Silomer premieňa mechanickú silu – hmotnosť – na elektrický signál. Vo vnútri každého snímača zaťaženia je kovový prvok, ktorý sa pri zaťažení mierne deformuje. K tomuto prvku sú pripojené tenzometre: tenké odporové fólie, ktorých elektrický odpor sa mení, keď sa naťahujú alebo stláčajú. Táto zmena odporu vytvára merateľný výstup napätia úmerný použitej sile. V a mostová váha sú pod palubou umiestnené viaceré snímače zaťaženia a ich kombinované elektrické signály sú spracované indikátorom alebo spojovacou skrinkou, aby sa zobrazila hodnota hmotnosti.
To je základný mechanizmus. Všetko ostatné – hermetické tesnenie, teplotná kompenzácia, ochrana proti preťaženiu, digitálny výstup – je založené na tomto základnom princípe. Pochopenie detailov je dôležité, pretože výber, inštalácia a údržba snímača zaťaženia priamo určujú, ako presne a spoľahlivo bude mostová váha fungovať počas rokov prevádzky.
Tenzometer je snímacím prvkom, ktorý umožňuje technológiu snímačov zaťaženia. Pozostáva zo vzoru jemnej kovovej fólie – zvyčajne zliatiny niklu a chrómu – prilepenej lepidlom k povrchu elastického kovového tela, zvyčajne z vysoko kvalitnej legovanej ocele alebo nehrdzavejúcej ocele. Keď sa kovové telo deformuje pod váhou, fólia sa deformuje spolu s ním. Tým sa mení elektrický odpor fólie podľa vzťahu opísaného meracím faktorom (GF).
Merací faktor pre väčšinu kovových tenzometrov je približne 2.0 , čo znamená, že 0,1% kmeň vytvára 0,2% zmenu odporu. Pre štandardný 350-ohmový tenzometer to znamená zmenu odporu asi 0,7 ohmov - malá hodnota, ktorá si vyžaduje starostlivý návrh obvodu na presné meranie.
Snímače zaťaženia používajú štyri tenzometre usporiadané do konfigurácie Wheatstoneovho mostíka. Dve meradlá sú umiestnené v ťahu (pri zaťažení sa predlžujú) a dve v tlaku (pri zaťažení sa skracujú). Toto usporiadanie poskytuje niekoľko kritických výhod:
Štandardné budiace napätie 5 až 15 voltov jednosmerného prúdu sa aplikuje cez most. Pri menovitej kapacite most produkuje výstup na úrovni milivoltov - zvyčajne 2 mV/V , čo znamená, že 10V budenie produkuje 20 mV pri plnom zaťažení. Tento signál je potom zosilnený a spracovaný.
Nie všetky snímače zaťaženia zdieľajú rovnakú geometriu. Vnútorný tvar pružného prvku určuje, ako sa deformuje, čo ovplyvňuje presnosť, rozsah kapacity a vhodnosť pre rôzne konfigurácie váh.
Ide o najbežnejší typ, ktorý sa nachádza pri mostových váhach montovaných do šachty a na povrchu. Sú navrhnuté tak, aby znášali zaťaženie v jednej osi – priamo dole – a zvyčajne majú tvar valca alebo palacinky. Kompresné články používané v nákladných váhach zvládajú kapacity od 50 až viac ako 150 ton na bunku so šiestimi až dvanástimi článkami bežne podopierajúcimi celú plošinu váhy. Sú robustné, jednoducho sa inštalujú a primerane dobre zvládajú bočné zaťaženie, ak sú vybavené správnym montážnym príslušenstvom.
Bunky ohýbacieho nosníka pracujú na princípe konzolového alebo obojstranného nosníka. Zaťaženie pôsobí v jednom alebo dvoch bodoch pozdĺž nosníka pripevneného na druhom konci, čo spôsobuje jeho ohyb. Tenzometre umiestnené v mieste maximálneho ohybového momentu zachytávajú túto deformáciu. Tieto bunky sú obľúbené v nízkoprofilových plošinových váhach a určitých dizajnoch prenosných mostových váh, pretože môžu byť inštalované vo veľmi plytkom profile paluby. Zvyčajne sa používajú pre kapacity pod 20 ton na bunku .
Bunky šmykového lúča merajú šmykové napätie skôr ako ohyb alebo priamu kompresiu. Tenzometrické snímače sú orientované pod uhlom 45 stupňov k osi lúča, aby zachytili maximálne šmykové napätie. Táto konštrukcia je vysoko necitlivá na miesto pôsobenia zaťaženia – významná výhoda v aplikáciách mostových váh, kde zaťaženie nápravy vozidla nemusí pristáť v presnej polohe. Šmykové lúče ponúkajú vynikajúcu presnosť, ktorá sa zvyčajne dosahuje OIML Trieda C3 alebo lepšia a sú široko používané ako v prenosných nápravových váhach, tak aj v stálych mostových váhach.
