У шостому продовженні ми опишемо основні принципи визначення ваги та конструкції ваг.
Ваги складаються щонайменше з трьох основних частин:
- носії вантажу (міст для зважування, вагова платформа тощо),
- осередок завантаження,
- дисплей (індикатор/термінал ваги, перетворювач тощо).
Вантажівка
Механічні властивості носія вантажу мають великий вплив на якість ваги та саме зважування. Жорсткість конструкції надзвичайно важлива при побудові ваг. В принципі, чим жорсткіша конструкція, тим довговічніша вага і краще передача навантаження на датчик. Водночас це є передумовою для задоволення метрологічних вимог до ваг.
Несуча навантаження сконструйована механічно, щоб можна було в найбільш підходящому місці механічно встановити датчик навантаження (або датчики), підключений до блоку оцінки. Потім він перетворює виміряну величину (напругу чи струм) у одиниці ваги (г, кг, т) за допомогою перетворювача та програми. Якщо він оснащений дисплеєм, він відображає виміряні дані або надсилає їх на підключену периферію.
Вага - це властивість, відповідно міра властивостей усіх об'єктів, що виявляються шляхом надання опору змінам їх стану руху (тобто інерції) та взаємодії з іншими тілами (тобто сили тяжіння). При зважуванні ми порівнюємо силу, індуковану тілом відомої ваги (стандартної ваги), із силою, індукованою тілом невідомої ваги. Маса - одна з основних фізичних величин СІ.
Методи зважування
Механічна рівнобедрена вага - один із основних способів визначення ваги в минулому. З одного боку ваги розміщували зважений предмет, а з іншого - гирі (еталони), які врівноважували навантаження невідомої ваги, доки між двома чашами не було рівноваги.
З часом конструкція такої механічної шкали була дещо змінена (наприклад, пружинна шкала, рис. 23), хоча принцип залишався незмінним.
Навантажувальні клітини
В даний час для вимірювання ваги використовують тензодатчики. За виміряною величиною, пов’язаною з впливом ваги вантажу, ми поділяємо їх на тензорезистори (вимірюємо вихідну напругу) та датчики з електромагнітною компенсацією, т.зв. Датчики ЕМС (ми вимірюємо силу струму, необхідну для досягнення положення рівноваги). Найпоширеніший метод зважування - зважування тензодатчиками. Порівняно з датчиками з технологією ЕМС, виробничі витрати тензорезисторів значно нижчі. Ще одна перевага полягає в тому, що конструкція носія вантажу простіша.
Принцип роботи датчика тензорезистора
Тензодатчик складається з трьох основних частин: корпусу датчика, тензорезистора та мосту Уітстона. Завдання корпусу датчика полягає в перетворенні механічного напруження (виміряної сили) у точно визначену деформацію матеріалу корпусу датчика. Тензодатчик являє собою дріт, приклеєний до тонкої, як правило, поліамідної плівки. Коли цей опорний матеріал розтягується, тензорезисторний провідник також розтягується, тобто він збільшує свою довжину і одночасно зменшує діаметр, що призводить до збільшення опору. І навпаки, під час стиснення опір тензодатчика зменшується. Однак зміна опору дуже мала. Тому датчики підключені до т. Зв Міст Уїтстоун для полегшення оцінки зміни опору.
На вагах використовується одна або кілька тензодатчиків, залежно від конструкції, застосування, методу вимірювання або верхньої межі зважування. Якщо їх кількість перевищує одиницю, вони підключаються до розподільної коробки, де сигнали від окремих датчиків поєднуються, і один комбінований сигнал надходить на зважувальну клему через з'єднувальний кабель, який потім оцінюється.
Тензодатчики мають різну форму, потужність і конструкцію матеріалу. Залежно від форми вони можуть бути вигинними, стискаючими, розтягуючими тощо. Залежно від матеріалу вони виготовляються зі сталі, нержавіючої сталі, алюмінію тощо. Ємність датчиків коливається від декількох грамів до сотень тонн. Щоб дати вам уявлення, ось кілька прикладів тензодатчиків.
