Οι δυναμοκυψέλες είναι μετατροπείς (transducer) που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση βάρους.
Μετατρέπουν τη δύναμη που ασκείται πάνω τους σε ηλεκτρικό σήμα του οποίου το μέγεθος είναι ευθέως ανάλογο της δύναμης που μετράται.
Οι πιο συνηθισμένες δυναμοκυψέλες είναι οι αναλογικές με γέφυρα Wheatstone.
Είναι κατασκευασμένες με τέτοιον τρόπο, ώστε η δύναμη που ασκείται πάνω τους, τις παραμορφώνει ελαφρώς και έτσι αλλάζει η ηλεκτρική αντίσταση της γέφυρας Wheatstone.
Ο ενδείκτης βάρους, που συνδέεται στη δυναμοκυψέλη, αντιλαμβάνεται τη μεταβολή της αντίστασης και αλλάζει αντίστοιχα την ένδειξη βάρους που προβάλλει.
Διαβάστε ακόμη Τι ονομάζουμε αισθητήρα (sensor)
Μπορούν να ενσωματωθούν σε διάφορους τύπους μηχανών όπως γεμιστικά, ελεγκτές βάρους ή ακόμα και σε συστήματα αυτοματισμού για τον έλεγχο διεργασιών που περιλαμβάνουν ζύγιση, πχ ζύγιση σε ταινιόδρομους.
Αν και υπάρχουν πολλές τεχνολογίες ζύγισης, οι δυναμοκυψέλες που χρησιμοποιούνται κατά βάση στους δυναμικούς ελεγκτές βάρους είναι δύο:
α) η δυναμοκυψέλη τεχνολογίας Strain Gauge και
β) η δυναμοκυψέλη τεχνολογίας EMFR.
Σήμερα θα ασχοληθώ με την δυναμοκυψέλη τεχνολογίας Strain Gauge
1. ελατήρια στην επιφάνεια εργασίας της δυναμοκυψέλης και
2. έναν αισθητήρα πίεσης
Οι δυναμοκυψέλες συνήθως παρέχονται με εξωτερικά μηχανικά σταματήματα υπερφόρτισης για την προστασία τους σε περίπτωση που υπερβεί την ικανότητα ζύγισης που διαθέτει.
Η δυναμοκυψέλη τεχνολογίας strain gauge μετρά την πίεση ή την σχετική μετατόπιση των αισθητήρων στην δυναμοκυψέλη η οποία προκαλείται από ορισμένη φόρτιση στην πλατφόρμα ζύγισης.
Η πίεση μετριέται σαν ένα μικρό αποτέλεσμα τάσης. Το αποτέλεσμα ποικίλει ανάλογα με την ικανότητα ζύγισης της δυναμοκυψέλης καθώς κάποιο φορτίο εισέρχεται στον ή απομακρύνεται από τον ταινιόδρομο ζύγισης.
Ο ελεγκτής μετατρέπει/μεταφράζει την τάση σε βάρος σύμφωνα με το σύστημα βαθμονόμησης.
Με ποιόν τρόπο η δυναμοκυψέλη μετρά το βάρος;
Ο μετρητής της πίεσης είναι ένας λεπτός αντιστάτης ταινιών του οποίου η αντίσταση μεταβάλλεται καθώς η ταινία κάμπτεται κάτω από το φορτίο.
Μία δυναμοκυψέλη τεχνολογίας strain gauge περιέχει τέσσερις μετρητές πίεσης και σταθερούς αντιστάτες που συνδέονται σε ένα κύκλωμα Wheatstone.
Η πίεση μετριέται σαν ένα μικρό αποτέλεσμα τάσης. Το αποτέλεσμα ποικίλει ανάλογα με την ικανότητα ζύγισης της δυναμοκυψέλης καθώς κάποιο φορτίο εισέρχεται στον ή απομακρύνεται από τον ταινιόδρομο ζύγισης.
Ο ελεγκτής μετατρέπει/μεταφράζει την τάση σε βάρος σύμφωνα με το σύστημα βαθμονόμησης.
Με ποιόν τρόπο η δυναμοκυψέλη μετρά το βάρος;
Μία δυναμοκυψέλη τεχνολογίας strain gauge περιέχει τέσσερις μετρητές πίεσης και σταθερούς αντιστάτες που συνδέονται σε ένα κύκλωμα Wheatstone.