Jednobodové bunky sú navrhnuté tak, aby poskytovali presné údaje bez ohľadu na to, kde je zaťaženie umiestnené na platforme - v rámci limitov. Používajú sa predovšetkým v menších plošinových váhach a zriedkavo sa vyskytujú v nákladných váhach plnej veľkosti. Objavujú sa však v niektorých váhach nápravových podložiek používaných na rýchle cestné kontroly.
| Typ snímača zaťaženia | Typický rozsah kapacity | Bežné používanie váh | Kľúčová výhoda |
|---|---|---|---|
| Kompresia | 50–150 t na bunku | Nákladné váhy namontované v šachte | Vysoká kapacita, robustný |
| Ohýbací lúč | Až 20 t na bunku | Nízkoprofilové platformy | Kompaktná inštalácia |
| Šmykový lúč | 5–50 t na bunku | Prenosné a pevné nápravové váhy | Necitlivosť bodu zaťaženia |
| Jednobodový | Do 5 t | Nápravové váhy | Jednotná odozva naprieč platformou |
Pochopenie toho, ako snímač zaťaženia funguje izolovane, je len časťou obrazu. Pri inštalácii mostovej váhy spolupracuje viacero snímačov zaťaženia a ich signály prechádzajú niekoľkými fázami spracovania, kým sa na displeji zobrazí hodnota hmotnosti.
Každý snímač zaťaženia pod plošinou mostovej váhy vytvára signál na úrovni milivoltov úmerný sile, ktorú prenáša. Pretože náklad z vozidla nie je nikdy dokonale vycentrovaný, jednotlivé články nesú nerovnaké podiely. Asymetricky zaparkované nákladné auto s hmotnosťou 60 ton by mohlo zaťažiť 12 ton na jednu rohovú bunku a 8 ton na druhú.
Všetky káble jednotlivých buniek vedú do spojovacej skrinky (nazývanej aj sumačná skrinka). Vnútri sú signály kombinované - buď pasívne prostredníctvom odporových sčítacích sietí alebo aktívne prostredníctvom zosilnenia. Pasívne sčítacie spojovacie boxy používajú trimovacie odpory na prispôsobenie rozdielov v citlivosti buniek, čím sa zaisťuje, že 1-tonová záťaž na ktorýkoľvek jednotlivý článok produkuje rovnaký príspevok k súčtu výstupu. Tento krok kalibrácie je kritický: bez neho by poloha záťaže na plošine váhy ovplyvnila konečný údaj.
Súhrnný milivoltový signál – stále veľmi malý – smeruje k indikátoru hmotnosti. Vo vnútri zosilňuje presný prístrojový zosilňovač signál, zvyčajne v rozsahu 0–10 voltov. Analógovo-digitálny prevodník (ADC) potom vzorkuje zosilnený signál. Použitie moderných váhových indikátorov 24-bitové ADC , ktoré poskytujú viac ako 16 miliónov diskrétnych krokov v celom rozsahu merania. Toto rozlíšenie je oveľa jemnejšie ako zákonom požadovaný prírastok zobrazenia a poskytuje stabilné čítanie odolné voči šumu.
Nespracované údaje ADC sú zašumené. Zaťaženie vetrom, vibrácie vozidla a elektrické rušenie spôsobujú rýchle výkyvy. Mikroprocesor indikátora používa algoritmy digitálneho filtrovania – často konfigurovateľné spriemerovanie alebo filtre založené na frekvencii – na získanie stabilnej hodnoty hmotnosti. Výsledná zobrazená hodnota je zaokrúhlená na schválený dielik, ktorý je pre legálne obchodné váhy zvyčajne 20 kg pre 60-tonovú váhu.
Pri výbere snímačov zaťaženia pre mostovú váhu čísla údajových listov priamo predpovedajú kvalitu merania. Tu je to, čo vlastne každá špecifikácia v praxi znamená.
Maximálne zaťaženie článku je navrhnuté na presné meranie. Z dôvodu bezpečnosti sú snímače zaťaženia tiež dimenzované na bezpečné preťaženie - zvyčajne 150 % menovitej kapacity – a zvyčajne konečné preťaženie pred trvalým poškodením 300 % . Mostová váha zvládajúca celkovú hmotnosť vozidla 60 ton podporovaná šiestimi článkami potrebuje články s dimenzovanou hmotnosťou aspoň 15 ton, ak sa zohľadní rozloženie zaťaženia, plus dostatočná rezerva preťaženia pre dynamické zaťaženie počas vjazdu vozidla.
