لودسل ( سیستم‌های توزین )

لودسل ( سیستم‌های توزین )

 

مقدمه

لودسل چیست؟ لودسل، یا سلول وزن‌کشی، عنصری اساسی در سیستم‌های توزین است که نیروی وارد بر آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. این سیگنال سپس توسط دستگاه‌های الکترونیکی به مقدار وزن قابل فهمی تبدیل می‌شود. از ترازوهای ساده آشپزخانه گرفته تا باسکول‌های صنعتی سنگین، لودسل‌ها نقش کلیدی در اندازه‌گیری دقیق وزن ایفا می‌کنند.

لودسل ( Loadcell ) چیست؟

لودسل در لغت به معنی سلول وزن می باشد و سنسوری جهت تشخیص نیرو (وزن ، گشتاور و…) و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی می باشد و درحقیقت یک ترانسدیوسر وزن می باشد که در خروجی خود ولتاژی در حد میلی ولت ایجاد می کند.

عملکرد لودسل:

عملکرد لودسل لودسل‌ها معمولاً از مواد حساس به فشار ساخته شده‌اند. هنگامی که نیرویی به لودسل وارد می‌شود، این ماده تغییر شکل جزئی می‌دهد. این تغییر شکل، سیگنال الکتریکی تولید می‌کند که متناسب با نیروی وارد شده است. این سیگنال سپس به یک تقویت‌کننده و سپس به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ارسال می‌شود. در نهایت، یک میکروکنترلر یا پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) سیگنال دیجیتال را تفسیر کرده و آن را به واحد اندازه‌گیری دلخواه (مانند کیلوگرم، نیوتن) تبدیل می‌کند.

ساختار لودسل چیست؟

Loadcell از دو قسمت تشکیل شده اند یکی جسم فنری که یا همان سازه و بدنه هستند که بار یا نیرو به آن قسمت اعمال می شود و دیگری استزین گیج که قلب یا کرنش سنج که قلب یک لودسل را تشکیل می دهد.

ساختار استرین گیج :

لودسل از تعدادی دسته مقاومت الکتریکی که بصورت مارپیچ و یا زیگزاگی تشکیل شده اند که استرین گیج نامیده می شوند و طبق فرمول (R=p(L/A با اعمال نیرو به این استرین گیج ها طول استرین گیج و در نتیجه طول مقاومت ها افزایش یافته و سطح مقطع نیز کاهش می یابد در نتیجه مقاومت آنها افزایش می یابد و با برداشت نیرو به حالت اولیه خود باز گشته و مقاومت کاهش می یابد که این میزان برگشت پذیری در استرین گیج ها نشان دهنده کیفیت و دقت یک لودسل را انشان می دهد.

شبکه مقاومتی بصورت نواری بر روی لایه نازکی بنام Myler ایجاد می شوند و می توان آن را روی المان خمشی و در مکانی که اعمال نیرو بر روی لودسل حساس تر است نصب کرد که هر خط شبکه توسط انتهای ضخیم با هم بسته شده است که در ایجاد نیرو بصورت 90 درجه در راستای خطوط اصلی شبکه حساسیت زیادی نشان ندهد و تغییر مقاومت چندانی نداشته باشیم و در آخر خطوط دو سطح پهن برای اتصال سیم ها در نظر گرفته شده است که سیگنال مقاومتی را به تجهیزات اندازه گیری خارجی انتقال می دهد.

