Pomiar siły i pomiar masy w automatyce przemysłowej umożliwia kontrolę i sterowanie procesów technologicznych. Dozowanie, kontrola masy produktów, zabezpieczenie przed przeciążeniem to zadania, jakie wykonują nowoczesne systemy automatyki. Dokładny pomiar masy w automatyce gwarantuje bezpieczny nadzór i sterowanie procesami produkcji.
Najprostszy układ pomiarowy siły lub masy stosowany w automatyce składa się z:
1. Czujnik tensometryczny lub platforma wagowa
2. Wzmacniacz z wyjściem analogowym 0- 10 V lub 4 -20 mA
3. Sterownik PLC
Czujnik tensometryczny czy przetwornik siły?
Pomiar siły czy pomiar masy zależy od tego, w jakim celu jest wykonywany pomiar. Inaczej nazwiemy pomiar np. siły wciskania łożyska na prasie, a inaczej nazwiemy kontrolę masy przedmiotów na taśmie produkcyjnej. Pomiar siły w automatyce będzie nam się ciągle przewijał z pomiarem masy. Z reguły zawsze mamy do czynienia z pomiarem siły i tylko zależy to od nas i naszych potrzeb, w jaki sposób będziemy prezentować wyniki. Producenci czujników tensometrycznych w zależności od swoich potrzeb również je skalują w kg (kilogram) lub N (Niuton jednostka siły od nazwiska znanego fizyka Newton).Tensometryczny czujnik siły lub przetwornik masy można wybrać i zakupić w naszym sklepie www.moga.pl
Miniaturowy czujnik siły firmy Sauter działający w dwóch kierunkach. Gwintowane trzpienie pomiarowe ułatwiają montaż.
Przetwornik tensometryczny belkowy najczęściej stosowany do budowy układu pomiaru masy z jednym czujnikiem na platformie. Belki tensometryczne są dostępne od bardzo małych zakresów poniżej 1 kg do maksymalnie około 500 kg. W zależności od możliwości zastosowania szalki zmieniają się też gabaryty samej belki tensometrycznej.
Popularny w wagach platformowych aluminiowy czujnik tensometryczny typu single-point. Łatwy montaż platformy lub elementów pomiarowych z góry i czoła przetwornika.
Przetwornik tensometryczny na zginanie najczęściej stosowany jest przy pomiarach małych zbiorników oraz budowie platform i pomostów wagowych. Montaż czujnika tensometrycznego wymaga stosowania specjalnej stopy, która gwarantuje prostopadłe przyłożenie siły. Innym rozwiązaniem jest stosowanie specjalnych elastomerów, które są w stanie zagwarantować poprawną pracę układu pomiarowego.
Czujnik tensometryczny -belka na zginanie wykonana ze stali nierdzewnej. Spawany mieszek zabezpiecza tensometry naklejone na korpusie belki.
Przetwornik tensometryczny siły typu S jest popularnym i łatwym w montażu czujnikiem siły. Prawidłowe działanie siły umożliwiają dodatkowe akcesoria montażowe: zawiesia z przegubem kulistym oraz przeguby. Czujnik siły typu S jest przetwornikiem działającym w dwóch kierunkach, dlatego chętnie jest wykorzystywany w układach pomiaru siły.
Przetwornik tensometryczny siły firmy Sauter typu S. Producent w korpusie czujnika umieścił elementy zabezpieczające przed przeciążeniem w dwóch kierunkach.
Czujnik tensometryczny siły naciskowy jest najczesciej stosowany do pomiaru siły nacisku w układach automatyki i pomiarowych. Innym zastosowaniem tensometru naciskowego jest pomiar masy w zbiornikach. Przetwornik naciskowy wymaga specjalnych elementów montażowych, aby siła zawsze działała prostopadle na trzpien pomiarowy czujnika.
Naciskowy czujnik siły umożliwia prostopadłe przykładanie siły. Zakresy pomiarowe tego typu czujników zawierają się w przedziale od kilku kilogramów do setek ton.
Czujniki siły wymagają starannego montażu, aby zapewnić dokładny pomiar. Dodatkowo można kupić przeguby kulowe do czujników dwustronnego działania typu S. Do belek tensometrycznych na zginanie przeznaczone są specjalne stopy montażowe, które zapewniają prostopadłe przyłożenie siły. Przy montażu zbiorników lub platform można zastosować specjalne zestawy montażowe.W przypadku stosowania więcej niż jeden czujnik tensometryczny warto wszystkie przetworniki połączyć w puszce sumatora. Sumator do przetworników tensometrycznych umożliwia też dokładne wyregulowanie geometrii układu pomiarowego.
Prawidłowo zamontowana belka tensometryczna na zginanie. Strzałka wskazuje kierunek siły, natomiast dodatkowa podkładka pod tensometrem umożliwia się jego uginanie wraz z przyrostem obciążenia.
