حسگرهای اندازه گیری نیرو (Sensors to measure the force )چیست؟کرنش سنج چیست؟

نوشته شده توسط
رای دادن به این مورد
(1 رای)

حسگر اندازه گیری نیرو (Sensorsto measure theforce ) چیست؟

forcemturment1

 


در اکثر مواقع در کارگاه ها و مراکز صنعتی  لازم است به اندازه گیری نیروهای  وارد بر یک جسم بپردازیم . به عنوان مثال برای بررسی پایداری یک پل که هر روز  تعداد زیادی اتومبیل از روی آن عبور میکنند باید مقدار نیروهای که بر آن وارد می شوند را محاسبه کنیم. نیرو سنج ها در واقع مبدل هایی برای اندازه گیری نیروهای وارد بر یک جسم  هستند.

 
مفهوم کرنش سنج چیست؟

کرنش بعد ندارد و وقتی به جسمی نیرویی وارد میکنیم، تغییر طول یک جسم نسبت به حالت اولیه آن باعث ایجاد کرنش می شود.

force-meaturment2
با توجه به شکل بالا کرنش از رابطه ی زیر محاسبه میشود:

با  در نظر گرفتن ضریب الاستیسیته و با اندازه گیری میزان کرنش بر حسب تغییر طول میله  قادریم نیروی که بر جسم وارد شده  را محاسبه کنیم.
 از کرنش سنج برای  اندازه گیری میزان کرنش ایجاد شده در جسم  استفاده می شود . کرنش سنج جزو حسگرهای مقاومتی است.در شکل 2 یک کرنش سنج  نشان داده شده است. برای اندازه گیری نیرو ،فشار ،گشتاور و وزن کرنش سنج ها استفاده میشوند.
لایه های نازکی از سیم های مقاومتی همان کرنش سنج های مقاومتی می باشند که  بوسیله ی چسب های مخصوص بر روی اجزای یک ماشین یا سازه نصب میشوند. کاهش(بر اثر فشردگی) یا افزایش(بر اثر کشش) طول سیم های مقاومتی بخاطر نیروی وارد شده به کرنش سنج به وجود می آید. در اثر فشار یا کشش ضخامت سیم ها تغییر میکند. یک رابطه  خطی بین نیروی اعمالی و تغییر مقاومت در کرنش سنج ها وجود دارد.

force-meaturment3ساختار یک کرنش سنج

مقاومت یک هادی فلزی از شکل زیر بدست می آید.

force-meaturment4

اگر یک لایه از ماده رسانا را بکشیم،لایه نازکتر میشود و در نتیجه طول وعرض افزایش میابد و مقاومت افزایش میابد.
برای حالت فشرده شدن مقاومت کاهش میابد. که این تغییر مقاومت ناچیز است.از حسگرها برای نمایش یک کمیت یا گرفتن فیدبک و بستن حلقه ی کنترلی استفاده می شود.سیگنال ها باید از نوع الکتریکی باشد. پس باید تغییر مقاومت یک کرنش سنج به سیگنال الکتریکی تبدیل شود.پل وتسون برای این منظور به کار می رود.خروجی از فرمول زیر بدست می آید:

VO=[R3/(R1+R3)-R4/(R2+R4)]

pol-vetes

برای قرار دادن کرنش سنج در پل سه شیوه وجود دارد:

1-مدار یک چهارم پل

دراین مدار یک عنصر از چهار عنصر پل با کرنش سنج جایگزین می شود.بقیه ی مقاومتها ثابتند و با مقاومت اولیه کرنش سنج برابرند.

وقتی که هیچ نیرویی به کرنش سنج وارد نشود ،پل در حالت تعادل به سر میبرد وخروجی آن صفراست.با تغییر مقاومت کرنش سنج خروجی پل تغییر میکند و با اندازه گیری آن میتوان نیرو را محاسبه کرد.