نکات مهم در رابطه با لودسل ها

• نکته: با افزایش دما مقاومت کابل نیز افزایش می یابد که این تغییر مقاومت می تواند در دقت لودسل تاثیر بگذارد که جهت حذف این خطا یک استرین گیج دیگر عمود با استرین گیج اصلی قرار میگیرد تا بدین صورت با تغییر لودسل مقاومت استرین گیج نیز تغییر کرده ولی در پل وتسون این مقاومت حذف می شود.
• نکته : از آنجا که لودسل از نصب استرین گیج به سازه فنری درست شده است برای داشتن کرنش موثر یا حداکثر تغییرات بدنه سازه می بایست استرین گیج در پرتنش ترین قسمت المان فنری نصب شود تا حداکثر بهره وری از استرین گیج در لودسل دریافت شود.
• نکته : جنس سازه فنری از آلیاژفولاد با مقاومت بالا (فولاد ضد زنگ سخت شده ، آلیاژ آلومنیوم و یا آلیاژ بریلیوم مس)
• نکته : در فرایند ساخت لودسل و جهت جلوگیری از رشد باکتری ها و جلوگیری از آسیب زدن به استرین گیج ها داخل آنها را با گاز نیتروژن پر می کنند.
• نکته : معمولا در لودسل ها از چهار عدد استرین گیج استفاده می شود که در پل وتسون قرار می گیرند.
• نکته : سیگنال خروجی استرین گیج ها در حد چند میلی ولت هستند که می بایست توسط تجهیزات تقویت کننده،تقویت و مورد استفاده قرار گیرند. 
  برای تشخیص اندازه مقاومت یک استرین گیج از یک مدار الکتریک بنام پل وتسون استفاده می شود که این پل وتسون از چهار شاخه مقاومت تشکیل شده و بصورت چهار ضلعی به هم وصل می شوند و دو گوشه از این چهار ضلعی به تغذیه و دو گوشه دیگر جهت خروجی استفاده می شود.

لودسل ها دارای یک کابل چهار سیمه می باشند که به مدار پل وتسون متصل می شوند

تفاوت لودسل 6 سیمه با 4 سیمه :

مقاومت سیم ها به عواملی مانند دما و طول سیم بستگی دارند که هرچه دما و طول سیم افزایش یابد مقاومت سیم نیز افزایش یافته و باعث ایجاد افت ولتاژ در طول سیم می شود لودسل های 4 سیمه دارای دو سیم تغذیه و دو سیم سیگنال هستند ولی لودسل های 6 سیمه علاوه بر سیم های تغذیه و سیگنال دو سیم سنس و یا مرجع دارند که باعث حذف خطای مقاومت سیم بر اثر افت ولتاژ و طول سیم می شود تا بدین صورت دقت بالاتری نسب به 4 سیمه ها دارند.به همین دلیل سنسورهای 6 سیمه نسبت به 4 سیمه ارجع تر هستندو در صورت استفاده از لودسل های 4 سیمه می بایست از کابل شیلدار با سطح مقطع مناسب (حداقل 1 میلی متر) استفاده شود تا افت ولتاژ کمتری داشته باشیم.سیم های لودسل عبارتند از :

+EXT  
-EXT
-Sig
+Sig
-Sen
+Sen

• نکته: سیم های Sen در 6 سیمه می باشند و باعث حذف افت ولتاژ لودسل می شوند.

کلاس یک Loadcell :

مهمترین مشخصه یک لودسل دقت آن می باشد که بیانگر کلاس یک سنسور وزن است.معمولا هرچه قدرت تفکیک پذیری یک لودسل نسب به ظرفیت بیشتر باشد باعث خطای مجموع کمتر و در نتیجه دقت بالاتر سنسور می شود.
مهمترین عوامل تعیین کننده در دقت یک لودسل آلیاژ استرین گیج، رطوبت ، درجه حرارت می باشد که برای یک لودسل مورد بررسی قرار گرفته و از این طریق کلاس یک لودسل تعیین می شود که کلاس دقتی یک لودسل در چهار دسته تعریف می شوند:

کلاس A : 

این کلاس دقت بالایی دارد و در کاربری آزمایشگاهی قرار دارد.

کلاس B :

این کلاس دقت پایین تری نسب به کلاس A دارد و کاربری آن بیشتر در سیستم توزین طلا و جواهر فروش می باشد.

