Wie man eine Mehrkopfwaage sinnvoll auswählt

Autor: Smartweigh– Mehrkopf-Gewichtsgerät

Die Mehrkopfwaage ist ein Gerät zur Umwandlung von Kraft in elektrische Energie und bildet deren Kernkomponente. Verschiedene Sensortypen können diese Kraft-Strom-Umwandlung durchführen, darunter Widerstands-, Magnetfeld- und kapazitive Sensoren. Magnetfeldsensoren kommen in der elektronischen Analysenwaage zum Einsatz, kapazitive Sensoren sind Bestandteil der Mehrkopfwaage, und Widerstandssensoren werden in den meisten Waagenprodukten verwendet.

Die Widerstands-Mehrkopfwaage zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau, ihre hohe Präzision und ihr breites Anwendungsspektrum aus und kann auch in relativ schwierigen Umgebungen eingesetzt werden. Daher wird die Widerstands-Mehrkopfwaage als Mehrkopfwaage bezeichnet. Sie besteht im Wesentlichen aus Polyurethan-Elastomer, einem Widerstands-Dehnungsmessstreifen und einer Kompensationsschaltung.

Das Polyurethan-Elastomer bildet den beanspruchten Teil der Mehrkopfwaage und besteht aus hochwertigen Kohlenstoffstahl- und Aluminiumlegierungsprofilen. Die Dehnungsmessstreifen sind aus Metallfolie mit geätzten Rasterdaten gefertigt und werden mittels Brückenschaltung auf das Polyurethan-Elastomer geklebt. Im stromlosen Zustand haben die vier Widerstände der Brückenschaltung den gleichen Wert, die Schaltung befindet sich im Gleichgewicht und der Ausgang ist null.

Wird das Polyurethan-Elastomer durch Krafteinwirkung verformt, verformt sich auch der Dehnungsmessstreifen. Während des gesamten Prozesses der Krafteinwirkung und Biegung des Polyurethan-Elastomers werden zwei Dehnungsmessstreifen gedehnt, der Eisendraht gedehnt, wodurch sich der Widerstandswert erhöht. Die anderen beiden Dehnungsmessstreifen werden ebenfalls einer Kraft ausgesetzt, wodurch sich der Widerstandswert verringert. Dadurch gerät die ursprünglich ausgeglichene Brückenschaltung aus dem Gleichgewicht, und es entsteht eine Betriebsspannungsdifferenz an beiden Seiten der Brückenschaltung. Diese Betriebsspannungsdifferenz hängt von der Stärke der auf das Polyurethan-Elastomer wirkenden Kraft ab. Durch Überprüfung der Betriebsspannungsdifferenz lässt sich die Stärke der Sensorkraft ermitteln. Nachdem das Datensignal vom Bedienfeld geprüft und berechnet wurde, werden die Einstellungen verschiedener Mehrkopfwaagenstrukturen optimal genutzt. Da Mehrkopfwaagen aus verschiedenen Bauformen bestehen, wird der Sensor üblicherweise nach seinem Aussehen benannt.

Beispielsweise Kettensensoren (wichtige elektronische Fahrzeugwaagen), Auslegerbalkensensoren (Bodenwaagen, Lagerwaagen, elektronische Fahrzeugwaagen), Säulensensoren (elektronische Fahrzeugwaagen, Lagerwaagen), Wagensensoren (Waagen), S-förmige Sensoren (Lagerwaagen) usw. Mehrkopfwaagen können Sensoren in verschiedenen Bauformen aufweisen. Die richtige Sensorauswahl trägt zur Verbesserung der Eigenschaften der Mehrkopfwaage bei.

Es gibt zahlreiche Ausführungen und Modelle von Widerstands-Mehrkopfwaagen mit einem Messbereich von einigen hundert Gramm bis zu mehreren hundert Tonnen. Bei der Wahl des Messbereichs muss die Größe der üblicherweise verwendeten Mehrkopfwaage berücksichtigt werden. Als Faustregel gilt: Die Gesamtbelastung der Sensoren (maximal zulässige Belastung der einzelnen Sensoren × Anzahl der Sensoren) entspricht etwa der Hälfte bis zwei Dritteln des maximalen Gewichts der Mehrkopfwaage.