H δυναμοκυψέλη δημιουργεί μία μικρή τάση κατά μήκος των μετρητών
Όταν ασκείται κάποια δύναμη στην δυναμοκυψέλη, η αντίσταση μετακινείται ακανόνιστα κατά μήκος του κυκλώματος, προκαλώντας αλλαγή στο αποτέλεσμα της τάσης. Ιδανικά συμβαίνουν αλλαγές γραμμικά κατά μήκος της ικανότητας της δυναμοκυψέλης και η αλλαγή τάσης μπορεί άμεσα να μετατραπεί σε αποτέλεσμα ζύγισης
Φόρτιση δυναμοκυψέλης σε ισορροπία (δεν ασκείται καμία δύναμη)
Κυψέλη φόρτισης σε ανισορροπία (ασκείται δύναμη)
Στην πράξη πολλοί παράγοντες μπορεί να αλλοιώσουν το αποτέλεσμα και να οδηγήσουν σε ανακρίβειες όσον αφορά στα αποτελέσματα βάρους, όπως:
Ενδείξεις θερμοκρασίας – Οι μετρητές πίεσης είναι αισθητήρες και αντιλαμβάνονται κάθε αλλαγή στην κατάστασή τους. Όταν οι θερμοκρασίες είναι συνεχείς η δυναμοκυψέλη είναι σταθερή και δεν υπάρχει αντίθετο αποτέλεσμα. Καθώς η θερμοκρασία αλλάζει συνεχώς οι μετρητές πίεσης νιώθουν την αλλαγή και το αποτέλεσμα είναι μία αλλαγή στο αποτέλεσμα το οποίο ο ελεγκτής θα το μεταφράσει ως αλλαγή στο βάρος. Οι περιπτώσεις γρήγορων εναλλαγών θερμοκρασίας που απαντώνται πιο συχνά είναι οι εξής δύο: όταν η δυναμοκυψέλη εκτίθεται σε υψηλή θερμοκρασία νερού ή ατμού κατά την διαδικασία καθαρισμού ή όταν το περιβάλλον του χώρου δεν ελέγχεται και η θερμοκρασία για παράδειγμα μπορεί από 20 βαθμούς Κελσίου το πρωί να φτάσει στους 35 το μεσημέρι.
Το υλικό της δυναμοκυψέλης – Η κατασκευή των δυναμοκυψέλων έχει ως βάση ένα είδος μεταλλικού ελατηρίου. Ιδανικά, είναι ένα τέλειο ελατήριο, γραμμικό και επαναλαμβανόμενο. Ωστόσο στις περισσότερες περιπτώσεις το βασικό υλικό δεν είναι ένα τέλειο ελατήριο και ενδέχεται να δείχνει ανεπαίσθητες διαφορές στο πραγματικό φορτίο που αντιλαμβάνονται οι αισθητήρες όταν συγκρίνονται τα αποτελέσματα καθώς το φορτίο αυξάνει από το 0 σε πλήρη χωρητικότητα και το αντίστροφο.
Επιδράσεις ΕΜΙ KAI RFI –
Ηλεκτρικών ή μαγνητικών πεδίων και στη ροή ηλεκτρικού ρεύματος (EMI) και στις επιδράσεις που προκαλούνται από τα ραδιοκύματα (RFI). Δηλαδή, ως ραδιοπαρεμβολέςΟι αλλαγές στο αποτέλεσμα ενός μετρητή πίεσης μετρώνται σε χιλιάδες βολτ από τον ελεγκτή (controller) του συστήματος.
Συχνά η απόσταση ανάμεσα στην δυναμοκυψέλη και τον ελεγκτή (controller) μπορεί να είναι μερικά εκατοστά μέχρι πολλά μέτρα.
Συσκευές που εκπέμπουν δυνατή ηλεκτρομαγνητική και ραδιοφωνική παρεμβολή συχνότητας (ΕΜΙ/RFI) όπως walkie-talkies, μεγάλοι κινητήρες, ή δίκτυα μεταφοράς μεσαίας προς υψηλής τάσεως μπορεί να προκαλέσουν αλλαγή στην ένδειξη της δυναμοκυψέλης και κατά συνέπεια λανθασμένη μετάφραση του βάρους.
