“Phi, w ogóle nie przytyłem!”: Czy nie czujesz ulgi po takim wskazaniu wagi łazienkowej? Prawdopodobnie – lecz w rzeczywistości waga łazienkowa nie mierzy bezpośrednio Twojej masy ciała. Zamiast tego wbudowane w wadze ogniwo obciążnikowe przekształca siłę nacisku na zmienną. W wielu zastosowaniach przemysłowych do takich pomiarów często stosowane są belki sił zginających i belki sił ścinających (tensometryczne).
Zasada działania: jak jest mierzona masa?
Bez względu na to, czy jest to waga łazienkowa, precyzyjnie skalibrowana waga laboratoryjna czy też monitor poziomu grawimetrycznego w silosie: we wszystkich przypadkach chodzi o przyrządy pomiarowe, które służą do określania masy. W zasadzie mierzą występującą siłę nacisku. Jednak w odróżnieniu od np. wagi belkowej lub wagi sprężynowej, stosowane ogniwo obciążnikowe służy do pośredniego określenia siły nacisku. W tym celu takie przetworniki siły przetwarzają siłę nacisku na zmienną.
Zasada działania: w ogniwie obciążnikowym siła nacisku powoduje odkształcenie wewnętrznej sprężyny lub belki zginanej. Następnie nasilenie takiego odkształcenia podaje na przykład informację o masie (a dokładniej o Twojej sile nacisku). Odpowiada przy tym na pytanie, czy zamówisz deser czy też zaczniesz myśleć o diecie.
Główna zasada działania belek sił zginających i belek tensometrycznych
Różne stadia rozwoju przetworników siły w technologii pomiarów masy: belka tensometryczna, belka zginana, przetwornik jednego punktu i przetwornik siły S.
W jaki sposób można oznaczyć, jakim odkształceniom mogą ulec części pomiarowe ogniwa obciążnikowego belki tensometrycznej lub belki zginanej? W tym momencie pojawiają się specjalne czujniki tensometryczne lub czujniki cienkowarstwowe. Czujniki są przymocowane lub zamontowane w częściach pomiarowych. Podczas procesu pomiarowego są mechanicznym etapem pośrednim.
Przykłady czujników tensometrycznych: przyklejone do korpusu pomiarowego. Jeżeli korpus pomiarowy ulega odkształceniom, zostają one przeniesione na czujniki tensometryczne, a następnie elastyczne odkształcenia zostają przekształcone proporcjonalnie na sygnały elektryczne. Takie zmiany oporności mogą być łatwo i bardzo dokładnie zmierzone: z dokładnością w zakresie 0,01 % – 0,05 % Fnom. Kalibrację można wykonać w gramach, kilogramach lub tonach.
Alternatywą do powyższych przyklejanych foliowych czujników tensometrycznych są przetworniki siły z wspawanymi czujnikami cienkowarstwowymi: jest to technologia, w której główną rolę odgrywa WIKA Group oraz w której, jeżeli chodzi o polowy pomiar siły, jest jedynym dostawcą na rynku. Technologia cienkowarstwowa zapewnia stałą wysoką jakość i dokładny pomiar bezpośrednio w przepływie siły, bardzo dobrą charakterystykę temperaturową i długoterminową stabilność. Z belkami zginanymi i belkami tensometrycznymi standaryzowany czujnik jest przyspawany do elementu pomiarowego za pomocą lasera, co umożliwia automatyczną produkcję serii.
Pola zastosowania belek sił zginąjących i belek tensometrycznych
W przypadku małych i średnich zbiorników bardzo często do pomiaru masy wykorzystywana jest technologia pomiarowa z belkami zginanymi i belkami tensometrycznymi oraz często stosowane są do pomiaru siły. W inżynierii rolniczej, na przykład, opisane ogniwa obciążnikowe są często spotykane: przykładowo podczas ważenia zwierząt gospodarskich, dozowania paszy dla zwierząt, w grawimetrycznym monitorowaniu poziomu w zbiornikach lub silosach, lub do ważenia słomy lub bel siana w prasie belującej.
