كيفية اختيار ميزان متعدد الرؤوس بشكل معقول

المؤلف: سمارتوي ميزان متعدد الرؤوس

الميزان متعدد الرؤوس هو جهاز لتحويل الطاقة إلى كهرباء، حيث يحول القوة إلى إشارات إلكترونية، وهو المكون الأساسي للميزان متعدد الرؤوس. توجد أنواع عديدة من الحساسات التي تُجري هذا التحويل، وتشمل عادةً حساسات مقاومة الإجهاد، وحساسات المجال المغناطيسي، والحساسات السعوية. تكمن أهمية حساسات المجال المغناطيسي في كونها ميزانًا تحليليًا إلكترونيًا، بينما تُعد الحساسات السعوية جزءًا من الميزان متعدد الرؤوس، أما حساسات مقاومة الإجهاد فهي الأكثر شيوعًا في معظم أنواع الموازين.

يتميز ميزان المقاومة متعدد الرؤوس ببساطة تركيبه ودقته العالية وتعدد استخداماته، ويمكن تطبيقه في بيئات طبيعية ذات ظروف بيئية صعبة نسبيًا. ولذلك، يُصنف ميزان المقاومة متعدد الرؤوس ضمن فئة موازين متعددة الرؤوس. ويتكون هذا الميزان بشكل أساسي من مطاط البولي يوريثان، ومقياس مقاومة الإجهاد، ودائرة تعويض الطاقة.

يُعدّ مطاط البولي يوريثان الجزء المُعرّض للإجهاد في ميزان متعدد الرؤوس، وهو مصنوع من فولاذ كربوني عالي الجودة وقطاعات من سبائك الألومنيوم عالية الجودة. يتكون مقياس الإجهاد المقاوم من رقائق معدنية محفورة على شكل شبكة بيانات، وتُلصق مقاييس الإجهاد المقاومة الأربعة بمطاط البولي يوريثان باستخدام طريقة التوصيل الجسري. في حالة انقطاع التيار الكهربائي، تتساوى قيم المقاومات الأربعة في دائرة التوصيل الجسري، مما يجعل الدائرة في حالة توازن، وبالتالي يكون خرجها صفرًا.

عندما يتعرض مطاط البولي يوريثان للتشوه بفعل القوة، يتشوه مقياس الإجهاد المقاوم أيضًا. خلال عملية تعرض مطاط البولي يوريثان للقوة والانحناء، يتمدد مقياسا الإجهاد المقاومان، فيتمدد السلك الحديدي وتزداد قيمة المقاومة، بينما يتعرض المقياسان الآخران للقوة فتنخفض قيمة المقاومة. بهذه الطريقة، يختل توازن دائرة الجسر المتوازنة أصلاً، وينشأ فرق جهد تشغيل على جانبي دائرة الجسر. يرتبط فرق جهد التشغيل بمقدار القوة المؤثرة على مطاط البولي يوريثان. يتم التحقق من فرق جهد التشغيل للحصول على مقدار قوة المستشعر. بعد فحص إشارة البيانات وحسابها بواسطة لوحة التحكم، ولتحسين استخدام إعدادات هياكل موازين متعددة الرؤوس، تتكون هذه الموازين من أشكال هيكلية متنوعة، ويُسمى المستشعر عادةً وفقًا لتصميمه الخارجي.

على سبيل المثال، مستشعر سلسلة التكديس (مهم في موازين السيارات الإلكترونية)، ومستشعر العارضة الكابولية (موازين أرضية، موازين مستودعات، موازين سيارات إلكترونية)، ومستشعر العمود (موازين سيارات إلكترونية، موازين مستودعات)، ومستشعر السيارة (موازين)، ومستشعر النوع S (موازين مستودعات)، إلخ. غالبًا ما يمكن أن تتضمن وحدة الوزن متعددة الرؤوس مستشعرات بأشكال هيكلية متعددة. إذا تم اختيار المستشعر بشكل صحيح، فإنه يساعد على تحسين خصائص وحدة الوزن متعددة الرؤوس.

تتعدد مواصفات ونماذج موازين المقاومة متعددة الرؤوس، وتتراوح أحجامها من بضع مئات من الغرامات إلى بضع مئات من الأطنان. عند اختيار نطاق قياس الميزان متعدد الرؤوس، يجب تحديده وفقًا لحجم الميزان متعدد الرؤوس الشائع الاستخدام. القاعدة العامة هي كالتالي: إجمالي حمل المستشعرات (أقصى حمل مسموح به لكل مستشعر × عدد المستشعرات) = من نصف إلى ثلثي الوزن الأقصى للميزان متعدد الرؤوس.

ينقسم مستوى دقة الميزان متعدد الرؤوس إلى أربعة مستويات: أ، ب، ج، د. ولكل مستوى هامش خطأ مختلف. وتُحدد دقة مستشعرات الفئة أ بحد أقصى.

يمثل الرقم الذي يلي الدرجة قيمة التحقق المترولوجي، وكلما زادت البيانات، كانت جودة المستشعر أفضل. على سبيل المثال، C2 تعني الدرجة C، أي 2000 قيمة تحقق مترولوجي، بينما C5 تعني الدرجة C، أي 5000 قيمة تحقق مترولوجي. من الواضح أن C5 أعلى من C2.

تُعدّ الفئتان C3 وC5 من أكثر أنواع الحساسات شيوعًا، ويمكن استخدام هاتين الفئتين في تصنيع موازين متعددة الرؤوس بدقة من الفئة الثالثة. ينتج خطأ الميزان متعدد الرؤوس بشكل رئيسي عن خطأ النظام المنفصل، وخطأ التأخير، وخطأ التكرارية، واسترخاء الإجهاد، والخطأ الإضافي في درجة حرارة نقطة الصفر، والخطأ الإضافي في درجة حرارة الخرج المقدرة. أما الحساسات الرقمية التي ظهرت في السنوات الأخيرة، فتضم دائرة تغذية الطاقة لتحويل الإشارة التناظرية إلى رقمية ودائرة تغذية الطاقة لوحدة المعالجة المركزية داخل الحساس نفسه. لا يُخرج الحساس إشارة بيانات جهد التشغيل التناظرية، بل إشارة الوزن الصافي التناظرية المحسوبة، مما يوفر المزايا التالية: 1. لوحة التحكم: يمكن جمع إشارات بيانات كل حساس رقمي على حدة، وحسابها وفقًا للمعادلة الخطية، ويمكن معايرة كل حساس بشكل مستقل، مما يزيد من إمكانية ضبط الخطأ في الزوايا الأربع دفعة واحدة.

تُعدّ مشكلة ضبط الخطأ في الزوايا الأربع أكبر تحدٍّ يواجه موازين الوزن متعددة الرؤوس التي تستخدم مستشعرات رقمية وتناظرية، إذ تتطلب عادةً معايرات متعددة لتحديدها، في كل مرة يتم فيها تحريك وزن معياري ثقيل، مما يستغرق وقتًا وجهدًا كبيرين. ٢. نظرًا لقدرة لوحة التحكم على رصد إشارات البيانات من جميع المستشعرات، يُمكن رصد أي مشاكل فيها من خلالها، مما يُسهّل عملية الصيانة. ٣. ينقل المستشعر الرقمي الإشارة التناظرية عبر واجهة ٤٨٥، ويتم الإرسال لمسافات طويلة دون أي تأثر.

تخلص من مشاكل نقل إشارة النبض المعقدة والحساسة. 4. يمكن ضبط مختلف أخطاء المستشعر بواسطة وحدة التحكم الدقيقة داخل المستشعر الرقمي، مما يجعل بيانات خرج المستشعر أكثر دقة. يُطلق على وحدة التحكم الدقيقة اسم "الجهاز العصبي المركزي" للميزان متعدد الرؤوس، وتحدد خصائصها إلى حد كبير دقة وموثوقية الميزان.

عند تصميم ميزان متعدد الرؤوس، غالباً ما يُطرح سؤال حول كيفية استخدام الحساسات. الميزان متعدد الرؤوس هو في الواقع جهاز يحوّل إشارة بيانات عالية الجودة إلى إشارة إلكترونية قابلة للقياس بدقة. أول ما يجب مراعاته عند استخدام الحساس هو بيئة المكتب المحددة التي سيُوضع فيها.

يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية للاستخدام الأمثل لأجهزة الاستشعار، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بكفاءة عملها وسلامتها وعمرها الافتراضي، بل وحتى بموثوقية جميع أجهزة قياس الوزن ومعامل أمانها. وتشمل الأضرار التي تُلحقها البيئة الطبيعية بأجهزة الاستشعار ما يلي: (1) تتسبب درجات الحرارة المرتفعة في البيئة الطبيعية في انصهار مادة الطلاء، وحدوث لحام موضعي، وتغيرات هيكلية ناتجة عن الإجهاد الحراري لمادة البولي يوريثان المرنة. لذا، غالبًا ما تُختار أجهزة الاستشعار المقاومة للحرارة عند العمل في بيئات طبيعية ذات درجات حرارة عالية، ويجب إضافة عزل حراري، وتبريد مائي، وتبريد هوائي، وغيرها من المعدات اللازمة.

(2) مخاطر الدخان والرطوبة على حدوث أعطال في الدوائر الكهربائية لأجهزة الاستشعار. في البيئة الطبيعية هنا، يجب استخدام جهاز استشعار محكم الإغلاق للغاية. تختلف أجهزة الاستشعار في طرق إحكام الإغلاق، ويختلف أداء الإحكام اختلافًا كبيرًا.

تشمل عمليات الختم العامة تعبئة مانع التسرب واستخدام المعدات الميكانيكية لطلاء الألواح المطاطية، واللحام الكهربائي (آلة اللحام بالقوس الكهربائي، إلخ، لحام شعاع الإلكترون) للختم، والختم باستخدام النيتروجين للتغليف الفراغي. من حيث فعالية الختم، يُعد اللحام الكهربائي الأفضل، بينما تكون جرعة التعبئة والختم أقل كفاءة. بالنسبة للمستشعر الذي يعمل في بيئة طبيعية نظيفة وجافة داخل الغرفة، يُنصح باختيار مستشعر ذي ختم لاصق. أما بالنسبة للمستشعر الذي يعمل في بيئة طبيعية ذات رطوبة عالية ودخان، فيجب اختيار مستشعر ذي ختم حراري ماص للصدمات النبضية أو ختم لحام ماص للصدمات النبضية، مع التغليف الفراغي باستخدام النيتروجين.

(3) في البيئات الطبيعية ذات معدلات التآكل العالية، مثل الرطوبة والبرودة والأحماض والقلويات، والتي تُسبب تلفًا لمطاط البولي يوريثان، وفشلًا في الدائرة القصيرة، ومخاطر أخرى على المستشعر، يُنصح باختيار طبقة خارجية مطلية بالرش الكهروستاتيكي أو مغطاة بألواح من الفولاذ المقاوم للصدأ، لما تتمتع به من مقاومة جيدة للتآكل وأداء إحكام ممتاز. (4) قد يُسبب المجال المغناطيسي اضطرابًا في إشارة بيانات خرج المستشعر. في هذه الحالة، يتم فحص خاصية الحماية للمستشعر بدقة للتأكد من تمتعه بمناعة كهرومغناطيسية ممتازة.

(5) لا تقتصر مخاطر الاشتعال والانفجار على أجهزة الاستشعار فحسب، بل تمتد لتشمل تهديدات جسيمة للمعدات الميكانيكية الأخرى وسلامة الأرواح. لذا، يجب أن تتميز أجهزة الاستشعار العاملة في البيئات الطبيعية القابلة للاشتعال والانفجار بخصائص مقاومة للانفجار: إذ يجب استخدام أجهزة استشعار مقاومة للانفجار في هذه البيئات. ويجب أن يراعي غطاء منع التسرب لهذا النوع من أجهزة الاستشعار ليس فقط إحكام الإغلاق، بل أيضًا قوة تحمل الضغط، بالإضافة إلى مقاومة الرطوبة والماء والانفجار عند مخرج الكابل.

ثانيًا، اختيار العدد الإجمالي للمستشعرات ونطاق القياس: يعتمد اختيار العدد الإجمالي للمستشعرات على الغرض الرئيسي من الميزان متعدد الرؤوس، ومستوى نقاط ارتكاز جسم الميزان (يجب أن يستند عدد نقاط الارتكاز إلى مركز ثقل جسم الميزان المتداخل ومعيار مركز الثقل النوعي). عمومًا، تستخدم بعض نقاط ارتكاز الميزان عدة مستشعرات، بينما تستخدم الموازين الفريدة، مثل الموازين الإلكترونية ذات الخطاف، مستشعرًا واحدًا فقط، ويجب تحديد عدد المستشعرات في بعض الموازين الكهروميكانيكية المدمجة وفقًا للظروف الخاصة. يمكن تقييم اختيار نطاق قياس المستشعر بناءً على عوامل مثل حجم الميزان، وعدد المستشعرات، ووزن الميزان نفسه، ووزن العجلات والحمولة الكبيرة المحتملة.

بشكل عام، كلما اقترب نطاق قياس المستشعر من حمولته، زادت دقة الوزن. مع ذلك، في تطبيقات محددة، بالإضافة إلى وزن الأجسام، هناك أيضًا وزن الميزان نفسه، ووزنه الفارغ، ووزن العجلات، والصدمات الناتجة عن الاهتزاز. لذا، عند استخدام نطاق قياس المستشعر، يجب مراعاة عوامل عديدة لضمان سلامة المستشعر وطول عمره.

تم توضيح طريقة حساب نطاق قياس المستشعر بعد العديد من التجارب، مع مراعاة مختلف العوامل التي قد تؤثر على جسم الميزان. وتُحسب الصيغة كما يلي: C = (K₀ - K₁ - K₂ - K₃)(Wmax + W) / N. حيث: C: النطاق المُصنّف للمستشعر، W: وزن الميزان نفسه، Wmax: أعلى قيمة للوزن الصافي للجسم، N: إجمالي عدد نقاط الارتكاز التي يختارها الميزان، K₀: مؤشر الأمان التجاري، ويتراوح عادةً بين 1.2 و1.3، K₁: مؤشر الصدمة الوسيطة، K₂: مؤشر إزاحة مركز ثقل الميزان، K₃: مؤشر ضغط الهواء.

على سبيل المثال، بالنسبة لميزان أرضي إلكتروني سعة 30 طنًا، فإن أقصى وزن يمكن وزنه هو 30 طنًا، ووزن الميزان نفسه 1.9 طن. تم اختيار 4 مستشعرات، وبناءً على الظروف المحددة في ذلك الوقت، تم اختيار مؤشر الأمان التجاري K-0 = 1.25، ومؤشر الصدمة K-1 = 1.18، ومؤشر انحراف النقطة K-2 = 1.03، ومؤشر ضغط الهواء K-3 = 1.02. الحل: وفقًا لطريقة حساب نطاق قياس المستشعر: c = (K-0 + K-1 + K-2 + K-3) / N. c = 1.25 × 1.18 × 1.03 × 1.02 × (30 + 1.9) / 4 = 12.36 طنًا. لذلك، فإن نطاق قياس المستشعر هو 15 طنًا (عادةً ما تكون سعة التحميل للمستشعر 10 أطنان، 15 طنًا، 20 طنًا، 25 طنًا، 30 طنًا، 40 طنًا، 50 طنًا، وما إلى ذلك، ما لم يكن هناك تخصيص فريد).

بحسب الخبرة العملية، يتراوح هامش الخطأ في عمل آلة الوزن عادةً بين 30% و70% من نطاق قياسها، ولكن في آلات الوزن ذات التأثير الأكبر في عملية التطبيق، مثل موازين المسارات الديناميكية، وموازين السيارات الإلكترونية الديناميكية، وموازين ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ، يُنصح بتوسيع نطاق قياس المستشعر ليعمل ضمن نطاق 20% إلى 30% من نطاقه. ويجب مراعاة مجالات تطبيق أنواع المستشعرات المختلفة. ويعتمد اختيار شكل المستشعر على نوع الوزن وإعدادات المساحة الداخلية، لضمان الإعداد الصحيح وموثوقية الوزن. كما يجب مراعاة توصيات الشركة المصنعة. وتحدد الشركات المصنعة عادةً مجال تطبيق المستشعر بناءً على متانته، ومعايير أدائه، وطريقة تركيبه، وشكله الهيكلي، ومادة البولي يوريثان المرنة، وغيرها من الخصائص. وتُعد مستشعرات الشعاع مناسبة لسلاسل تجميع وإطلاق الفولاذ، مثل موازين المواد، وموازين الأحزمة الإلكترونية، وموازين الفرز.