OIML (Medzinárodná organizácia legálnej metrológie) klasifikuje snímače zaťaženia od triedy A (najvyššia presnosť) po triedu D (najnižšia). Typické sú snímače zaťaženia váh Trieda C3 alebo C4 , kde číslo označuje maximálny počet intervalov overovania – 3 000 alebo 4 000. Snímač zaťaženia C3 použitý v 60-tonovej váhe môže podporovať prírastok zobrazenia 60 000 kg ÷ 3 000 = 20 kg, čo je v súlade so štandardnými požiadavkami na váhu.
Táto špecifikácia kombinuje chyby nelinearity a hysterézie do jednej hodnoty, zvyčajne vyjadrenej ako percento menovitého výkonu. Pre snímač zaťaženia C3 je kombinovaná chyba zvyčajne ±0,023 % menovitého výkonu alebo lepšie . Na 20-tonovom článku s kapacitou 2 mV/V pri plnom zaťažení to zodpovedá chybe menšej ako 0,9 mikrovoltu – mimoriadne malej hodnote, ktorá si vyžaduje starostlivé tienenie a postupy zapojenia, aby sa zachoval signálový reťazec.
Snímače zaťaženia používané vo vonkajších váhach čelia značným teplotným výkyvom. Dôležité sú dva teplotné koeficienty:
Vo vonkajšej váhe pracujúcej od -10 °C do 50 °C – 60-stupňový rozsah – by bunka s rozpätím TK 0,008 %/10 °C zaznamenala posun rozpätia 0,048 % . V 60-tonovom meradle je to posun o 29 kg, ktorý možno pripísať samotnej teplote. To je dôvod, prečo sa kalibrácia mostovej váhy vždy vykonáva pri prevádzkovej teplote a prečo je zo zákona povinné pravidelné opätovné overovanie.
Snímače zaťaženia váh sú trvalo inštalované vonku, často v prostrediach jám, ktoré sú vystavené zaplaveniu, blatu a tlakovému umývaniu. Minimálne prijateľné IP hodnotenie pre snímače zaťaženia váh je IP67 (prachotesný a vydrží dočasné ponorenie do 1 metra). Mnohé inštalácie špecifikujú IP68 alebo IP69K , druhé hodnotenie umožňuje vysokotlakové prúdy vody pri vysokej teplote – relevantné pre miesta, ktoré pravidelne čistia plošinu váhy.
Tradičné snímače zaťaženia vydávajú analógový milivoltový signál. Počas posledných dvoch desaťročí sa digitálne snímače zaťaženia – ktoré integrujú ADC a mikroprocesor priamo vo vnútri tela snímača zaťaženia – stali čoraz bežnejšími v inštaláciách mostových váh. Rozdiel je významný z praktického hľadiska.
Analógové články sú jednoduchšie, lacnejšie a kompatibilné s prakticky akýmkoľvek indikátorom hmotnosti na trhu. Ich milivoltové signály sú citlivé na elektromagnetické rušenie (EMI) pri dlhých kábloch, čo je skutočný problém vo veľkých priemyselných závodoch s ťažkými strojmi. Maximálne praktické vedenie kábla pred tým, ako sa degradácia signálu stane problematickou, je približne 100 až 150 metrov so štandardným tieneným káblom.
Digitálne snímače zaťaženia konvertujú signál tenzometra na digitálnu hodnotu vo vnútri krytu článku a prenášajú údaje cez sériovú zbernicu – zvyčajne RS-485 alebo CAN zbernicu. Medzi hlavné výhody patrí:
Kompromisom je cena – digitálne snímače zaťaženia sú podstatne drahšie – a viazanosť na dodávateľa, pretože články od rôznych výrobcov často používajú nekompatibilné komunikačné protokoly.
Správna montáž je rovnako dôležitá ako kvalita článku. Nesprávne nainštalovaný dokonale špecifikovaný snímač zaťaženia poskytne nepresné a nestabilné údaje. Montážne systémy snímačov zaťaženia musia vykonávať niekoľko vecí súčasne.