Якість самого вимірювального блоку (ми вимірюємо деформацію, яка еквівалентна прикладеній вазі) впливає на термін служби датчика. Вимірювальний блок найчастіше виготовляється з міцного матеріалу (наприклад, з нержавіючої сталі). У більш дешевих варіантах нержавіюча сталь замінюється алюмінієвим сплавом. Виробники роблять великий акцент на виборі покривного матеріалу. Датчик часто піддається впливу навколишнього середовища (спосіб очищення, кисле/лужне середовище тощо), тому вибір конструкції матеріалу в залежності від застосування є важливим.
Деякі виробники додають АЦП (аналого-цифровий) перетворювач до самої тензодатчики. Це передає цифрову інформацію про вагу на зважувальний термінал замість вимірювання рівня вихідної напруги. Це призводить до зменшення ризику впливу навколишнього середовища.
Перевага цифрового типу датчика полягає в тому, що у разі несправності інформація про нього передається на зважувальний термінал, і там можна визначити, який датчик має помилку, а яка помилку. Водночас організація обслуговування може також використовувати діагностичні засоби для діагностики причини.
Датчики згинання мають широкий спектр використання. Найпоширеніші програми застосовуються у платформних вагах, бункерах, ремінних вагах тощо. Навантаження, що прикладається до датчика, призведе до згинання пучка. Як видно з малюнка, тут використовується вплив крутного моменту, який деформує корпус датчика, а деформація вимірюється за допомогою мостової схеми.
Цей тип датчика поділяється на дві підкатегорії, а саме датчики тиску та датчики тяги (рис. 27 - датчик тиску). Найчастіше їх використовують у бункерах, у разі датчиків тяги у підвісних вагах або підвісних бункерах. Широко застосовуються тензометри, виготовляються мільйони. Однак вони мають свої межі. Головна з них - точність, якої можна досягти при їх застосуванні. Ось чому був розроблений ще один принцип вимірювання прикладеної сили за допомогою постійного магніту, котушки та оптрона. Використовуючи ці елементи, ми можемо вимірювати вагу з більшою точністю та швидкістю.
Спочатку конструкція датчика ЕМС складалася з декількох елементів та різних матеріалів. Однак досвід показав, що використання різних матеріалів призвело до різного теплового розширення, що спричинило вивільнення та втрату метрологічних параметрів. Тому сьогодні ЕМС-датчики виготовляються з одного шматка матеріалу (наприклад, алюмінієвого сплаву).
Як працює система зважування з електромагнітною компенсацією?
Вага зваженого зразка компенсується магнітною силою котушки, через яку протікає струм. Оптичний датчик положення виявляє, що важіль вийшов з рівноваги. Важіль з'єднаний із котушкою, через яку протікає струм. Ця котушка розташована в полі постійного магніту. Котушка встановлюється таким чином, що важіль повертається в положення рівноважного навантаження. Струм, що протікає через котушку, передається як сигнал, який оцінюється як показник ваги (рис. 29).
На відміну від тензодатчиків, ваги з технологією ЕМС мають можливість встановлення внутрішньої калібрувальної ваги. Ця функція дозволяє регулювати (встановлювати) баланс без використання зовнішньої контрольної контрольної ваги. Вигідною особливістю цієї технології є стійкість до перевантажень і одночасно досягнення високої точності. Принцип ЕМС дозволяє вимірювати з точністю до 0,0001 мг.
Індикатор ваги (термінал)
Як ми писали на початку, система зважування складається щонайменше з трьох основних частин. І останнє, але не менш важливе: показник ваги також називається терміналом. В основному він використовується для перетворення виміряної величини в цифрову форму та відображення або обробки цього вимірювання.
На практиці найчастіше використовують ваги, оснащені індикатором з дисплеєм. Користувач може прочитати результат вимірювання безпосередньо з дисплея. Термінали, як правило, оснащені програмним забезпеченням для різних застосувань, таких як підрахунок штук, граничне зважування, виведення з експлуатації, дозування. Дані індикатора можна передавати на інші пристрої, ПК або принтер. Конструкція зовнішнього корпусу вагових клем відрізняється. При виборі необхідно враховувати середовище, в якому буде використовуватися вага, спосіб її очищення, хто використовуватиме її та який матеріал на ній зважуватимуть.
Вага як основний засіб вимірювання ваги, який впливає на економіку та якість у компаніях, вимагає регулярного догляду. Регулярне технічне обслуговування та перевірка правильності вимірювань необхідні для правильного функціонування ваги.