tomt eller uden last? Fordobles den viste vægt, når vægten fordobles? Forbliver den viste vægt den samme, når lastens placering ændres (ujævn last)? Hvis svarene er ja, er celler og transducere sandsynligvis i god stand og kræver ikke yderligere tiltag.

Før kalibrering skal det mekaniske system inspiceres, og celleinstallationen efterses for følgende:

Efterse lastcellens kabler og spolen og beskyt eventuel overskydende kabel eller spole. Lasten skal være jævnt fordelt på flere lastceller i forskellige lastcelleinstallationer. Hvis de afviger med mere end 10 %, skal lasten ombalanceres og justeres ved hjælp af afstandsstykker.

Under kalibrering, installation eller afmontering af en celle skal beholderen løftes uden at fjerne lasten fra eller overbelaste de øvrige celler. Systemets design skal gøre det muligt at hæve cellen og afmontere den vandret.

Der skal anvendes dummy-lastceller i stedet for aktive lastceller, til al konstruktions- og svejsearbejde er udført.

Kalibrering af beholderen kræver, at der anvendes ophæng eller hylder til at understøtte kalibreringsvægtene. Disse skal monteres under fremstillingen af beholderen. Kalibrering til en nøjagtighed på 0,25% fuld skala eller bedre udføres normalt med dødvægte, og dette er den eneste kalibreringsmetode, der accepteres af godkendelsesmyndighederne. Al kalibrering begynder med nulstilling af systemet:

Under kalibrering af dødvægt lastes beholderen jævnt til 10 % af lastkapaciteten i drift ved hjælp af standardvægte. Vægtindikationen registeres, og vægtene fjernes. Derefter lægges procesmateriale i beholderen, til vægtindikatoren registrerer den samme (10 %) vægt som med kalibreringsvægtene. Herefter lægges kalibreringsvægtene på beholderen igen, og resultatet (nu ca. 20 %) registreres. Disse trin gentages, til 100 % kapacitet nås.

Kalibrering af vægt i drift er en ny og hurtigere metode,som anvender vejede personer i stedet for kalibreringsvægte. Proceduren er den samme som ved kalibrering med dødvægt. Metoden må ikke anvendes, hvis der er fare for personskade.

Kalibreringsmetoden ved brug af "materialeoverførsel" anvender en anden vægt til kontrol af vægten. Denne metode er begrænset af referencevægtens nøjagtighed, og der er risiko for fejl på grund af risikoen for tab af materiale under overførslen.

Der kan også anvendes en mastercelle til kalibrering, når blot masteren er ca. tre gange mere nøjagtig end den nøjagtighed, der forventes af det kalibrerede system. Kalibreringsproceduren omfatter trinvis lastning og evaluering af udgangssignalerne for hver trin for både den kalibrerede vægtbro og masterlastcellen (som vist nedenfor). Det antal delinger, der anvendes, og kraftpåføringsmetoden (hydraulisk eller servomotor) vælges af brugeren.

Hvis der er problemer med et lastcellesystem, kan der udføres fire test:

Mekanisk inspektion: Kontroller lastcellen for fysiske skader. Hvis den er fysisk deformeret, bøjet, strukket eller komprimeret i forhold til dens oprindelige form, kan den ikke repareres og skal udskiftes. Se efter deformation eller revner i alle metalflader. Bøjede overflader skal være parallelle med hinanden og vinkelrette på begge endeflader. Kontroller alle kabler i hele deres længde. Kabler med hakker eller slidskader kan medføre kortslutning af en lastcelle.

Nulbalance (nullast): Forskydninger i nulbalancen skyldes normalt restbelastning i føleområdet. Restbelastning skyldes overbelastning af cellen eller stammer fra gentagne driftscykler. Mål lastcellens input med et voltmeter, når der ikke er vægt på cellen. Den skal være inden for 0,1 % af det specificerede nuloutputsignal. Hvis outputtet er uden for toleranceområdet for nulbalance, er cellen beskadiget, men skaden kan muligvis afhjælpes.

Modstand i bro: Mål modstanden over hvert par input- og outputledninger. Sammenlign resultaterne med lastcellens specifikation. Resultater uden for tolerancen skyldes oftest fejl i ét eller flere elementer og er typisk et resultat af elektriske transienter eller lynnedslag.