کلاس C :

این کلاس پرمصرف ترین معمول ترین کلاس در سیستم های توزین صنایع هستند.

کلاس D :

این کلاس کمترین دقت را در بین کلاس ها دارد و کابرد آن بیشتر در باسکولهای قدیمی است.

در واقع کلاس C پرمصرف ترین و پرکاربردترین کلاس Loadcell در صنعت می باشد که به چهار دسته C3 ،C4 ، C5 ، C6 تقسیم بندی می شوند که با توجه به تقسیم بندی و درجه بندی ها کلاس C دارای 14000 تقسیم بندی و کلاس C6 دارای 20 هزار تقسیم بندی می باشد که باعث می شود کلاس C6 داراری بیشترین دقت و کلاس C3 دارای کمترین دقت می باشد.

نکته:دقت Loadcell برابر است با حداقل مقدار بار قابل اندازه کیری توسط لوسل که جهت بدست آوردن این مقدار می بایست حداکثر ظرفیت Loadcell بر تعداد تقسیمات آن تقسیم کرد برای مثال برای وزن 10 کیلوگرم و کلاس C3 این عدد برابر است با 10.000/14.000 که برابر است با 0.714 گرم 

کاربردهای لودسل

• صنایع غذایی: توزین محصولات، بسته‌بندی، کنترل کیفیت 
• صنایع دارویی: توزین مواد اولیه، تولید دارو 
• صنایع خودروسازی: کنترل کیفیت قطعات، تست‌های بارگذاری 
• صنایع پتروشیمی: اندازه‌گیری جریان سیالات، کنترل فرآیند 
• تجهیزات پزشکی: ترازو‌های بیمارستانی، تجهیزات جراحی 
• سیستم‌های کنترل صنعتی: اندازه‌گیری وزن مواد در خطوط تولید

انواع loadcell :

لودسل های تجاری متنوع هستند که در ظرفیت های ، اشکال و نوع کاربرد آن انواع مختلفی دارند که مهمترین آنها عبارتند از: 

1- مدل تک پایه ای Single Point : 

این مدل پر مصرف ترین و ارزانترین نوع Loadcell است که دارای یک پایه جهت نصب می باشد و در وزن های کم (حداکثر تا 600 کیلوگرم) مورد استفاده قرار می گیرد مانند: ترازوهای فروشگاهی ، نقاله ، ماشین آلات بسه بندی ، پرکن ها و… کاربرد دارند.
ممترین مزیت این لودسل ها قیمت مناسب و ساده بودن نصب آن می باشد و مهمترین عیب این نوع لودسل ها محدوه وزن کم آنها می باشد.

 2- خمشی shear beam :

این لودسل ها در باسکول های کفه ای هستند و معمولا چندتایی مورد استفاده قرار می گیرند که دلیل آن نداشتن فشار جانبی در هنگام وزن کردن می باشد.این Loadcell از یک طرف به کمک ییچ و مهره متصل می شوند.این لودسل ها اغلب یک تکه فولاد محکم هستند و برای پالت و پلت فرم های کوچک مناسب هستند.

3- خمشی دو طرفه :

این لودسل ها بیشتر در توزین مخازن ،سیلوها و باسکول ها کاربرد دارند

4- کششی یا tension loadcell : 

این Loadcell با نام کششی و یا فشاری معروف هستند که بیشتر در باسکولهایی آویز و انوع باسکولهایی که ماهیت کشش دارند مورد استفاده قرار می گیرند مانند بچینگ ها و جرثقیل های سقفی و… و همچنین برای مواردی که محدویت فضایی داشته باشیم می توان از این لودسل ها استفاده کرد نمونه ای از این لودسل سری S-Type هستند

5- فشاری :