Również poza podanymi polami wykorzystania, belki zginane i belki ścinające mogą być stosowane na wiele innych sposobów: na przykład w konstrukcji tradycyjnej wagi, platforma ważąca (platforma wagi), ważenie w systemach procesowych i dozujących, wagach naczyń, wagach żurawi oraz wagach ciężarówek. W szczególności w zastosowaniach w przemyśle materiałów budowalnych, przemyśle chemicznym, przemyśle spożywczym oraz technologii medycznej często montowane są belki zginane i belki tensometryczne.
Przykład praktyczny: monitorowanie poziomu z użyciem ogniw obciążnikowych belek sił zginających lub belek tensometrycznych
Sprawdzenie poziomu napełnienia na podstawie pomiaru masy i zawartości: wysokość napełnienia naczynia lub zbiornika może być obliczona na podstawie zmierzonych danych takiego grawimetrycznego monitorowania poziomu. Metody pomiarowe mają wiele zalet:
- W tym samym czasie można zmierzyć poziom i dokładną masę.
- Nie jest konieczny dostęp do zbiornika, co eliminuje kontakt z medium.
- Pomiar nie zależy od materiału, jego właściwości i geometrii pojemnika.
- W razie konieczności można łatwo wymienić belkę zginaną lub belkę tensometryczną.
Przy pomiarze poziomu ogniwa obciążnikowe muszą działać niezależnie od natury i stanu medium. Niezależnie od tego czy medium jest cieczą, ciałem stałym, ciałem przewodzącym czy nieprzewodzącym, tworzy pianę, pył czy parę, czy jest gorące czy zimne, drobno- czy grubo-ziarniste niezależnie od geometrii naczynia oraz niezależnie od tego, czy medium jest rozłożone równomiernie czy też nierównomiernie: Takie czynniki nie mogą wpływać na wynik pomiaru i stałość działania. Zwłaszcza jest to ważne w zastosowaniach narażonych na działanie ekstremalnych temperatur, gdzie niezbędna jest wysoka wytrzymałość i odporność, na przykład w przemyśle stalowym.
Belki sił ścinających i belki tensometryczne w przemyśle rolniczym
W innym praktycznym przykładzie stal nierdzewna także: w przemyśle rolniczym jest duże zapotrzebowanie na belki zginane do ważenia. Podczas siania lub wysiewania nawozów, na przykład, można zaoszczędzić znaczące sumy dzięki dokładnemu rozdzieleniu i rozmieszczeniu materiału. Zależy to jak zawsze w przypadku automatyzacji od dokładnych wartości pomiarowych, do czego są nadzwyczaj przydatne bardzo dokładne belki tensometryczne (które także są niewrażliwe na obciążenia boczne).
Belki sił zginających, belki tensometryczne i inne ogniwa obciążnikowe: rozwiązanie różnorodnych problemów
Belki zginane i belki tensometryczne należą do najczęściej stosowanych ogniw obciążnikowych. Zależnie od pola zastosowania mogą być stosowane inne przetworniki siły. Nasz program obejmuje ogniwa obciążnikowe opracowane do obciążeń w zakresie od 0,3 kg do 300 t.
- Jednopunktowe ogniwa obciążnikowe. Stosowane są w technologii ważenia w wagach platformowych o mniejszych i średnich wymiarach. Określane są także jako „pojedyncze punkty” i są także przydatne do wprowadzenia mimośrodowych obciążeń.
- Ogniwa obciążnikowe sił ściskających. Tak jak wysokowytrzymałe ogniwa obciążnikowe, zostały zaprojektowane do ważenia medium i dużych naczyń i silosów. Wprowadzenie siły jest tak łatwe jak montaż; ponadto, ma solidną konstrukcję.
- Ogniwa obciążnikowe sił ściskających/rozciągających. Stosowane są głównie do ważenia zawieszonych obciążeń. Pomiar jest wykonywany bezpośrednio na drodze siły; ponadto montaż nie jest skomplikowany.
Uwaga
Więcej informacji z zakresu produktów do pomiaru siły, np. czujnik siły nacisku model F3833 i belka tensometryczna model F3831, można znaleźć na stronie WIKA.
Przeczytał także artykuł
Sworznie pomiarowe: definicja i obszary zastosowań