Die Genauigkeit der Mehrkopfwaage ist in vier Stufen unterteilt: a, b, c und d. Unterschiedliche Stufen weisen unterschiedliche Fehlertoleranzen auf. Sensoren der Klasse A sind für maximal … spezifiziert.

Die Zahl nach der Güteklasse gibt den messtechnischen Prüfwert an. Je höher der Wert, desto besser die Sensorqualität. Beispielsweise bedeutet C2 Güteklasse C, 2000 messtechnische Prüfwerte; C5 bedeutet Güteklasse C, 5000 messtechnische Prüfwerte. C5 ist also deutlich höher als C2.

Gängige Sensorklassen sind C3 und C5. Mit diesen beiden Klassen lassen sich Mehrkopfwaagen der Genauigkeitsklasse III realisieren. Die Fehler von Mehrkopfwaagen entstehen hauptsächlich durch diskrete Systemfehler, Verzögerungsfehler, Wiederholgenauigkeitsfehler, Spannungsrelaxation, zusätzliche Fehler der Nullpunkttemperatur und zusätzliche Fehler der Nennausgangstemperatur. Die in den letzten Jahren entwickelten digitalen Sensoren integrieren die A/D-Wandler- und die CPU-Stromversorgung direkt in den Sensor. Das Sensorsignal liefert nicht die analoge Betriebsspannung, sondern das berechnete Nettogewicht. Dies bietet folgende Vorteile: 1. Bedienfeld: Die Datensignale jedes digitalen Sensors können separat erfasst und anhand einer linearen Gleichung berechnet werden. Jeder Sensor lässt sich unabhängig kalibrieren, wodurch die Fehlerkorrektur an allen vier Messpunkten gleichzeitig möglich ist.

Die größte Herausforderung bei Mehrkopfwaagen mit digitalen und analogen Sensoren ist die Vierpunkt-Fehlerkorrektur. Diese erfordert üblicherweise mehrere Kalibrierungen, bei denen jedes Mal ein schweres Standardgewicht bewegt wird, was zeit- und arbeitsaufwändig ist. 2. Da das Bedienfeld die Datensignale aller Sensoren erfasst, lassen sich deren Probleme direkt am Bedienfeld erkennen, was die Wartung vereinfacht. 3. Der digitale Sensor überträgt das analoge Signal über die 485-Schnittstelle, wodurch die Übertragung auch über große Entfernungen störungsfrei möglich ist.

Die schwierigen und fehleranfälligen Probleme der Impulssignalübertragung werden beseitigt. 4. Verschiedene Sensorfehler können mithilfe des im digitalen Sensor integrierten Mikrocontrollers korrigiert werden, wodurch die Ausgabedaten des Sensors präziser werden. Die Mehrkopfwaage wird als deren zentrales Nervensystem bezeichnet, und ihre Eigenschaften bestimmen maßgeblich die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Mehrkopfwaage.

Bei der Konstruktion einer Mehrkopfwaage stellt sich häufig die Frage nach der optimalen Nutzung der Sensoren. Eine Mehrkopfwaage wandelt ein hochwertiges Datensignal in ein präzise messbares elektronisches Ausgangssignal um. Zunächst ist die spezifische Büroumgebung, in der der Sensor eingesetzt wird, zu berücksichtigen.

Dies ist besonders wichtig für den korrekten Einsatz von Sensoren und beeinflusst deren einwandfreie Funktion, Sicherheit, Lebensdauer und letztendlich die Zuverlässigkeit und Sicherheit aller Wägemaschinen. Umwelteinflüsse können Sensoren unter anderem auf folgende Weise schädigen: (1) Hohe Umgebungstemperaturen können zum Schmelzen der Beschichtung, zu Punktverschweißungen und zu Strukturveränderungen des Polyurethan-Elastomers unter thermischer Spannung führen. Sensoren, die hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, benötigen daher oft hitzebeständige Sensoren und müssen zusätzlich mit Wärmedämmung, Wasser- und Luftkühlung sowie weiteren Schutzmaßnahmen ausgestattet sein.

(2) Gefahren durch Rauch und Feuchtigkeit, die zu Kurzschlüssen der Sensoren führen können. In der hier herrschenden natürlichen Umgebung ist ein hochgradig luftdichter Sensor erforderlich. Unterschiedliche Sensoren weisen unterschiedliche Dichtungsmethoden auf, wodurch sich die Dichtungsleistung erheblich unterscheidet.

