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单点传感器:一个传感器的精确称重

单点称重传感器是全球使用最广泛的称重传感器之一。 与其他力传感器相比,这些产品允许在不同点施加力,而不会歪曲测量结果 - 这是由集成的平行四边形确保的。 因此,只需一个称重传感器即可实现高精度称重应用。

单点称重传感器适用于广泛的应用,主要由工厂工程师用于制造业和工业秤的安装。由于仅使用一个称重传感器,用户可以从称重应用的简单设计中受益。但该产品究竟是如何变得如此受欢迎的呢?单点称重传感器的历史始于应变片的发明。
应变片:每个称重传感器的基础
早在1856年,开尔文勋爵就发现铜线和铁线在受到拉应力时电阻会增加。这为应变片技术奠定了基础,也就是当今单点称重传感器的原理基础所在。而Edward E. Simmons和Arthur C. Ruge 被认为是应变片之父。有趣的是Ruge于1938年向他工作的麻省理工学院申请了应变片专利。而麻省理工认定这项开发“在商业上无利可图”,Ruge被允许独自为自己索取专利和收入。而今天,应变片被认为是全球范围内与工业称重有关的一切不可或缺的组件,是全球工业称重中使用最广泛的技术之一。
单点称重传感器与其它称重传感器(例如用于料罐称重的传感器)的区别在于,它具有集成平行四边形的特殊设计以及可以进行偏心加载。“虽然单点传感器已经存在了几十年,但它们在当今的行业中仍然不可或缺,”产品经理Yannick Salzmann说:“通过平行四边形连杆以及由此产生的从平台中心精确称重负载的能力,单点称重传感器为广泛的应用和行业提供了巨大的附加值,满足包括法定计量和非法定计量的要求。” Salzmann解释道。
偏心载荷:单点传感器如何确保高精度称重结果
单点称重传感器的结构特点是两个“平行四边形连杆”固定在基体两侧。两个应变片通常粘在每个平行四边形连杆上。当施加力时,平行四边形连杆会变形为S形——矩形的基本形状变为平行四边形。这种平行四边形连杆结构确保偏心载荷得到补偿,并且载荷始终垂直施加。因此,仅用一个称重传感器就可以实现平台放大到特定尺寸。然而,在投资购买之前,必须澄清基本问题,以便找到正确的称重解决方案。
基本材质:铝还是不锈钢?
为了在具有不同环境影响的各种应用中使用,必须选择匹配的基体材料。单点传感器基本上使用两种材料:铝或不锈钢。
铝在负载下表现出高强度和低蠕变效应(时间和温度相关的粘弹性或塑性变形)。结合在-20℃至65℃的典型工作温度下的低老化特性,它最适合用作基体材料,并且与不锈钢相比具有更高的测量精度。铝的其它优势包括温度梯度的快速补偿,因为铝的导热性明显优于不锈钢,因此可以更快地补偿温差,尤其是在平行四边形连杆的细点处更为明显。
但是,铝对化学品的耐腐蚀性不强。因此,基体经过阳极氧化处理(控制以通过阳极氧化在铝工件上形成一层厚厚的保护性极硬层),以提高抗环境影响的性能。薄点区域在应用后浇铸以保护薄膜,通常使用硅树脂,从而保证该区域的腐蚀保护。
不锈钢:当情况变得艰难时
如果因环境需要进一步提高防腐蚀能力,如化工或制药行业,则采用不锈钢作为基体材料。这些材料显着提高了耐腐蚀性。如果传感器由外壳保护,例如台秤的情况,在绝大多数情况下铝称重传感器就足够了。然而,无论基体材料的选择如何,保护应变片以确保准确的测量结果也很重要。“应变片的保护至关重要:在茵泰科,我们通过广泛的产品组合确保为每种应用提供合适的称重传感器。”
应变片保护:硅胶封装或金属封装
硅胶封装和金属封装之间的选择主要取决于称重传感器的使用环境。如果铝或不锈钢称重传感器主要用于由外壳封装的干燥应用,或者如果水分的影响起次要作用,则硅胶封装就足够了。
然而,有机硅具有可渗透水蒸气的缺点。大多数载体箔(例如由丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺制成的那些)都是吸湿的,使用的一些粘合剂也是如此。载体膜在吸水时会膨胀,从而导致拉伸,从而导致测量误差。 因此,改善这一点的一种方法是用金属封装应变片。这可以在平行四边形连杆的区域中或通过附加的变形体来实现。封装的不锈钢电池适用于对防护等级高达IP69和对腐蚀性介质有很高要求的环境条件。应变片的箔片完全封装在金属中,这意味着湿度对测量结果没有影响。连接电缆通常通过玻璃馈通连接,以满足气密密封的要求。
单点称重传感器的应用领域
单点称重传感器用于各种设备。最常见的应用是动态或静态检重秤,它们用于食品工业中的经典任务,例如检重秤。
例如,单点称重传感器是各种平台秤的基础,从较小的台秤到尺寸高达800 x 800毫米的地秤上都会使用单点传感器。底板上安装一个称重传感器,传感器负载侧上方安装秤盘。称重传感器位于中心,理想情况下秤盘的中心也在称重传感器的中心,以保持发生的力矩对称。与合适的称重电子设备一起,平台秤可为手动和自动称重过程提供高度准确的结果。
动态检重秤,也称为检重秤或在线检重秤,与上述秤不同,它没有秤盘,只有传送带。产品在通过此传送带时被称重。例如,在包装货物的生产中,它用于根据重量标准对货物进行监控、分类(分级)甚至通过灌装机的校正控制(趋势控制器)来调整重量。动态检重秤用于对产品流进行100%的控制,以根据法律要求检查这些产品,创建生产报告,并在必要时消除重量不正确的产品。称重传感器以高测量频率扫描重量值,并在产品传送到输出传送带之前不久获取产品的测量值以确定重量。
多才多艺:使用中的单点称重传感器
此外,几乎所有形式的工业称重都使用单点称重传感器,因为称重传感器可以轻松集成。两种特别用于食品和建筑材料行业的机器是旋转式灌装机和皮带秤:使用称重机,灌装直接进入包装/容器。换句话说,它被添加到最终包装中。包裹被放置在一个称重平台上,每个平台都连接到一个称重传感器。其中几个平台排列成一个圆圈,并围绕圆圈中心旋转。然后将填充的包装进一步运输,或者将包装放置在类似于检重秤的传送带上,并在启动/停止循环中通过该传送带传送。还可以将称重传感器布置成圆形并在填充过程中使用分配给每个称重传感器的灌装头旋转。在这种情况下,空包装以圆弧形被引入相应的灌装头下方,灌装头在圆弧形上方灌装,然后,例如,在旋转270°后,灌装头中的内容物被喷射到包装中(例如,通过打开翻盖),以便包装在最后被填满。
带式秤不是传送带,而是具有一个或多个安装在称重传感器上的非主动驱动辊,这些辊安装在带式输送机中。货物,通常是散装物料,通过这条皮带输送,这样可以连续记录质量流量。
除了这两种应用之外,还有无数其它用例,例如多头秤、差动计量秤或过程中称重,这证明了单点称重传感器的多功能性。“单点称重传感器是理想的多面手:通过我们的产品组合,我们涵盖了300 g到750 kg之间的所有量程水平。所有称重传感器的防护等级介于IP65和IP69之间,因此也适用于具有挑战性的环境条件。我们一直致力于扩大我们的产品组合,以实现我们对“真正的测量”的要求。在单点称重传感器中也是如此,”产品经理Salzmann展望了未来。

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