• بشکه ای canister در بچینگ ها ، توزین مخازن ، قطارکش ها و سیستم های توزین سنگین کاربرد دارند.
• مینیاتوری low profile  برای کاربردهای ظریف و مکانهایی که محدودیت فضا داریم مورد استفاده قرار می گیرد.
• تک نقطه یا singel point صورت نقطه ای و تکی مورد استفاده قرار می گیرند

6- باسکولی :

این Loadcell ها فشاری و ستونی بوده و بیشتر در سیستم های توزین مخازن ، سیلوها و باسکول ها مورد استفاده قرار می گیرند

7-خاص :

لودسل های با کاربد خاص در این دسته قرار می گیرند مانند Loadcell تخمین بار ، سنسور دو محور و…

پارامترهای مهم در انتخاب یک Loadcell :

1- تعیین ظرفیت  (کیلو گرم ، تن و …)
2- نوع لودسل (کششی ، فشاری و …)
3- میزان اهم ورودی و خروجی 
4- حداکثر میلی ولت در خروجی لودسل به ازای تغذیه یک ولت
5- حد دمایی کارکرد
6- کلا س دقتی یا میزان خطای لودسل (هر چه خطا کمتر باشد بهتر است)
7- مشخصات ابعاد و اندازه 
8- نحوه نصب 
9- شرکت سازنده

 

مزایا و معایب لودسل چیست؟

مزایا:

1. دقت بالا: لودسل‌ها دارای دقت بسیار بالا در اندازه‌گیری نیرو هستند که به وسیلهٔ آنها می‌توان به دقت بسیار بالایی در اندازه‌گیری وزن یا نیرو دست یافت.
2. حساسیت: لودسل‌ها حساسیت بسیار بالایی به تغییرات فشار دارند که امکان اندازه‌گیری حتی نیروهای کوچک را فراهم می‌کنند.
3. کاربردهای گسترده: لودسل‌ها در صنایع مختلفی از جمله صنعت خودروسازی، تولید مواد غذایی، روباتیک، پزشکی و… استفاده می‌شوند.
4. استحکام: برخی از لودسل‌ها به دلیل ساختار فلزی مقاوم و با طول عمر طولانی تری نسبت به سایر روش‌های اندازه‌گیری نیرو می‌باشند.

معایب:

1. قیمت: لودسل‌ها معمولاً به دلیل پیچیدگی ساختار و دقت بالا، قیمت بالایی دارند که ممکن است برای برخی کاربران هزینهٔ بیشتری را به دنبال داشته باشد.
2. حساسیت به شرایط محیطی: برخی از لودسل‌ها حساسیت زیادی به شرایط محیطی مانند رطوبت، دما و شوک دارند که ممکن است عملکرد آنها را تحت تأثیر قرار دهد.
3. نیاز به تنظیم: برخی از لودسل‌ها نیاز به تنظیمات و کالیبراسیون دقیق دارند تا عملکرد بهینه را ارائه دهند که ممکن است نیاز به تخصص فنی داشته باشد.
4. حفاظت: برای استفادهٔ صحیح از لودسل‌ها، نیاز به حفاظت مناسب در برابر ضربه، آب، گرد و غبار و… است که این ممکن است افزایش هزینه و زمان نگهداری را به دنبال داشته باشد.

همچنین، باید توجه داشت که مزایا و معایب مختلف لودسل‌ها ممکن است به نوع و کاربرد خاص آنها بستگی داشته باشد.

 

سخن آخر

در کل، لودسل‌ها دارای دقت و حساسیت بالا در اندازه‌گیری نیرو هستند، اما با قیمت بالا، حساسیت به شرایط محیطی و نیاز به تنظیمات دقیق روبرو هستند. لودسل ها در برند ها و قیمت های مختلفی در بازار وجود دارد برخی از این برند ها پارس مگا ، لاماس ، زمیک  و… است.

 

برای خرید لودسل به سایت کنترل24 مراجعه کنید و یا از طریق لینک زیر با کارشناسان ما در ارتباط باشید.