Allgemeine Versiegelungsverfahren umfassen das Befüllen mit Dichtmittel und den Einsatz mechanischer Anlagen zur Beschichtung von Gummifolien, das elektrische Schweißen (Lichtbogenschweißen, Elektronenstrahlschweißen usw.) sowie das Befüllen mit Stickstoff für die Vakuumverpackung. Die elektrische Schweißversiegelung erzielt die besten Ergebnisse, während das Befüllen und Versiegeln weniger effektiv ist. Für Sensoren, die in einer sauberen und trockenen Umgebung in Räumen eingesetzt werden, eignet sich eine Klebeversiegelung. Bei Sensoren, die in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit und Rauchbelastung arbeiten, ist hingegen eine Heißsiegelung mit Impulsstoßdämpfer oder eine Schweißversiegelung mit Impulsstoßdämpfer erforderlich. Die Sensoren werden anschließend vakuumverpackt und mit Stickstoff befüllt.

(3) In Umgebungen mit hoher Korrosionsbelastung, wie z. B. Feuchtigkeit, Kälte, Säuren und Laugen, die das Polyurethan-Elastomer schädigen und Kurzschlüsse sowie andere Gefahren für den Sensor verursachen können, sollte die äußere Schicht aus einer elektrostatischen Pulverbeschichtung oder einer Edelstahlplatte bestehen, die eine gute Korrosionsbeständigkeit und Dichtigkeit gewährleistet. (4) Magnetfelder können das Ausgangssignal des Sensors stören. Daher wird die Abschirmung des Sensors sorgfältig geprüft, um eine ausgezeichnete elektromagnetische Unempfindlichkeit sicherzustellen.

(5) Entflammbarkeit und Explosionsgefahr stellen nicht nur erhebliche Gefahren für Sensoren dar, sondern gefährden auch andere mechanische Anlagen und die Sicherheit von Personen. Daher müssen Sensoren, die in entflammbaren und explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt werden, eindeutig explosionsgeschützt sein. Die Dichtungsabdeckung dieser Sensoren muss neben der Dichtheit auch die Druckfestigkeit sowie die Feuchtigkeits-, Wasser- und Explosionsbeständigkeit des Kabelausgangs berücksichtigen.

Zweitens ist die Auswahl der Gesamtanzahl der Sensoren und des Messbereichs entscheidend: Die Anzahl der Sensoren hängt vom Hauptzweck der Mehrkopfwaage und der Höhe der Auflagepunkte des Waagenkörpers ab (die Anzahl der Auflagepunkte muss sich nach dem Schwerpunkt der überlappenden Waagenkörpergeometrie und dem jeweiligen Schwerpunkt richten). Im Allgemeinen werden an einigen Waagenpositionen mehrere Sensoren verwendet, während spezielle Waagen wie elektronische Hakenwaagen nur einen Sensor benötigen. Bei elektromechanischen Fusionswaagen muss die Anzahl der Sensoren an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Die Auswahl des Messbereichs der Sensoren kann anhand von Faktoren wie der Größe der Waage, der Anzahl der Sensoren, dem Eigengewicht der Waage sowie dem Gewicht und der Last der Räder erfolgen.

Generell gilt: Je näher der Messbereich des Sensors an der zu wiegenden Last liegt, desto höher ist die Wiegegenauigkeit. In bestimmten Anwendungen spielen jedoch neben den zu wiegenden Objekten auch das Gewicht der Waage selbst, das Taragewicht, das Radgewicht und Vibrationsstöße eine Rolle. Daher müssen bei der Wahl des Messbereichs zahlreiche Faktoren berücksichtigt werden, um die Sicherheit und Langlebigkeit des Sensors zu gewährleisten.

Die Berechnungsmethode für den Messbereich des Sensors wurde nach zahlreichen Versuchen unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren, die das Waagengehäuse gefährden, präzisiert. Die Formel lautet: C = K₀K₁K₂K₃(Wmax + W)/N. Dabei ist C der Nennmessbereich des einzelnen Sensors, W das Gewicht der Waage selbst, Wmax das maximale Nettogewicht des Messobjekts, N die Anzahl der von der Waage verwendeten Auflagepunkte, K₀ der kommerzielle Sicherheitsfaktor (üblicherweise 1,2–1,3), K₁ der Stoßfaktor, K₂ der Faktor für die Abweichung des Waagenschwerpunkts und K₃ der Luftdruckfaktor.