Isoleringsmodstand: Tilslut alle input-, output, føle- og samleledninger, og mål modstanden mellem lastcellens hus og ledningerne ved hjælp af et ohmmeter. Aflæsningen skal viste mindst 5.000 megaohm. Hvis lastcellen ikke består denne test, skal teste gentages uden fællesledningen. Hvis den stadigvæk ikke består, skal lastcellen repareres. Hvis den består, findes problemet muligvis i lastcellens kabel. Kortslutning (strømflow) skyldes oftest fugtindtrængning mellem lastcellens elektronik og cellens hus.

Masterlastcelle til kalibrering af vejebro
Masterlastcelle til kalibrering af vejebro
[Tilbage til toppen]
 

Specialinstallationer

Lastceller monteret på ben måler ændringer i belastning i beholderens støttekonstruktion og kan bestemme tankens vægt til en nøjagtighed mellem 0,1 % og 0,5 % fuld skala. Disse celler kan monteres på eksisterende tankstøttekonstruktioner, og der kan monteres flere på benene på en beholder. Disse ben kan være fremstillet af I-bjælker, rør, betonfyldte rør eller vinkeljern.

Disse lastceller fås i design med én eller to akser. Celler med dobbelt akse kan udføre vinkelret belastningsovervågning af varmebelastning eller anden (forstyrrende) belastning, hvilket kan bruges til at fjerne fejl fra det primære signal. Hvis der anvendes celler med én akse, kan der monteres en anden celle vinkelret på den første til måling og eliminering af fejl, der skyldes varmebelastning.

Disse celler er meget temperaturfølsomme og skal derfor afskærmes og isoleres fra sol og vind. Når cellen placeres på i et I-bjælkenet minimeres temperaturfejl. Basismetallet i celler med én akse skal passe nøjagtig til materialet i beholderens ben, da der ellers vil opstå fejl. Hvis der anvendes celler med to akser, kompenserer de for materialeforskelle, og dette problem opstår ikke. Det bedste design opnås ved at montere en celle med to akser midt på I-bjælkenettet. Den næstbedste løsning er at installere to celler med én akse over for hinanden på flangens forside på det sted, hvor flangen er monteret på nettet.

Trædevægte eliminerer kompleksiteten forbundet med at bygge vægte til køretøjer fra individuelle lastceller, vejebroer og stabiliseringsudstyr, og de er derfor billigere (som vist nedenfor). En trædevægt er en selvstændig enhed, som kan sænkes ned i en fordybning. Udover at være nøjagtig har den retningsbestemte belastningsmålere, der registrerer køretøjernes bevægelser.

Trædevægtdesign
Trædevægtdesign

Monorail-vejetransducere måler last "live" ved hjælp af en indbygget lastcelle og bøjede enheder, der er indbygget i et enkelt selvstændigt modul (som vist nedenfor). Belastningsmålerenheden i dette modul registrerer den korrekte vægt uafhængig af lastens position. Den skrå enhed oven på modulet kobler lasten fra "skubberen" under vægtmålingen og eliminerer dermed disse kræfter.
Monorail-vejetransducer
Monorail-vejetransducer

Båndvejesystemer anvendes på flade bånd eller bånd med rende. Flade bånd er mest nøjagtige, men ofte er materialespildet højere. Denne type vejningssystem består af lastceller, der understøtter et sæt ruller, herunder tre løberuller på hver side, som stabiliserer og understøtter båndet og dets indhold, mens de bevæger sig over vægten. Den leverede vægt bestemmes ved at integrere produktet af vægten og hastighedssignalerne for båndet.

Vejningssystemet skal placeres med afstand området med påvirkning fra materialelastningen og spredning og i den modsatte ende end remskiven for at undgå stor båndstramning. Båndene skal være i et lag, fleksible og spore uden lateral bevægelse. Båndets stramning skal holdes ved hjælp af vægt og remskive for at minimere fastkøring eller modstand mod bevægelse. Båndets stramning skal justeres efter overvågning af systemets reaktion under større eller mindre stramning. Et løst bånd medfører sidelastfejl, fordi båndet slår sig eller vikles rundt, mens et stramt bånd kan medføre, at lastcellen måler båndets stramning i stedet for lasten. Lastceller anvendes i stor udstrækning til opgaver, hvor der kræves præcisionsvejning af faste og flydende materialer. Afhængig af, om modtageren eller dispenseren vejes, kaldes disse funktioner vægtøgnings- eller vægtabskonfigurationer (som vist nedenfor).