Καθώς αυτοί οι παράγοντες πραγματικά αναπαριστούν πιθανές ανακρίβειες για το σύστημα δυναμικού ελέγχου του βάρους, σημειώνεται ότι η ποιοτική σχεδίαση ενός ελεγκτή βάρους μπορεί να παρέχει σημαντικές στρατηγικές εγκατάστασης και συστατικά ακριβείας που περιορίζουν τις παραπάνω αλλοιώσεις του αποτελέσματος.
Φόρτιση δυναμοκυψέλης σε ισορροπία (δεν ασκείται καμία δύναμη)
Κυψέλη φόρτισης σε ανισορροπία (ασκείται δύναμη)
Στην πράξη πολλοί παράγοντες μπορεί να αλλοιώσουν το αποτέλεσμα και να οδηγήσουν σε ανακρίβειες όσον αφορά στα αποτελέσματα βάρους, όπως:
Ενδείξεις θερμοκρασίας – Οι μετρητές πίεσης είναι αισθητήρες και αντιλαμβάνονται κάθε αλλαγή στην κατάστασή τους. Όταν οι θερμοκρασίες είναι συνεχείς η δυναμοκυψέλη είναι σταθερή και δεν υπάρχει αντίθετο αποτέλεσμα. Καθώς η θερμοκρασία αλλάζει συνεχώς οι μετρητές πίεσης νιώθουν την αλλαγή και το αποτέλεσμα είναι μία αλλαγή στο αποτέλεσμα το οποίο ο ελεγκτής θα το μεταφράσει ως αλλαγή στο βάρος. Οι περιπτώσεις γρήγορων εναλλαγών θερμοκρασίας που απαντώνται πιο συχνά είναι οι εξής δύο: όταν η δυναμοκυψέλη εκτίθεται σε υψηλή θερμοκρασία νερού ή ατμού κατά την διαδικασία καθαρισμού ή όταν το περιβάλλον του χώρου δεν ελέγχεται και η θερμοκρασία για παράδειγμα μπορεί από 20 βαθμούς Κελσίου το πρωί να φτάσει στους 35 το μεσημέρι.
Το υλικό της δυναμοκυψέλης – Η κατασκευή των δυναμοκυψέλων έχει ως βάση ένα είδος μεταλλικού ελατηρίου. Ιδανικά, είναι ένα τέλειο ελατήριο, γραμμικό και επαναλαμβανόμενο. Ωστόσο στις περισσότερες περιπτώσεις το βασικό υλικό δεν είναι ένα τέλειο ελατήριο και ενδέχεται να δείχνει ανεπαίσθητες διαφορές στο πραγματικό φορτίο που αντιλαμβάνονται οι αισθητήρες όταν συγκρίνονται τα αποτελέσματα καθώς το φορτίο αυξάνει από το 0 σε πλήρη χωρητικότητα και το αντίστροφο.
Επιδράσεις ΕΜΙ KAI RFI –
Ηλεκτρικών ή μαγνητικών πεδίων και στη ροή ηλεκτρικού ρεύματος (EMI) και στις επιδράσεις που προκαλούνται από τα ραδιοκύματα (RFI). Δηλαδή, ως ραδιοπαρεμβολέςΟι αλλαγές στο αποτέλεσμα ενός μετρητή πίεσης μετρώνται σε χιλιάδες βολτ από τον ελεγκτή (controller) του συστήματος.
Συχνά η απόσταση ανάμεσα στην δυναμοκυψέλη και τον ελεγκτή (controller) μπορεί να είναι μερικά εκατοστά μέχρι πολλά μέτρα.
Συσκευές που εκπέμπουν δυνατή ηλεκτρομαγνητική και ραδιοφωνική παρεμβολή συχνότητας (ΕΜΙ/RFI) όπως walkie-talkies, μεγάλοι κινητήρες, ή δίκτυα μεταφοράς μεσαίας προς υψηλής τάσεως μπορεί να προκαλέσουν αλλαγή στην ένδειξη της δυναμοκυψέλης και κατά συνέπεια λανθασμένη μετάφραση του βάρους.
Καθώς αυτοί οι παράγοντες πραγματικά αναπαριστούν πιθανές ανακρίβειες για το σύστημα δυναμικού ελέγχου του βάρους, σημειώνεται ότι η ποιοτική σχεδίαση ενός ελεγκτή βάρους μπορεί να παρέχει σημαντικές στρατηγικές εγκατάστασης και συστατικά ακριβείας που περιορίζουν τις παραπάνω αλλοιώσεις του αποτελέσματος.
Αναρτήσεις