Snímače zaťaženia sú určené na meranie sily v jednej osi. Bočné zaťaženie – spôsobené brzdením vozidla, tepelnou rozťažnosťou alebo nesúososťou paluby – spôsobuje chyby a urýchľuje únavu. Montážne zostavy používajú kolískové kolíky, záťažové tlačidlá alebo samovyrovnávacie základne snímačov zaťaženia, aby sa zabezpečilo, že mimoosové sily budú mechanicky odmietnuté. Montáž kolískového čapu umožňuje, aby sa článok mierne naklonil v ľubovoľnom smere, pričom na snímací prvok prenáša iba vertikálnu zložku akejkoľvek aplikovanej sily.
Oceľová mostová plošina s dĺžkou 18 metrov sa rozšíri približne 10 mm medzi zimnými a letnými teplotami v miernom podnebí (s použitím koeficientu tepelnej rozťažnosti približne 11,7 × 10⁻⁶ /°C a teplotného rozsahu 50°C). Montážny materiál musí umožňovať tento pohyb bez viazania. Montážne konfigurácie s pevným koncom a voľným koncom to riešia upevnením dosky na jednom konci a umožnením obmedzeného posuvného pohybu na druhom, čím sa zabráni interpretácii tepelnej rozťažnosti ako zmeny zaťaženia.
Niektoré konštrukcie upevnenia snímačov zaťaženia používajú upevňovacie skrutky alebo prídržné spony, aby sa zabránilo zdvihnutiu paluby z buniek počas zaťaženia mimo stredu. Bez obmedzenia zdvihu by mohlo excentrické zaťaženie v blízkosti jedného konca mostovej váhy spôsobiť zdvihnutie opačného konca, čím by sa znížila záťaž buniek a spôsobila by sa významná chyba. Zostavy kontrolných tyčí, ktoré obmedzujú pohyb plošiny smerom nahor na 2–3 mm, sú štandardnou súčasťou inštalácie kvalitných mostových váh.
Snímače zaťaženia sú robustné, ale nie nezničiteľné. Vedieť, ako zlyhávajú, pomáha tímom údržby identifikovať problémy skôr, ako spôsobia významné chyby váženia alebo úplné zlyhania systému.
Dokonca aj články s krytím IP68 môžu byť ohrozené, ak sú poškodené vstupné body káblov, ak konektory káblov nie sú správne utesnené alebo ak je telo článku fyzicky prasknuté. Vlhkosť, ktorá sa dostane k tenzometrom, spôsobuje koróziu fólie, zmeny adhéznych vlastností a v konečnom dôsledku elektrický únik medzi ramenami mostíka. Príznakom je zvyčajne postupný posun nulovej hodnoty a zvýšená nestabilita. Kontrola izolačného odporu medzi mostíkovými obvodmi a telom článku (mal by presiahnuť 5 000 MΩ na zdravej bunke) je štandardným diagnostickým krokom.
Jediné silné preťaženie – vozidlo naraziace pri rýchlosti na palubu alebo neočakávané pristátie žeriavu s ťažkým nákladom – môže elastický prvok plasticky zdeformovať. Po deformácii sa nulový bod bunky natrvalo posunie a nedá sa prekalibrovať. Únava sa hromadí počas miliónov cyklov zaťaženia; väčšina kvalitných článkov váhy je dimenzovaná 10 miliónov alebo viac cyklov pri menovitej kapacite, ale rázové zaťaženie a preťaženie dramaticky znižuje únavovú životnosť.
Káble snímačov zaťaženia vedú na exponovaných miestach pod plošinami váh. Poškodenie hlodavcami, opakované ohýbanie v dôsledku pohybu paluby a fyzické rozdrvenie úlomkami sú bežné príčiny zlyhania kábla. Poškodené tienenie alebo čiastočné prerušenie signálového vodiča spôsobuje šum, chyby posunu alebo úplnú stratu signálu. Ochrana káblového vedenia a pravidelná vizuálna kontrola sú jednoduché preventívne opatrenia, ktoré predlžujú životnosť systému.
Telesá snímačov zaťaženia z nehrdzavejúcej ocele sú odolné voči korózii, ale okolitý montážny materiál z mäkkej ocele - základne snímačov, kontrolné tyče, upevňovacie skrutky - nie. Skorodovaný hardvér sa môže zadrieť, zabrániť potrebným malým pohybom počas tepelnej rozťažnosti a spôsobiť bočné sily na silomer. Minimálnou požiadavkou na údržbu je ročná kontrola a plán mazania montážneho hardvéru.
Výstup snímača zaťaženia v milivoltoch nemá význam, kým nie je kalibrovaný podľa známych referenčných hmotností. Kalibrácia stanovuje matematický vzťah medzi elektrickým výstupom a zobrazenou hmotnosťou a pravidelná opätovná kalibrácia potvrdzuje, že vzťah sa nehýbal.