في النهاية، يجب اختيار مستوى دقة المستشعر. يشمل مستوى دقة المستشعر اللاخطية، واسترخاء الإجهاد، وإصلاح استرخاء الإجهاد، والتأخير، والتكرارية، والحساسية، ومؤشرات الأداء الأخرى. عند استخدام المستشعر، لا بد من مراعاة لوائح الدقة الخاصة بالتصميم الإلكتروني، بالإضافة إلى تكلفته.

يجب مراعاة المعيارين التاليين عند اختيار مستويات المستشعر: 1. مراعاة متطلبات إدخال لوحة التحكم. يعرض مؤشر الوزن نتيجة الوزن بعد زيادة إشارة بيانات الخرج من الميزان متعدد الرؤوس وإتمام عملية التحويل التناظري الرقمي. لذا، يجب أن تكون إشارة بيانات الخرج من الميزان متعدد الرؤوس أكبر من قيمة الإدخال المحددة في لوحة التحكم. 2. يتم إدخال حساسية خرج الميزان متعدد الرؤوس في معادلة المطابقة بين المستشعر ولوحة التحكم، ويجب أن تكون نتيجة الحساب أكبر من حساسية الإدخال المحددة في لوحة التحكم.

معادلة التوافق بين ميزان متعدد الرؤوس ولوحة العدادات: حساسية خرج مقياس الوزن * جهد التغذية * حجم الميزان، ودرجة قصر نظر مقياس الوزن * عدد الحساسات * نطاق قياس الحساس. على سبيل المثال، بالنسبة لآلة تعبئة كمية بوزن 25 كجم وميزان ذي نطاق قياس واسع يصل إلى 1000، اختر 3 حساسات L-BE-25 بنطاق قياس 25 كجم وحساسية 2.0±0.008 ملي فولت/فولت، واختر لوحة عدادات AD4325 للموازين ذات جسر القوس الحجري بجهد تشغيل كهربائي 12 فولت. يُسأل عما إذا كان سيتم دمج الحساس المُختار مع لوحة العدادات.

الحل: تبلغ حساسية الإدخال للوحة جهاز AD4325 0.6 ميكروفولت/يوم، لذا، وفقًا لمعادلة التوافق بين الميزان متعدد الرؤوس ولوحة الجهاز، فإن إشارة بيانات الإدخال المحددة للوحة الجهاز هي 2×12×25/1000×3×25=8 ميكروفولت/يوم > 0.6 ميكروفولت/يوم. وبالتالي، يمكن للميزان متعدد الرؤوس المُختار مراعاة تنظيم حساسية الإدخال للوحة الجهاز، والذي يمكن دمجه مع اختيار لوحة الجهاز. 2. مراعاة لوائح دقة العناوين الإلكترونية.

يتكون التمثيل الإلكتروني بشكل أساسي من ثلاثة أجزاء: الميزان، والمستشعر، ولوحة التحكم. عند اختيار دقة الميزان متعدد الرؤوس، تكون دقة الميزان أعلى قليلاً من القيمة المحسوبة نظرياً. عادةً ما تكون دقة الميزان محدودة لأسباب موضوعية، مثل ضعف قوة تحمل الميزان، أو جودة لوحة التحكم، أو الظروف البيئية القاسية للميزان.

المؤلف: سمارتوي مصنعي أجهزة الوزن متعددة الرؤوس

المؤلف: سمارتوي الوزن الخطي

المؤلف: سمارتوي آلة تعبئة الوزن الخطي

المؤلف: سمارتوي آلة تعبئة ووزن متعددة الرؤوس

المؤلف: سمارتوي درج تفريغ الصواني

المؤلف: سمارتوي آلة تعبئة صدفية

المؤلف: سمارتوي جهاز ترجيح مركب

المؤلف: سمارتوي آلة تعبئة دوي باك

المؤلف: سمارتوي آلة تعبئة الأكياس الجاهزة

المؤلف: سمارتوي آلة التعبئة الدوارة

المؤلف: سمارتوي آلة التعبئة والتغليف العمودية

المؤلف: سمارتوي آلة تعبئة VFFS