Platformy wagowe jednoczujnikowe i czteroczujnikowe
Do pomiaru masy lub siły można też wykorzystać gotowe platformy wagowe. Zaletą korzystania ze sprawdzonych producentów platform jest to, że są wykonane starannie, posiadają gotowe elementy zabezpieczające przed uszkodzeniem na skutek udarów mechanicznych i przeciążenia. W konstrukcjach czteroczujnikowych możemy być pewni sztywności konstrukcji i właściwego montażu tensometrów.
Platforma wagowa OHAUS to bardzo dobry wybór dla tych, co chcą korzystać z gotowych, dobrych i sprawdzonych rozwiązań. Atrakcyjna cena oraz duży wybór.
Jeżeli nie ma możliwości wykorzystania gotowych rozwiązań platform wag, wtedy jesteśmy zmuszeni wykonać ją samodzielnie. Warto jest przestrzegać podstawowych zasad, aby konstrukcja była dostatecznie sztywna i zapewnione prostopadłe przyłożenie siły na czujnik. Istotne jest też odizolowanie ważonych powierzchni od elementów stałych poprzez stosowanie łączników elastycznych.
Wzmacniacz tensometru z wyjściem analogowym 0- 10 V lub 4 -20 mA.
Wzmacniacz wagowy z wyjściem analogowym i wyświetlaczem cyfrowym do montażu na szynie DIN.
Wzmacniacz tensometryczny zwany też często jako przetwornik do czujników siły służy do wzmocnienia sygnału różnicowego. Odpowiednio dobrane wzmocnienie pozwala na uzyskanie na wyjściu wzmacniacza napięcia 0 V przy nieobciążonym czujniku siły. Przy całkowitym obciążeniu czujnika masą równą wartości maksymalnej zakresu tensometru na wyjściu wzmacniacza tensometrycznego uzyskujemy wartość 10 V. Wzmacniacz tensometryczny z wyjściem analogowym 0 – 10 V stosowany jest w układach automatyki przemysłowej najczęściej tam, gdzie sterownik PLC znajduje się stosunkowo blisko i nie występują zakłócenia.
Schemat ideowy czujnika siły. Wyjście sygnału jest różnicowe, natomiast czułość czujnika jest podawana w mV/V.
Innym bardziej odpornym na zakłócenia i przesyłanie sygnału analogowego z tensometrów standardem jest wyjście prądowe 4-20 mA. Wyjście prądowe wzmacniacza tensometrycznego nazywane jest często jako pętla prądowa 4-20 mA umożliwia na przesyłanie sygnału analogowego bez zakłóceń nawet do kilkuset metrów, Dodatkową zaletą jest też sygnalizowanie usterki układu lub przerwy, gdyż wartością O kg jest natężenie prądu 4 mA. Przy całkowitym obciążeniu tensometru masą równą wartości maksymalnej zakresu czujnika na wyjściu wzmacniacza tensometrycznego z wyjściem prądowym uzyskujemy wartość 20 mA. Dla pętli prądowej zmiana wskazań w całym zakresie wynosi 16 mA.
Przetworniki wagowe można w łatwy sposób zamontować na szynie DIN. Zasilanie wzmacniaczy analogowych tensometrów to najczęściej 24 V DC.
Wzmacniacz analogowy do podłączenia tensometrów najczęściej jest zabudowany w obudowie umożliwiającej montaż na szynie DIN w szafach sterowniczych automatyki. Złącza śrubowe umożliwia łatwy montaż przewodów czujnika tensometrycznego. Wiele wzmacniaczy umożliwia podłączenie do czterech czujników tensometrycznych, co jest bardzo wygodne, gdy wszystkie elementy znajdują się blisko siebie. Wzmacniacz analogowy do podłączenia czujników siły wymaga zasilania 24 V DC. Pozostałe zaciski złącza służą do wyprowadzenia sygnału do sterownika PLC.
Obudowa wzmacniacza jest wykonana z cienkiej blachy, która skutecznie zabezpiecza przed zakłóceniami przemysłowymi. Po regulacji wzmocnienia i zera należy koniecznie założyć metalową pokrywkę ( na zdjęciu jej nie ma).
Regulacja wzmacniacza analogowe dokonywana jest za pomocą przełączników i potencjometrów. Aby wykonać poprawnie tę czynność, niezbędne jest posiadanie wzorców masy. Można ta czynność wykonać samodzielnie lub zlecić naszej firmie przy zakupie wzmacniacza analogowego i czujnika tensometrycznego. W tym przypadku mamy pewność, że zmiany napięcia lub prądu odpowiadają odpowiednie przyrosty wartości proporcjonalne do obciążenia.
