Tenzometrické snímače pro váhy – základ přesného měření hmotnosti

Tenzometrické snímače, často označované také jako load cells, patří mezi nejdůležitější součásti elektronických vah. Jejich úkolem je převést mechanické zatížení působící na vážní konstrukci na elektrický signál, který následně zpracuje vážní indikátor a převede jej na hodnotu hmotnosti.

Používají se v celé řadě vážních systémů – od malých stolních vah až po velké podlahové, paletové, zásobníkové nebo automobilové váhy. Správně zvolený snímač zásadně ovlivňuje přesnost, stabilitu a dlouhodobou spolehlivost celé váhy.

Jak tenzometrický snímač funguje?

Uvnitř snímače jsou umístěny tenzometry, které při zatížení reagují na velmi malé deformace tělesa snímače. Tyto změny se převádějí na elektrický signál úměrný působící síle.

Signál je následně veden do vážního indikátoru, který jej vyhodnotí a zobrazí výslednou hmotnost.

Přestože je deformace snímače při běžném vážení prakticky neviditelná, elektronika dokáže tyto velmi malé změny přesně zaznamenat.

Kde se tenzometrické snímače používají?

Tenzometrické snímače jsou součástí většiny moderních elektronických vah.

Používají se například u:

• stolních vah,
• můstkových vah,
• podlahových vah,
• paletových vah,
• nájezdových vah,
• vážních vozíků,
• zásobníkových a silových vah,
• plošinových vah,
• dopravníkových vah,
• jeřábových vah,
• automobilových vah,
• technologických vážních systémů.

Podle konstrukce může váha používat jeden snímač nebo několik snímačů současně.

Single Point snímače

Single Point tenzometrické snímače se velmi často používají u stolních, obchodních, počítacích a menších plošinových vah.

Jejich hlavní výhodou je schopnost správně vyhodnocovat zatížení i v případě, že předmět není umístěn přesně uprostřed vážní plochy.

Jeden Single Point snímač tak může obsluhovat celou vážní plošinu.

Tyto snímače se vyrábějí například z hliníku nebo nerezové oceli a jsou dostupné v různých nosnostech podle typu váhy.

Shear Beam snímače

Shear Beam tenzometrické snímače jsou běžnou volbou pro střední a vyšší zatížení.

Často se používají u:

• podlahových vah,
• paletových vah,
• zásobníků,
• průmyslových plošin,
• technologických vážních systémů.

U podlahových vah bývají zpravidla použity čtyři snímače, jeden v každém rohu vážní konstrukce.

Jejich signály se následně spojují ve slučovací krabici a vedou do vážního indikátoru.

Tahové a tlakové snímače

Pro speciální aplikace se používají také snímače určené pro měření tahové nebo tlakové síly.

Najdeme je například u:

• jeřábových vah,
• závěsných vah,
• zásobníků,
• sil,
• technologických zařízení,
• zkušebních stolic.

Tyto snímače jsou navrženy tak, aby spolehlivě pracovaly při specifickém směru zatížení.

Heavy Duty snímače pro vysoké zatížení

U velkých průmyslových nebo automobilových vah se používají vysoce zatížitelné snímače typu Heavy Duty.

Tyto snímače jsou určeny pro vysoké nosnosti a náročný dlouhodobý provoz.

Využívají se například u:

• mostových automobilových vah,
• velkých zásobníků,
• sil,
• těžkých průmyslových vážních systémů,
• technologických linek.

Důležitá je zde nejen vysoká nosnost, ale také mechanická odolnost a stabilita při dlouhodobém zatížení.

Hliníkové a nerezové tenzometrické snímače

Materiál snímače je důležitý zejména s ohledem na prostředí, ve kterém bude váha používána.

Hliníkové snímače se často používají u menších stolních a plošinových vah. Nabízejí nízkou hmotnost, dobrou přesnost a příznivou cenu.

Nerezové snímače jsou vhodné do náročnějších podmínek, kde se vyskytuje vlhkost, voda, chemické látky nebo časté čištění.

Proto se využívají například v:

• potravinářství,
• řeznictví,
• zemědělství,
• chemickém průmyslu,
• mokrých provozech,
• venkovním prostředí.

Krytí snímačů IP65, IP67 a IP68

Při výběru snímače je důležité sledovat také jeho stupeň krytí.

Vyšší hodnota IP znamená lepší ochranu proti prachu a vodě.

V náročných průmyslových nebo venkovních provozech se často používají snímače s krytím IP67 nebo IP68.

U aplikací s častým mytím nebo působením vody je vhodné volit provedení odpovídající konkrétním provozním podmínkám.

Jak vybrat správnou nosnost snímače?

Nosnost jednoho snímače se neurčuje pouze podle maximální váživosti celé váhy.

Je potřeba zohlednit například:

• počet použitých snímačů,
• hmotnost samotné konstrukce váhy,
• maximální provozní zatížení,
• možné přetížení,
• nerovnoměrné rozložení hmotnosti,
• dynamické rázy při nakládání.

Například u podlahové váhy se čtyřmi snímači nelze jednoduše vydělit maximální váživost čtyřmi. Je nutné počítat s bezpečnostní rezervou a reálnými provozními podmínkami.

Správný návrh nosnosti výrazně ovlivňuje životnost snímačů i bezpečnost celé váhy.

Co znamená citlivost mV/V?

U analogových tenzometrických snímačů se často setkáte s údajem citlivosti například 2 mV/V.

Tento parametr vyjadřuje velikost výstupního signálu snímače při maximálním zatížení ve vztahu k napájecímu napětí.

Při výměně snímače je proto důležité porovnat nejen jeho nosnost a rozměry, ale také elektrické parametry.

Kompatibilita s vážním indikátorem

Tenzometrický snímač musí být kompatibilní s vážním indikátorem.

Důležité jsou například:

• odpor snímače,
• počet připojených snímačů,
• citlivost,
• napájecí napětí,
• způsob zapojení,
• délka kabeláže.

Při použití více snímačů je potřeba ověřit také maximální zatížení vstupu vážního indikátoru.

Čtyřvodičové a šestivodičové zapojení

Analogové tenzometrické snímače mohou používat například čtyřvodičové nebo šestivodičové zapojení.

Základní vodiče obvykle slouží pro:

• napájení snímače,
• kladný signál,
• záporný signál.

U šestivodičového provedení jsou navíc použity vodiče Sense, které umožňují kompenzovat úbytky napětí na delší kabeláži.

To může být výhodné zejména u přesnějších nebo rozsáhlejších vážních systémů.

Slučovací krabice pro více snímačů

U vah se čtyřmi nebo více tenzometrickými snímači se zpravidla používá slučovací krabice.

Ta propojuje jednotlivé snímače a umožňuje jejich signály správně nastavit a vyrovnat.

Používá se například u:

• podlahových vah,
• mostových vah,
• paletových vah,
• zásobníkových vah.

Správné nastavení slučovací krabice je důležité pro rovnoměrné vážení v celé ploše váhy.

Výměna poškozeného tenzometrického snímače

Tenzometrický snímač může být poškozen například:

• nadměrným přetížením,
• nárazem,
• vniknutím vody,
• poškozením kabelu,
• korozí,
• elektrickým přepětím.

Projevem poruchy může být například nestabilní údaj, špatné vracení váhy na nulu, rozdílná hmotnost podle umístění břemene nebo výrazná chyba vážení.

Při výměně snímače je vhodné použít stejný nebo technicky odpovídající typ.

Po výměně je obvykle nutné znovu provést nastavení a justáž váhy.

Kalibrace po výměně snímače

Výměna tenzometrického snímače mění vlastnosti celého vážního systému.

Proto nestačí pouze nový snímač mechanicky namontovat.

Po opravě je potřeba:

1. zkontrolovat správné zapojení,
2. ověřit funkci všech snímačů,
3. případně vyrovnat jednotlivé rohy váhy,
4. provést justáž pomocí kalibračního závaží,
5. ověřit přesnost váhy v celém rozsahu.

U úředně ověřovaných vah může být po zásahu do vážního systému nutné také nové úřední ověření.

Příslušenství k tenzometrickým snímačům

Pro správnou instalaci snímačů se používá také různé příslušenství.

Patří sem například:

• montážní patky,
• kloubové nožičky,
• silové přenosové prvky,
• kabely,
• konektory,
• slučovací krabice,
• ochranné prvky proti přetížení,
• zemnicí prvky.

Správné mechanické uložení snímače je stejně důležité jako jeho elektrické zapojení.

Tenzometrický snímač jako základ přesné váhy

Kvalitní tenzometrický snímač je základem přesného a spolehlivého vážení. Při výběru je potřeba zohlednit nejen maximální nosnost, ale také konstrukci váhy, počet snímačů, materiál, krytí, elektrické parametry a prostředí, ve kterém bude zařízení používáno.

Správně navržený vážní systém s vhodnými snímači, kvalitní mechanickou konstrukcí a odpovídajícím vážním indikátorem může dlouhodobě poskytovat přesné výsledky i v náročném průmyslovém provozu.

Při opravě nebo výrobě nové váhy je proto vhodné vybírat tenzometrické snímače vždy podle konkrétní aplikace a požadovaných technických parametrů.