1

مدار نیم پل

از دو کرنش سنج استفاده میشود که در زیر و روی جسم نصب میشود.در نتیجه وقتی به جسم نیرویی به سمت پایین وارد میشود مقاومت یکی از مقاومت ها افزایش و مقاومت مقاومت دیگر کاهش میابد.طبق شکل زیر

force-meaturment6

force-meaturment7

مدار تمام پل

شامل 4 کرنش سنج میباشد. که در نیروسنجهای امروزه بیشتر مورد استفاده قرار میگیرد.

force-meaturment8

نیرو سنج

معمولا نیرو سنجهای امروزی شامل 4 کرنش سنج می باشد که در یک مدار تمام پل قرار میگیرد.درقسمت پایین شکل انواع نیروسنج ها قابل مشاهده است:

ff

force-meaturment10

تقویت کننده تفاضلی:

p.jpg

انواع لود سل

load-cell

 

1.لودسل های تک پایه

l1

 

برند ها:keli,zemic,celltek
ویژگی های لود سل های تک پایه:

  •   ظرفیت ها:3و 5و 6و 8و...و40
  • 50و....500 کیلوگرم
  •   جنس: آلیاژ آلومینیوم
  •   حداکثر ابعاد صفخه بارگذاری:
  •   کلاس دقت

کاربردهای کود سل های تک پایه:

  •   ترازوی تک پایه
  •   ترازوی صنعتی برای محیط های خطرناک
  •   ترازوی پزشکی
  •   ترازوی چاپ برچسب
  •   ترازوی پستی
  •   ترازوی قطعه شمار
  •   ترازوی صنعتی
  •   ترازوی دقیق
  •   ترازوی خرده فروشی
  •   ترازوی فروشگاهی
  •   ترازوی بار فروذگاهی
  •   توزین ماشین بسته بندی و پرکن
  •   توزین نقاله ای تک پایه:
  •   توزین نوار نقاله
  •   کنترل کننده وزن
  •   توزین غلطکی

 

2.لود سل های خمشی و برشی:

 

لودسل های خمشی یا shear beam معمولا در باسکول های کفه ای، باسکولت ها و سیستم های توزین و لاشه کش ها استفاده می شود. این مدل لودسل ها باید بصورت چند تایی استفاده شوند.

l2

ویژگی های لود سل های خمشی:
جنس: نیکل با روکش فولاد

کاربرد ها:
  ترازوی چند پایه
  ترازوی کفی
  ترازوی کفی متحرک
  ترازوی پزشکی
  ترازوی صنعتی
  ترازوی فرودگاهی

  ترازوی صنعتی برای محیط های پرخطر
  ترازوی مخصوص حیوانات

  توزین سیلو و مخازن
  توزین سقفی
  تجهیرات پزشکی
  آسانسور
  جرثقیل سقفی
  توزین پالت
  توزین پالت با جک
  پالت یو شکل
  پالت با جک
  لیفتراک
  توزین وسیله ی متحرک
  توزیع بچینگ و میکسر
  صنایع غذایی
  کارخانه ی بتن

  صنایع داروسازی
  کارخانه ی آسفالت

 

3.لودسل های خمشی دوطرفه

l3

 

ویژگی های لود سل های خمشی دوطرفه:

ظرفیت:10و20 و 25و ...50 تن

جنس: آلیاژ استیل

کاربرد های لود سل های خمشی دوطرفه:

    باسکول

     قطارکش

      کامیون کش قابل حمل

      کامیون کش

      محور کش

    توزین سیلو و مخازن

      برای محیط های پرخطر

4. لودسل های S  شکل

شکل ظاهری این لودسل شبیه S می باشد. مکانیسم عملکرد این لودسل نیز بر اساس تغییرات طول می باشد. یک طرف این لودسل از بالا به نقطه ای ثابت وصل می شود و از طرف پایین نیرو به ان وارد می شود. از این نوع لودسل اغلب در سیستم های توزین آویز استفاده می شود . یکی از پرکاربرد ترین لودسلها هستند و در سیستمهایی استفاده می گردند که هم ماهیت کششی دارند و هم فشاری.

 forcemturment11.jpg

ویژگی های لود سل های s شکل:

 

ظرفیت:50و 100 و 250 و 500 کیلوگرم...1 تا 10 تن

 

جنس: استیل با روکش نیکل

 

کاربرد های لود سل های s شکل:

 

توزین سقفی

جرسقیل سقفی

تجهیزات پزشکی

توزین آویز

باسکول جرثقیل

ترازوی آویز

باسکول جرثقیل بدون سیم

باسکول جرثقیل در درجه حرارت بالا

توزین بچینگ و میکسچر

صنایع غذایی

کارخانه ی بتن

صنایع داروسازی

کارخانه آسفالت

اندازه گیری نیروی کشش یا فشار

رباتیک

دستگاه تست

تجهیزات پزشکی

صنایع هوایی

صنایع خودروسازی

 

 5.لودسل های فشاری

 

شامل زیر مجموعه های :
1-1 - لودسل فشاری بشکه ای Canister : کاربرد آنها در سیستم بچینگ،باسکول های جاده ای، قطارکش ها، توزین مخازن و کلا سیستم های توزین سنگین است .
1-2 - لودسل فشاری مینیاتوری Low Profile : در جاهایی که محدودیت فضا دارد و نیز برای کاربردهای ظریف و استفاده می شود.
1-3 لودسل فشاری تک نقطه Single point :عملکرد این لودسل ها بشکل نقطه ای نقطه ای می باشد و بصورت تک استفاده می شوند.

 force-meaturment12

ویژگی ها:
ظرفیت:30 و 40 و 50 و 60 تن
جنس:استیل 316
کاربرد ها:
    باسکول
    توزین سیلو و مخازن

6.لودسل های خاص

 لودسل های گوناگون با کاربردهای خاص در این گروه قرار دارند. مثل لودسل های تخمین بار سیم و کابل ، سنسور گشتاور ، سنسور دو محور x,y ، صفحات توزین و ...

forcemturment13.jpg

کاربردها:

  •     توزین سقفی
  •     توزین آویز
  •     اندازه گیری نیرو یا فشار

force-meaturment14.jpg

کاربردها:
    توزین سقفی
    توزین آویز

force-meaturment16.jpg

کاربردها:

    توزین وسیله ی متحرک

force-meaturment19.jpg

کاربردها:
    توزین آویز

force-meaturment20.jpg

کاربردها:
    ترازو تک پایه
    توزین ماشین بسته بندی و پرکن

 

force-meaturment21.jpg

کاربردها:
    توزین سقفی
    توزین آویز
    اندازه گیری نیروی کشش یا فشار

force-meaturment22.jpg

کاربرد ها:
    توزین سقفی
    توزین آویز
    اندازه گیری نیروی کشش یا فشار


تعدادی از پارامترهایی که در مقایسه لودسل ها بسیار مهم است در زیر اشاره شده:
ماکسیمم بار ایمن EMAX ، گستره درجه حرارت کاری ، گستره ولتاژ ورودی ، مینیمم مقدار قابل اندازه گیری ، خروجی اسمی ، مقامت ورودی ، مقاومت خروجی ، خطای در خروجی ، خطای صفر ، خطای مرکب ، خطای تکرار پذیری ، خزش

پارامترهای مهم در شناسایی و مقایسه ی لودسل  ها
•    حد ایمن با الکتریکی
•  ماکسیمم بار ایمن (مکانیکی)
•    محدوده ی دمای تصحیح شده
•  محدوده درجه حرارت کاری
•   محدوده درجه حرارت انبار
•    محدوده ولتاژ ورودی تحریک
•   مینیمم مقدار قابل اندازه گیری
•    خروجی اسمی
•    مقاومت اهمی ورودی
•    مقاومت اهمی خروجی
•    خطا در خروجی
•    خطای صفر
•    خطای مرکب
•    خطای تکرارپذیری
•    خزش
•    تاثیر دما بر حساسیت لودسل(بدون بار)