Lastcellekonfigurationer for batch af faste stoffer
Lastcellekonfigurationer for batch af faste stoffer

Vægte til vægttabskonfigurationer måler den hastighed, totalvægten i dispenserbeholderen ændres med. De bruges til at styre flowhastigheder for små masser til en proces. Disse vægte består af et system med en lille lastcelle, en differentierende måling og et styresystem samt en dispenser med variabel hastighed. Normalt justeres dispenserens hastighed, så flowhastigheden for massen opretholdes ind i processen Under påfyldingscyklussen holdes den konstant på den seneste indstilling.

Vægtens tragt vejes af lastceller, der er tilsluttet via en summeringsboks til en vægttransmitter. Styresystemet kører skruetransportøren med en høj hastighed (bulkhastighed), til tæt på den totale målvægt. Nu sænker styresystemet hastigheden på skruetransportøren til "drypvis hastighed". Skruetransportøren fortsætter med at oplade ved drypvis hastighed i en kort periode og stopper lige før målvægten er nået.

Forskellen mellem målvægten og den vægt, skruetransportøren stoppes ved, kaldes "pre-act"-vægten. Denne pre-act-diffference gør det muligt for styresystemet at tage højde for det materiale, der stadigvæk falder fra skruetransportøeren og ned i vægtens tragt. Pre-act-vægten kan justeres enten manuelt eller automatisk, og i anvendelsesområder, hvor der kræves stor nøjagtighed, er det afgørende, at den er indstillet korrekt.

Ved batchkørsel med vægttabskonfiguration er en tilførselsenhed udstyret med en on/off-ventil ved indløbet og en skruetransportør med variabel hastighed ved udløbet. Hele tilførselsenheden inklusive indløbstragten og skruetransportøren er monteret på lastceller. Når tilførselsenhedens indløbsventil lukkes, angiver den hældning, som totalvægten falder med, det løbende udløb fra tilførselsenheden. Denne hældning styres ved hjælp af "vægttabsfunktioner", som beregner den hastighed, som totalvægten ændrer sig med. Tilførselshastigheden er angivet i pund pr. time, og styresystemet regulerer skruetransportørens hastighed, så den ønskede tilførselshastighed opretholdes.

Styresystemet sætter skruetransportørens hastighed op, når tilførselshastigheden er under referencepunktet, og ned, når den er over referencepunktet. Når tilførselsenheden er næsten tom, stiller styresystemet enheden i genfyldningstilstand. I denne tilstand åbnes indløbsventilen, og den holdes åben, til den ønskede fulde vægt er nået.
[Tilbage til toppen]

Referencer og yderligere læsning

Omegadyne Pressure, Force, Load, Torque Databook, Omegadyne, Inc., 1996.
The Pressure, Strain, and Force Handbook, Omega Press LLC, 1996.
Industrial Control Handbook, E. A. Parr, Butterworth, 1995.
Instrument Engineers' Handbook, Bela Liptak, CRC Press LLC, 1995.
Instrumentation Reference Book, 2nd Edition, B.E. Noltingk, Butterworth-Heinemann, 1995.
"Overcoming the High Cost of Torque Sensing in Industrial Applications," Darrell Williams, Eaton Corp., 1998.
Process/Industrial Instruments and Controls Handbook, 4th Edition, Douglas M. Considine, McGraw-Hill, 1993.
Sensor and Analyzer Handbook, H.N. Norton, Prentice Hall, 1982.
"Sensorer: The Next Wave of Infotech Innovation," Paul Saffo, Institute for the Future,1998.
Van Nostrand's Scientific Encyclopedia, Douglas M. Considine and Glenn D. Considine, Van Nostrand, 1997.
Vibration Analysis for Electronic Equipment, 2nd Edition, Dave S. Steinberg, Wiley, 1988.

Elements of Electronic Instrumentation and Measurements, 3rd Edition, Joseph J. Carr, Prentice Hall, 1996.
Weighing and Force Measurement in the '90s, T. Kemeny, IMEKO TC Series, 1991.

"How to troubleshoot your electronic scale," Brent Yeager, Powder and Bulk Engineering, September, 1995
"Ten rules for installing a belt scale", Steve Becker, Powder and Bulk Engineering, September, 1996.
"Flat-belt weigh feeder accuracy: How to achieve it, maintain it, and verify it", Pete Cadou and Chuck Homer, Powder and Bulk Engineering, September, 1997.
Electronic Weigh Systems Handbook, BLH Electronics, 1986.
Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, 10th Edition, Eugene A. Avallone, and Theodore Baumeister, McGraw-Hill, 1996.
McGraw-Hill Concise Encyclopedia of Science and Technology, McGraw-Hill, 1998.