Zlatým štandardom pre kalibráciu mostovej váhy je zaťaženie plošiny certifikovanými testovacími závažiami so známou hmotnosťou – zvyčajne Certifikované hmotnosti triedy M1 alebo F2 nadväzovať na národné normy. Indikátor je nastavený tak, aby zobrazovaná hodnota zodpovedala použitej hmotnosti vo viacerých bodoch v celom rozsahu merania. Pre 60-tonovú váhu kalibrácia zvyčajne zahŕňa skúšobné zaťaženie pri 0, 20 %, 50 % a 100 % maximálnej kapacity.
Preprava a manipulácia s dostatočnými testovacími závažiami na kalibráciu plnej kapacity je nákladná a logisticky náročná. Metódy náhradnej hmotnosti – pomocou hydraulického referenčného zariadenia na meranie zaťaženia alebo vozidla s overenou hmotnosťou – umožňujú kontroly kalibrácie s nižšími nákladmi. Tieto metódy sú akceptované mnohými vnútroštátnymi orgánmi pre váhy a meradlá na pravidelné overovanie medzi kalibráciami plnej nosnej hmotnosti za predpokladu, že počiatočná kalibrácia bola vykonaná s nosnými hmotnosťami.
Váhy používané pri obchodovaní – fakturácia zákazníkom podľa hmotnosti, kontrola zhody vozidiel alebo fiškálne meranie – musia byť pravidelne overované oprávneným kontrolným orgánom. V Európskej únii stanovuje smernica o neautomatických váhových prístrojoch (NAWI) maximálne dovolené chyby (MPE) pre obchodné váhy: ±0,5 dielikov stupnice pri prvotnom overení a ±1 dielik stupnice v prevádzke. Intervaly overovania sa líšia podľa jurisdikcie, ale sú bežné 1 až 2 roky .
Snímače zaťaženia v dobre udržiavanej váhe by mali zostať presné 10 až 20 rokov . Dosiahnutie tejto životnosti si vyžaduje dôslednú pozornosť niekoľkým kľúčovým oblastiam.
Počet a umiestnenie snímačov zaťaženia pod mostovou plošinou ovplyvňuje presnosť merania aj redundanciu systému. Neexistuje jediný univerzálny štandard – konfigurácie sa vyberajú na základe dĺžky paluby, očakávaných typov vozidiel a požiadaviek na presnosť.
Bežne sa používa štandardná 18-metrová váha s jednou plošinou 6 snímačov zaťaženia : dva pod každým z troch hlavných priečnych nosníkov. To poskytuje dobré rozloženie záťaže a dostatočnú redundanciu – ak zlyhá jedna bunka, systém môže často zistiť poruchu prostredníctvom nevyváženého čítania v rohu a nie katastrofickej nepresnosti. Používajú sa niektoré vysoko presné aplikácie 8 buniek pod štyrmi priečnymi nosníkmi pre lepšie pokrytie.
Nápravové mostíky s viacerými poschodiami – kde každá plošina váži jednotlivé skupiny náprav samostatne – vyžadujú samostatné sady buniek pod každou plošinou, pričom každá skupina buniek sa spracováva nezávisle. Mohla by sa použiť štvorposchodová nápravová váha 16 až 24 snímačov zaťaženia celkovo je každá skupina kalibrovaná nezávisle, aby sa zabezpečilo, že súčet hodnôt jednotlivých náprav sa rovná celkovej hmotnosti vozidla nameranej pri vážení vozidla ako celku.
Symetria umiestnenia buniek je dôležitá. Asymetricky umiestnené bunky vytvárajú nerovnomernú mapu citlivosti na povrchu paluby: záťaže v blízkosti zhluku buniek sa registrujú presnejšie ako záťaže umiestnené uprostred medzi bunkami. Kvalitná montážna prax zahŕňa kontrolu citlivosti rohov dokončenej inštalácie pomocou referenčnej hmoty umiestnenej v každom rohu a porovnanie nameraných hodnôt. Ukazuje sa dobre vyvážená inštalácia odchýlka menšia ako ± 0,1 %. cez rohové pozície.
Zobraziť viac
Zobraziť viac
Zobraziť viac
Zobraziť viac
Zobraziť viac
Zobraziť viac
Pridať: Budova 3, č. 355, Xiangshan East Road, Binhai Economic Development Zone, Cixi City, Ningbo, Zhejiang, Čína.
Tel: +86-18969402526
Telefón: +86-0574-86864809
E-mail:
