Grundprinzipien und häufige Probleme von Mehrkopfwaagen

Autor: Smartweigh– Mehrkopf-Gewichtsgerät

Viele denken bei Mehrkopfwaagen, es handele sich lediglich um Sensoren zur präzisen Messung des Nettogewichts eines Objekts. Das stimmt so nicht ganz, und sie werden nach wie vor in vielen Branchen eingesetzt. Mehrkopfwaagen basieren zwar auf ähnlichen Funktionsprinzipien wie die zuvor beschriebenen Füllstandssensoren, sehen aber anders aus. In der industriellen Produktion und Anwendung moderner Technologien sind Mehrkopfwaagen allgegenwärtig. Im Folgenden werden Funktionsprinzip und Anwendung von Mehrkopfwaagen anhand von Beispielen aus meinem Land detailliert erläutert.

Definition einer Mehrkopfwaage: Eine Mehrkopfwaage ist ein Gerät, das ein Datensignal in ein präzise messbares elektronisches Ausgangssignal umwandelt. Hinsichtlich der grundlegenden Elemente und Bewertungsmethoden der Leistungskennzahlen von Mehrkopfwaagen bestehen qualitative Unterschiede zwischen den alten und neuen nationalen Normen. Zu den wichtigsten Typen gehören S-Waagen, Kragarmwaagen, Speichenwaagen, Plattenringwaagen, Balgwaagen, Brückenwaagen, Zylinderscheibenwaagen usw.

Das Prinzip der Mehrkopfwaage basiert auf zwei Grundbauarten: Linear- und Drehtellerwaagen. Die Linearwaage besteht aus einem verschiebbaren und einem festen Messstab, die sich relativ zueinander bewegen können, oder aus einem Motorrotor und einem Motorstator (Drehtellerwaage). Beide Arten von Wiegesensoren werden mit derselben Fertigungstechnologie hergestellt. Zunächst wird leitfähiges Kupfer (0,04–0,05 mm dick) mit einer Isolierschicht auf eine Grundplatte aus nichtmagnetischem, leitfähigem Material wie hochkohlenstoffhaltigem Stahl oder Verbundglas geklebt. Anschließend werden die Kupferschichten mittels Fotolithografie gemäß dem Designplan durch ein technisches oder chemisches Ätzverfahren in verschiedene, rauh wirkende Wicklungen geätzt, die allgemein als Leiterplattenwicklungen bezeichnet werden.

Bei der Festlängen- und der Gleitskala unterscheiden sich die Wicklungen am Rotor und Stator des Motors. Die Wicklungen am Festlängen- und Rotor sind durchgehend, während die Wicklungen an der Gleitskala und am Stator segmentiert sind. Die Wicklungen sind segmentiert und in zwei Gruppen unterteilt, die im Innenraum um einen Phasenwinkel von 7π versetzt angeordnet sind. Das Prinzip der Mehrkopfwaage wird auch als Sinus- und Kosinuswicklung bezeichnet.

Die durchgehenden und segmentierten Wicklungen des induktiven Synchronisators entsprechen den Primär- und Sekundärwicklungen eines Transformators und arbeiten nach den Grundprinzipien von Wechselfeldern und Gegeninduktivität. Mehrkopfwaagen lassen sich anhand der Umrechnungsregeln in acht Kategorien einteilen: 1. Widerstands-Dehnungsmessstreifen-Waage: Diese weit verbreitete Mehrkopfwaage basiert auf dem Prinzip, dass sich der Widerstand des Dehnungsmessstreifens mit der Änderung der Spannung ändert. Sie besteht im Wesentlichen aus elastischen Elementen, Dehnungsmessstreifen, präzisen Messstromversorgungsschaltungen und Übertragungskabeln.

2. Der Öldrucksensor zeichnet sich durch eine einfache und robuste Bauweise sowie einen großen Messbereich aus, seine Genauigkeit liegt jedoch üblicherweise bei maximal 1/100. 3. Der kapazitive Sensor nutzt die Schwingungsfrequenz f des Resonanzkreises des Leistungskondensators und das positive Verhältnis des Polschuhabstands d. Er verbraucht weniger Strom, ist kostengünstig in der Herstellung und bietet eine Genauigkeit von 1/200 bis 1/500.

4. Die digitale Daten-Mehrkopfwaage ist ein Kraft-Elektro-Wandlergerät, das die aufgebrachte Kraft in elektronische Signale umwandelt. Ein neuartiger Sensor in einem Gerät. Die Daten-Mehrkopfwaage und das zugehörige Datenmess- und Prüfgerät haben sich in der Wägetechnik zunehmend etabliert. Sie zeichnen sich durch einfache Justierung, hohe Effizienz und hohe Einsatzfähigkeit vor Ort aus. 5. Die Plattenring-Mehrkopfwaage bietet Vorteile wie eine optimierte Spannungsverteilung, hohe Ausgabeempfindlichkeit, die Verwendung von Polyurethan-Elastomer als Ganzes, eine einfache Konstruktion, hohe Tragfähigkeit sowie einfache Fertigung und Verarbeitung.

In dieser Phase nimmt sie noch einen großen Anteil an der Sensorproduktion ein, und die Berechnung der Auslegungsformel für diesen Struktursensortyp ist derzeit noch nicht sehr ausgereift. 6. Nachdem das schwingende elastische Element eine Kraft aufgenommen hat, korreliert seine ursprüngliche Schwingungsfrequenz positiv mit der Quadratwurzel der Wechselwirkungskraft. Durch Messung der Resonanzfrequenzverschiebung lässt sich die Kraft des Messobjekts auf das elastische Element und somit dessen Güte berechnen.

Es gibt zwei Arten von Vibrationssensoren: Vibrationsdraht und Stimmgabel. 7. Gyroskop für Mobiltelefone: Der Gyroskopsensor für Mobiltelefone zeichnet sich durch eine schnelle Reaktionszeit (5 Sekunden), Unempfindlichkeit gegenüber Rückkopplungen, gute Temperatureigenschaften (3 ppm), geringe Vibrationsgefährdung, genaue Frequenzmessung und hohe Präzision aus. Dadurch ermöglicht er eine hohe Bildschirmauflösung und Messgenauigkeit. 8. Optische Sensoren umfassen Gitterlineal- und Codescheibensensoren.

Optische Sensoren werden hauptsächlich in elektromechanischen Fusionswaagen eingesetzt. Die Mehrkopfwaage weist jedoch noch einige Schwächen auf, die sich nicht vermeiden lassen. 1. Frequenzcharakteristik: Diskretes System. Die Frequenzcharakteristik der kapazitiven Mehrkopfwaage entspricht der eines diskreten Systems. Obwohl Differenzsignale zur Verbesserung eingesetzt werden, lässt sich diese Schwäche wahrscheinlich nicht vollständig beseitigen.

Andere kapazitive Sensoren weisen nur dann eine lineare Frequenzkennlinie auf, wenn die Streueffekte des elektrostatischen Feldes vernachlässigt werden. Andernfalls addiert sich die durch den Streueffekt verursachte zusätzliche Kapazität unmittelbar zu den Leistungskondensatoren der Induktivität, wodurch die Frequenzkennlinie des Systems diskret wird. 2. Parasitäre Kapazitäten beeinträchtigen die ursprüngliche Leistungsfähigkeit der Mehrkopfwaage mit großkapazitiven Sensoren. Als parasitäre Kapazitäten gelten die Drahtkondensatoren zwischen Sensor und Elektronik, die Streukondensatoren der Elektronik sowie die Kondensatoren zwischen der inneren Sensorplatte und den umgebenden Leitern. Ein Mangel an Kondensatoren reduziert nicht nur die Empfindlichkeit der Induktivität, sondern führt auch zu häufigen, willkürlichen Kondensatorwechseln, was die Stabilität des Geräts im Betrieb stark beeinträchtigt und die Messgenauigkeit gefährdet.

3. Die Ausgangsimpedanz ist hoch und die Belastbarkeit gering. Das Volumen der Mehrkopfwaage mit kapazitivem Sensor ist durch die geometrischen Spezifikationen ihrer elektrischen Plattform begrenzt. Eine sehr große Bauweise ist nicht ohne Weiteres möglich. Daher ist die Ausgangsimpedanz der Mehrkopfwaage mit kapazitivem Sensor hoch, was zu einer geringen Belastbarkeit führt und sie anfällig für äußere Einflüsse macht, die zu instabilen Zuständen und in extremen Fällen sogar zum Ausfall führen können. Mehrkopfwaagen finden in verschiedenen Bereichen breite Anwendung zur schnellen und präzisen Verwiegung von Rohstoffen. Insbesondere mit dem Aufkommen von Mikroprozessoren und der kontinuierlichen Verbesserung des Automatisierungsgrades in der industriellen Produktion sind Mehrkopfwaagen zu unverzichtbaren Bestandteilen des Prozessmanagements geworden. Sie werden zur Gewichtsmessung großer und mittelgroßer Tanks und Silos eingesetzt, die zuvor nicht gewogen werden konnten, sowie für Kran- und Fahrzeugwaagen und andere Messvorgänge. Auch die automatische Dosierung und das Mischen verschiedener Rohstoffe, die automatische Identifizierung im Produktionsprozess und die Kontrolle der Pulverdosierung finden Anwendung. Mittlerweile sind Mehrkopfwaagen in nahezu allen Wägeindustrien weit verbreitet.

1. Die Abweichung der Kennlinien ist auf die Maschine selbst zurückzuführen, beispielsweise auf die Gleichstromdrift, Steigungsfehler oder Nichtlinearitäten der Steigung. Letztendlich ergibt sich eine Differenz zwischen den idealisierten und den realen Kennlinien der Maschine. 2. Die Abweichung der Mehrkopfwaage ist auf den tatsächlichen Betrieb zurückzuführen, beispielsweise auf eine falsche Positionierung der Sonde, eine ungeeignete Isolierschicht zwischen Sonde und Messpunkt, die Reinheit des Messgases oder anderer Gase, fehlerhafte Prozessabläufe oder die falsche Platzierung von Messumformern. Es gibt verschiedene Ursachen für Abweichungen, die durch unsachgemäßen Betrieb bedingt sind.

3. Grund für die Abweichung des dynamischen Verhaltens: Sensoren, die statische Daten erfassen, weisen eine starke Schwingungsdämpfung auf. Daher reagieren sie relativ langsam auf Änderungen der Schlüsselparameter und benötigen selbst bei sprunghaften Temperaturänderungen mehrere Sekunden. Auch Waagen mit Verzögerungszeit können bei schnellen Änderungen zu Abweichungen im dynamischen Verhalten führen. Reaktionsgeschwindigkeit, Amplituden- und Phasenausfälle sind allesamt Ursachen für diese Abweichungen.

4. Die Abweichung beim Einsetzen des Sensors entsteht dadurch, dass sich die Hauptparameter der präzisen Messung ändern, sobald der Sensor in die Systemsoftware eingebunden wird. Dies kann zu Abweichungen führen. Weitere Ursachen sind beispielsweise die Verwendung eines zu großen intelligenten Messumformers, eine zu langsame Dynamik der Systemsoftware oder eine zu hohe Eigenerwärmung der Software, die ebenfalls zu einer erhöhten Energieverbrauch führt. 5. Umwelteinflüsse können die Anwendung von Mehrkopfwaagen beeinträchtigen. Dazu gehören beispielsweise Temperatur, Erschütterungen, Vibrationen, Höhenlage und Verdunstung von Verbindungen. Diese Faktoren können in der natürlichen Umgebung leicht zu Abweichungen führen.