انتخاب تعداد لودسل ها
4 نکته زیررا در انتخاب لودسل در شرایط خاص باید در نظر گرفت :
        • شکل مکانیکی
        • فشردگی سیستم
        • عملکرد موردنیاز
        • هزینه
 در بسیاری از حالات، تعداد نقاط اعمال بار تعیین‌ کننده تعداد لودسل‌ هاست، مثلاً سیلویی که روی پایه قرار گرفته بهتر است روی 4 پایه نصب شود.

force-meaturment23

اگر سازه به گونه ای باشد که بتوان هر ترکیبی را استفاده کرد باید مکان قرارگیـری سیستم توزین مشخص شود،اگر بتوان مخزن را روی سه‌ پایه گذاشت می توانیم زیر هر پایه یک عدد کیت قراردهیم که در این حالت حتماً هر سه پایه در مکان خود قرار می گیرد و پایه مخزن لق نمیزند.

flow-meter24ولی اگر ۴ پایه به کار برده شود باید از ترازبودن سطح لودسل‌ها اطمینان حاصل کرد تا بار به صورت مساوی  به آنها اعمال شود.
هنگامی که مخزن تحت نیروی واژگونی نیست، استفاده از سه لودسل خیلی مناسب است. در این صورت باید لودسل ها را طوری بگذاریم که نیرو به طور مساوی به هر لودسل اعمال شود.

flow-meter25

برای مخازن با ارتفاع بلند که در محیط باز قرار داده می شوند و مرکز جرمشان حدوداً بالاترازمرکز اثر نیروی عرضی می باشد، سیستم چهارپایه اطمینان بیشتری را ا به ما می دهد و حدوداً ۳۰%  پایدارتر می باشد.
دقت کنید برای کاربردهای ویژه می توان از لودسل‌ های بیشتری استفاده کنیم و باید در تراز نمودن صفحات بالایی لودسل‌ ها دقت زیادی داشت.
لولا ها :
در شرایط ویژه استفاده از ترکیب لولا و لودسل مقرون به‌ صرفه است در این‌ صورت لودسل چند درصد از وزن‌ کل را احساس می کند که تعداد آن با فاصله لودسل تا مرکز جرم مخزن متناسب است ، این روش را هنگامی می توان استفاده کرد که موادی که توزین می شوند به اندازه کافی روان باشند تا مرکز جرم سیستم در حین عملکرد تغییر نکند . برای همین برای توزین مایعات، پودرها و مواد گرانولی مناسب است . در این روش اغلب از دو لـولا و یک یا دو لودسل استفـاده می شود و سیستم از نظر مکانیکی باید  قابلیت انتقال نیرو به لودسل را داشته باشد و در زمان عملکرد مانعی  به وجود نیاورد. اگر مخزن در نیروی عرضی باد قرارگیرد ، خطای قابل ملاحظه‌ ای در سیستم توزین به وجود می آید چون روی پایه‌ ها توزیع بارتغییر می کند.

f24

 
هر دستگاه حسگر لودسل یک ظرفیت ثابت دارد که هر چه یک لودسل  نسبت به ظرفیت کل قدرت تفکیک بیشتری را داشته باشد و دارای حد خطای مجموع کمتر و دقت بیشتری باشد ،مناسب تر است
مرجعی که کلاس دقت لودسل ها را مشخص می کند ، مؤسسه ای در سوئیس است که نام آن OIML می باشد که موارد ارزیابی قدرت تفکیک و خطای مجموع لودسل ، رفتارهای لودسل تحت رطوبت و درجه حرارت بر اساس استانداردهای ویژه را بررسی می کند و کلاس لودسل را بیان می کند. لودسلی كه گواهینامه OIMLداشته باشد به عنوان یک ابزار اندازه گیری قانونی ، در سراسر اروپا مطرح می شود.

خواندن 107104 بار آخرین بار تغییر یافته سه شنبه, 15 فروردين 1396 12:58

ارسال نظر

کادرهایی که با علامت (*) مشخص شده اند وارد کردن اطلاعات در آنها الزامی می باشد. کد HTML مجاز نیست.