Czujnik wagowy belkowy na zginanie lub ścinanie

Belki tensometryczne działające na zginanie lub na ścinanie są powszechnie stosowane do budowy wag elektronicznych tensometrycznych wieloczujnikowych. Podstawową zaletą czujników wagowych belkowych jest mała wysokość czujnika przy dużych zakresach pomiarowych. Umożliwia to budowę niskich wag platformowych czteroczujnikowych umożliwiająca pomiary nawet kilkunastu ton. Wymiary pomostu wagowego mogą wynosić nawet kilka metrów. Innym zastosowaniem belek tensometrycznych jest ważenie zbiorników, taśmociągów i urządzeń technologicznych.

Czujniki wagowe belkowe są produkowane w szerokim zakresie pomiarowym od 5 kg do 10 ton. W zależności od kształtu platformy wagowej stosuje się najczęściej od 3 do 6 czujników wagowych połączonych razem w sumatorze wagowym. Dobra jakość i trwałość tensometrów belkowych sprawia, że tego typu czujniki wagowe są chętnie używane do budowy wag przez większość producentów wag. Belki tensometryczne produkowane są przez większość europejskich i światowych producentów tensometrycznych czujników wagowychtakich jak: AST, CAS, CURIOTEC, DINI ARGEO, DGCELL, KELI, FLINTEC, LAUMAS NBC, HBM, HBK, ZEMIC, SENSOCAR, SENSY, SCAIME, UTILCELL, ZEMIC, TEDEA, REVERE, CELTRON, RICE LAKE, SENSOTRONICS, VPG.

Co to jest czujnik wagowy belkowy?

Belkowe czujniki wagowe to przetworniki, których konstrukcja jest wykonana w kształcie belki. Jeden koniec służy do zamocowania (najczęściej dwa otwory), a drugi koniec belki służy do zamocowania stopy lub przegubu, na który działa siła. Czujniki belkowe masy ze względu na sposób działania siły na tensometr foliowy wewnątrz czujnika możemy podzielić na 3 główne typy:

• belka działająca na zginanie (bending beam)
• belka działająca na ścinanie (single-ended shear beam)
• podwójna belka działająca na ścinanie (double-ended shear beam)

Do korpusu czujnika wagowego przyklejone są tensometry (rezystory foliowe) połączone w układzie mostka. Pod obciążeniem, czyli działaniem siły konstrukcja korpusu czujnika wagowego nieznacznie się odkształca wraz z przyklejonymi do niego tensometrami. Zmiany rezystancji tensometrów te są wprost proporcjonalne do przyłożonej siły i dlatego też są wykorzystywane do jej pomiaru.

Jak zbudowana jest belka tensometryczna?

Belka tensometryczna zbudowana jest z metalowego korpusu wykonanego ze stali stopowej lub stali nierdzewnej. Najczęściej ma dwa otwory na jednym końcu belki, które służą do przymocowania jej do konstrukcji wagi, natomiast z drugiej strony znajduje się otwór przystosowany do pionowego przyłożenia siły poprzez stopę wagową lub elementy łożyskujące. Belki tensometryczne są wykonywane w wielu kształtach i rozmiarach. Belki tensometryczne o małym zakresie od 5 do 500 kg są wykonywane najczęściej z elastycznym mieszkiem zabezpieczającym tensometry. Belki tensometryczne pracujące na ścinanie są zabezpieczone elastycznym silikonem lub w wykonaniu ze stali nierdzewnej hermetycznie zaspawane. Typowe wartości obciążenia tych belek to od 100 kg do 10 000 kg. Większe zakresy ważenia realizowane są na podwójnych belkach działających na ścinanie i typowe wartości ważenia wynoszą do 30 t.

Belka tensometryczna - zastosowanie

Najczęstszym zastosowaniem wagowych czujników belkowych jest ich zastosowanie przy budowie wag czteroczujnikowych. Zaletą tego rozwiązania jest możliwość wykonania wagi tensometrycznej o dowolnej i dużej o dużej powierzchni szalki z możliwością ważenia w całym zakresie w każdym miejscu platformy wagi. Waga wykonana na czterech belkach tensometrycznych nie ma ograniczeń jak w przypadku belek tensometrycznych typu single point, gdzie wymiary platformy wagowej są ograniczone przez producenta. Typowe zastosowanie belki tensometrycznej to wykorzystanie jej jako czujnik wagowy przy budowie najróżniejszych wag i systemów wagowych:

• waga platformowa czteroczujnikowa
• waga paletowa
• waga z wózkiem paletowym
• waga medyczna do ważenia pacjentów na wózkach
• waga łóżkowa
• ważenie zbiorników
• ważenie taśmociągów
• ważenie kontrolne
• systemy naważania i dozowania
• platforma wagowa
• układy ważące w automatyce i przemyśle

Belka tensometryczna - trwałość

Materiał, z którego jest wykonana korpus belki tensometrycznej, decyduje o odporności jej na warunki zewnętrzne (IP). Materiałem używanym do budowy belkowego czujnika wagowego może być:

• stal stopowa
• stal nierdzewna.

Bardzo istotny jest też sposób zabezpieczenia naklejonych tensometrów. W typowych zastosowaniach tensometr foliowy zabezpieczony jest przed działaniem czynników zewnętrznych warstwą elastycznego silikonu, która z powodzeniem chroni przed kontaktem z pyłami i czystą wodą. Dla bardziej wymagających i trudnych warunków tensometry foliowe zabezpiecza się przyklejoną osłoną ze stali nierdzewnej, elastycznym mieszkiem ze stali nierdzewnej osiągając stopień zabezpieczenia IP68 / IP69K. Materiał, z jakiego jest wykonany czujnik wagowy single point, decyduje o jego odporności na czynniki zewnętrzne, czyli trwałości.

Belka tensometryczna - dokładność

Jaka jest dokładność belki tensometrycznej? Podstawową sprawą jest, że do projektowania, wykonania i produkcji układu wagowego należy od razu wykluczyć belki tensometryczne niewiadomego pochodzenia nieposiadające znaku CE oraz certyfikatu OIML. Na portalach aukcyjnych dostępne są bliźniaczo podobne belki tensometryczne, ale bez oznaczeń klasy lub podania podstawowych parametrów. Tego typu belki nie gwarantują stałości parametrów, dokładności i powtarzalności pomiarów w funkcji czasu i temperatury. Typowa belka tensometryczna stosowana w wadze czteroczujnikowej wykonywana jest w klasie dokładności C3 wg OIML. Dostępne są niewiele lepsze do zastosowań specjalnych czujniki wagowe wykonane w klasie C4, C5 i C6. Różnica dokładności pomiędzy klasą C3 a klasą C6 jest niewielka. Jednak decydujący wpływ na dokładność ważenia z użyciem czujnika single point ma prawidłowy montaż i przestrzeganie wszystkich zaleceń producenta przetwornika tensometrycznego.

Czułość tensometru belkowego

Czułość belki tensometrycznej jest wyrażana w jednostkach mV/V i jest parametrem technicznym niemającym nic wspólnego z dokładnością czujnika wagowego. Najczęściej jest to 2 mV/V lub 3 mV/V z tolerancją +/- 10%. Znajomość tego parametru umożliwia wstępnie dobranie zamiennika tensometru, aby po wymianie uzyskać te same wskazania, ale dla dokładnej pracy układu wagowego konieczna jest powtórna adiustacja układu wagowego. W przypadku dokładnych wag czteroczujnikowych konieczna jest precyzyjna regulacja sumatora wagowego, dzięki, któremu możemy uzyskać bardzo dokładne pomiary.

Odporność na przeciążenia czujnika belkowego

Prawidłowo zamontowany zgodnie z zaleceniami producenta i sztuką wagarską czujnik wagowy będzie pracował niezawodnie wiele lat. Przy wyborze czujnika wagowego belkowego na dwa parametry:

• maksymalne obciążenie
• maksymalne wymiary szalki wagi

Maksymalne obciążenie czujnika wagowego wyrażone w kg może być bezpiecznie najczęściej do 120%, natomiast przeciążenie powyżej 150% jest zazwyczaj niszczące dla niego. Dlatego ważne jest zabezpieczenie platformy wagowej przed ewentualnym przeciążeniem przez zastosowanie odpowiednich ograniczników mechanicznych i ich starannego wyregulowania. Przy projektowaniu układu zaleca się wybranie zakresu belki o 20 do 40% więcej niż maksymalny zakres wagi.

Wymiar szalki wagi a czujnik tensometryczny belkowy

Belki tensometryczne pozwalają na budowę wagi wieloczujnikowej o dowolnych wymiarach szalki. Najważniejszą sprawą jest zadbanie o odpowiednią sztywność konstrukcji mechanicznej, w miarę równomierne rozmieszczenie czujników oraz zastosowanie dobrej jakości i prawidłowo zamontowanych akcesoriów wagowych (nóżki, przeguby). Przy uruchamianiu układu wagowego konieczne jest dokładne wyregulowanie ograniczników obciążenia (zderzaków) tak, aby działały już po przekroczeniu maksymalnego obciążenia wagi w każdym punkcie szalki pod czujnikiem wagowym.

Belka tensometryczna - temperatura pracy wagi

W większości przypadków temperatura pracy belkowego czujnika wagowego zawiera się w przedziale -10 C do +40 C. Gdy konstruujemy układ wagowy, który będzie poddawany zmiennej temperaturze, warto spojrzeć na parametr, który informuje, jakie mogą nastąpić zmiany czułości i błędu zera wynikające ze zmiany temperatury. W kartach katalogowych są one podawane jako wartość zmiany czułości belki tensometrycznej przypadająca na 10 K na jej maksymalne obciążenie.

Producent belki tensometrycznej

W większości przypadków istnieje kilka typowych konstrukcji czujników wagowych belkowych, które można zamiennie stosować, ponieważ podstawowe parametry bez względu na producenta są bardzo zbliżone.