Die Widerstandskraft-Mehrkopfwaage ist eine der am weitesten verbreiteten Mehrkopfwaagen. Ihre Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und Genauigkeit sind unbestritten. Was ist bei der Verwendung einer Mehrkopfwaage zu beachten? 1. Vermeiden Sie den Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen, Rauch, Feuchtigkeit und Kälte sowie in stark korrosiven Umgebungen oder in der Nähe von Magnetfeldern, da diese die Waage schwer beschädigen können. Achten Sie daher darauf, die Waage in einer solchen Umgebung einzusetzen oder wählen Sie ein geeignetes Modell für eine staubfreie Umgebung. 2. Vermeiden Sie unbedingt Überlastung, um Schäden an der Mehrkopfwaage zu verhindern, selbst wenn diese über eine bestimmte Tragfähigkeit verfügt.

3. Der Stromversorgungskreis muss mit dem Stromversorgungskreis der Anzeige verbunden sein. Die Stromzuleitung vom Stromversorgungskreis muss aus geschirmten, verdrillten Adern bestehen. Der Stromversorgungskreis für die Datenerfassung des Sensorausgangssignals darf nicht mit Geräten verbunden werden, die kalorienreiche Lebensmittel verarbeiten. 4. Vermeiden Sie Verschmutzungen des Sensors. Verschmutzungen können die Funktion und Genauigkeit des Sensors beeinträchtigen. Sie können Trennwände um die Mehrkopfwaage anbringen oder den Sensor mit einer dünnen Metallplatte abdecken.

5. Elektrische Geräteentkopplung: Um Lichtbogenströme oder Schäden durch Blitzeinschläge besser zu vermeiden, sollte der Induktor mit einem gelenkig gelagerten Kupferdraht (Querschnitt ca. 50 mm²) zur elektrischen Geräteentkopplung ausgestattet sein und eine übermäßige Wärmeübertragung verhindern. 6. Nivelliergerät installieren: Um die Genauigkeit der Waage zu gewährleisten, wird die Nivellierung mithilfe des Nivelliergeräts vorgenommen, um die Installationsplanung für die einzelnen Sensoren zu optimieren. Um eine möglichst gleichmäßige Lastverteilung auf alle Sensoren zu erreichen, sollten die Montageflächen der Sensoren möglichst eben ausgerichtet werden.

7. Behandeln Sie die Mehrkopfwaage vorsichtig. Vermeiden Sie Stöße, Stürze usw. Gehen Sie sorgsam damit um. Die Basis, auf der der Sensor installiert ist, muss eben und sauber sein und über ausreichende Druckfestigkeit und Steifigkeit verfügen. Sie darf keine Ölreste, Klebebandreste usw. aufweisen. 8. Um seitliche Kräfte zu vermeiden, können am Sensor Bauteile mit automatischen Präzisionspositionierungs- oder Kalibrierungsfunktionen wie Kugellager, Gelenklager und Präzisionsspannvorrichtungen ausgewählt werden.

9. Netzstecker und Steuerleitung sollten mit einer Drehzahl von 50 U/min/m verdrillt werden. Bei Verlängerung des Sensorkabels ist eine speziell dafür vorgesehene, abgedichtete Kabelendhülse zu verwenden. Bei längeren Kommunikationskabeln empfiehlt sich der Einsatz eines Kabels mit integriertem Funkverstärker zur Kompensation der Stromversorgung. 10. Das Kommunikationskabel des Schutzerdungssensors darf nicht parallel zum Netzstecker oder zur Steuerleitung für schwache Ströme verlegt werden.

Zusammenfassung: Ich werde hier die Mehrkopfwaage detailliert vorstellen. Ich bin fest davon überzeugt, dass die Mehrkopfwaage mit der Weiterentwicklung der Technologie aufgrund ihrer Eigenschaften und Vorteile in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden kann und so den Alltag für alle erleichtert.

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