سنسورهای لودسل

لودسل چیست و چگونه کار می کند؟

سلام . در مقاله قبلی در وبلاگ برنا فراگرد به بررسی پرکاربردترین سنسور ها در صنعت پرداختیم. در این نوشته سنسور های لودسل را معرفی میکنیم. همچنین شما را با نحوه عملکرد و انواع این سنسور ها آشنا میکنیم.

لودسل (loadcell) مبدلی است که نیروی اعمال شده را به یک خروجی الکتریکی قابل اندازه گیری تبدیل
می کند.اگر چه انواع مختلفی از سنسور های نیرو و فشار وجود دارند، اما لودسل های استرین گیج از متداول ترین و پر استفاده ترین ها هستند. به جز آزمایشگاه های خاصی که هنوز از ترازو های دقیق استفاده می کنند، لودسل های استرین گیج بر صنعت توزین و فشار سنجی چیره شده اند.

از نوع پنوماتیک آن (Pneumatic load cells ) در مواقعی که ایمنی و بهداشت مورد نظر ما هستند، و از نوع های هیدرولیک به این خاطر که نیاز به منبع تغذیه ندارند، برای کنترل از راه دور استفاده میشود. لودسل های استرین گیج با دقتی بین 0/03% و 0.25% تقریبا برای اکثر کار های صنعتی مناسب هستند.

لودسل چگونه کار می کند؟

این سنسور ها نیروهای مکانیکی را به مقادیر دیجیتالی، که کاربر می تواند آنها را ذخیره کند و بخواند، تبدیل میکنند. کارایی لودسل ها بسته به نوعی که انتخاب میکنید، متفاوت است. لودسل ها انواع مختلفی دارند؛ مانند هیدرولیکی، مکانیکی و  استرین گیج .از بین سه نوع یاد شده , سنسور های استرین گیج متداول ترین و پر استفاده ترین هستند.
لودسل های استرین گیج دارای فشار سنج داخلی هستند که وقتی تحت فشار قرار میگیرند، نوسان های ولتاژ را ارسال میکنند. درجه تغییرات ولتاژ به عنوان وزن، به صورت دیجیتالی خوانده می شود.

سنسور لودسل

چه موقع از لودسل استفاده کنیم؟

لودسل نیروی مکانیکی و عمدتا وزن اجسام را انداه گیری می کند. امروزه تقریبا تمام ترازو های الکترونیکی به طور گسترده از لودسل ها برای اندازه گیری وزن استفاده می کنند. این سنسور ها به دلیل دقت بالا در اندازه گیری وزن به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند و به طور کلی در زمینه های مختلفی که نیامند دقت است کاربرد دارند.
کلاس های مختلفی برای لودسل ها وجود دارد؛ کلاس A، کلاس B، کلاس C و کلاس D. که هر کدام از کلاس ها از نظر دقت با دیگری متفاوت است.

انواع سنسورهای لودسل

این نوع از سنسور ها را می توان با توجه به نوع سیگنال خروجی تولید شده (پنوماتیک ، هیدرولیکی ، الکتریکی) یا با توجه به نحوه تشخیص وزن (خم شدن ، برش ، فشرده سازی ، کشش و غیره) دست بندی کرد.

لودسل های هیدرولیک :

سنسورهای هیدرولیکی دستگاه هایی هستند که توازن نیرو دارند و وزن را به عنوان تغییر فشار مایع پر کننده داخلی اندازه گیری می کنند. در یک سنسور نیروی هیدرولیکی دارای دیافراگم ، بار یا نیرویی که بر روی یک سر بارگیری وارد می شود به یک پیستون منتقل می شود. این نیرو ، یک مایع پر کننده محدود در یک محفظه دیافراگم الاستومری را فشرده می کند

با افزایش نیرو ، فشار مایع هیدرولیک افزایش می یابد. این فشار را می توان به صورت محلی نشان داد یا برای نشانگر یا کنترل از راه دور منتقل کرد. میزان خروجی بصورت خطی است و نسبتاً تحت تأثیر مقدار مایع پر کننده یا دمای آن نیست.

اگر لودسل ها به درستی نصب و کالیبره شوند ، دقت می تواند در حد 0.25٪ مقیاس کامل یا بهتر باشد ؛ که این دقت برای اکثر کاربردهای اندازه گیری وزن قابل قبول است. از آنجا که این سنسور هیچ اجزای الکتریکی ندارند ، برای استفاده در مناطق خطرناک ایده آل است.

کاربردهای  معمول  لودسل هیدرولیکی شامل توزین مخزن ، سطل زباله و قیف است. برای حداکثر دقت ، باید وزن مخزن را با قرار دادن یک سنسور نیرو در هر نقطه از پشتیبانی و جمع کردن خروجی آنها بدست آورد.

لودسل های پنوماتیک :

سنسورهای پنوماتیک نیز بر اساس اصل تعادل نیرو عمل می کنند. و دقت بیشتری نسبت به دستگاه های هیدرولیکی دارند. از این سنسورها غالباً برای اندازه گیری وزن نسبتاً کوچک در صنایعی استفاده می شود که پاکیزگی و ایمنی آنها از اهمیت بالایی برخوردار است.

از مزایای این نوع لودسل می توان به ویژگی ضد انفجار بودن و حساس نبودن به تغییرات دما اشاره کرد. علاوه بر این، برخلاف سنسورهای هیدرولیکی، فاقد مایعات هستند که در صورت پاره شدن دیافراگم، میتواند فرآیند را آلوده کند . از معایب آن می توان به سرعت پاسخ دهی نسبتاً کم و نیاز به هوای تمیز ، خشک ، تنظیم شده یا ازت اشاره کرد.

لودسل های استرین گیج :

لودسل فشار سنج نوعی لودسل است که در آن یک مجموعه فشار سنج در داخل محفظه لودسل قرار گرفته تا بار وارد بر آنها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کند. وزن اعمال شده روی لودسل با تغییرات ولتاژ ایجاد شده در فشار سنج در هنگام تغییر شکل، اندازه گیری می شود. لودسل های مدرن دارای 4 کرنش سنج هستند که برای افزایش دقت اندازه گیری در داخل خود نصب شده اند. دو عدد از اندازه گیرها معمولاً در حالت کشش و دو عدد دیگر در فشار هستند.

هنگامی که بار در لودسل وجود نداشته باشد ، مقاومتهای هر دو کرنش سنج یکسان خواهند بود. اما هنگامی که نیرو وارد میشود ، مقاومت فشار سنج تغییر میکند و باعث تغییر ولتاژ خروجی می شود. تغییر ولتاژ خروجی با استفاده از دیجیتال متر اندازه گیری و به مقادیر قابل خواندن تبدیل می شود.

لودسل های پیزو رزیستیو (Piezo resistive load cell ) :

سنسورهای نیروی Piezo resistive  مانند استرین گیج ها عمل میکنند و سیگنال خروجی سطح بالایی تولید می کنند که آنها را برای سیستم های توزین ساده ایده آل می کند. اما در دسترس بودن تقویت کننده های خطی کم هزینه این مزیت سنسورهای پیزو را کمرنگ میکند. خروجی غیر خطی این سنسورها، یک عیب برای آنها به شمار میرود.

لودسل های القایی و رلوکتانس ( Inductive and reluctance load cells ) :

هر دوی این سنسورها به جابجایی متناسب با وزن هسته فرومغناطیسی پاسخ می دهند. یکی به دلیل حرکت هسته آهن ، اندوکتانس یک سیم پیچ را تغییر می دهد. دیگری عدم تمایل به ایجاد یک شکاف هوایی بسیار کوچک را تغییر می دهد.

لودسل های مغناطیسی :

عملکرد این سنسور نیرو براساس تغییر نفوذ پذیری مواد فرو مغناطیسی تحت تنش و فشار اعمال شده است. این قطعه از چند لایه ساخته شده است که یک ستون تحمل کننده را در اطراف مجموعه ای از سیم پیچ های ترانس اولیه و ثانویه تشکیل می دهد. وقتی نیرویی وارد می شود ، تنش ها باعث ایجاد نوساناتی در الگوی شار می شوند و یک سیگنال خروجی متناسب با بار اعمال شده تولید می کنند.  لودسل مغناطیسی یک سنسور ناهموار است و همچنان برای اندازه گیری نیرو و وزن در آسیاب های نورد و آسیاب های نواری استفاده می شود.