Beispiel: Bei einer elektronischen Bodenwaage mit einer maximalen Wiegekapazität von 30 t und einem Eigengewicht von 1,9 t werden vier Sensoren ausgewählt. Je nach Situation werden folgende Parameter berücksichtigt: der kommerzielle Versicherungsindex K-0 = 1,25, der Stoßindex K-1 = 1,18 und der Schwerpunkt. Der Punktabweichungsindex K-2 = 1,03 und der Luftdruckindex K-3 = 1,02 werden ebenfalls gewählt. Lösung: Die Berechnung des Messbereichs der Sensoren erfolgt nach folgender Methode: c = K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N. c = 1,25 × 1,18 × 1,03 × 1,02 × (30 + 1,9)/4 = 12,36 t. Daher beträgt der Messbereich des Sensors 15t (die Belastbarkeit des Sensors beträgt im Allgemeinen nur 10T, 15T, 20t, 25t, 30t, 40t, 50t usw., es sei denn, es handelt sich um eine individuelle Anpassung).

Erfahrungsgemäß liegt der Betriebsbereich von Waagen üblicherweise zwischen 30 % und 70 % ihres Messbereichs. Bei Waagen mit größerem Einfluss auf den gesamten Anwendungsprozess, wie z. B. dynamischen Bahnwaagen, dynamischen elektronischen Fahrzeugwaagen oder Edelstahlplattenwaagen, wird der Messbereich durch den Einsatz eines Sensors erweitert, sodass der Sensor innerhalb von 20 % bis 30 % seines Messbereichs arbeitet. Dabei sind die jeweiligen Anwendungsbereiche der Sensoren zu berücksichtigen. Entscheidend für die Auswahl des Sensortyps sind die Art des Gewichts und die räumlichen Gegebenheiten, um eine zuverlässige Gewichtsmessung zu gewährleisten. Zusätzlich sind die Empfehlungen des Herstellers zu beachten. Hersteller legen den Anwendungsbereich eines Sensors in der Regel anhand seiner Belastbarkeit, Leistungsparameter, Installationsmethode, Bauform, des verwendeten Polyurethan-Elastomers und weiterer Eigenschaften fest. Balkensensoren eignen sich für Sensoren mit Stahlketten, wie z. B. Materialwaagen, elektronische Bandwaagen und Siebwaagen.

Letztendlich muss die gewünschte Genauigkeit des Sensors ausgewählt werden. Die Genauigkeit umfasst die Nichtlinearität, Spannungsrelaxation, Spannungsrelaxationskorrektur, Verzögerung, Wiederholgenauigkeit, Empfindlichkeit und weitere Leistungsindikatoren des Sensors. Bei der Auswahl eines Sensors müssen neben den Genauigkeitsanforderungen der elektronischen Kennzeichnung auch die Kosten berücksichtigt werden.

Bei der Auswahl der Sensorpegel müssen folgende zwei Kriterien berücksichtigt werden: 1. Die Vorgaben des Instrumentenpanels sind zu beachten. Die Wiegeanzeige zeigt das Wiegeergebnis an, nachdem das Ausgangssignal der Mehrkopfwaage ansteigt und die A/D-Wandlung abgeschlossen ist. Daher muss das Ausgangssignal der Mehrkopfwaage größer sein als die vom Instrumentenpanel vorgegebene Eingangsgröße. Die Ausgangsempfindlichkeit der Mehrkopfwaage wird in die Anpassungsformel zwischen Sensor und Instrumentenpanel einbezogen, und das Berechnungsergebnis muss größer sein als die vom Instrumentenpanel vorgegebene Eingangsempfindlichkeit.

Die passende Formel für Mehrkopfwaage und Bedienfeld: Ausgangsempfindlichkeit des Gewichtsmessgeräts * Versorgungsspannung * Waagengröße, Messbereich des Gewichtsmessgeräts * Anzahl der Sensoren * Messbereich des Sensors. Beispiel: Für eine Verpackungsmaschine mit einem Gewicht von 25 kg und eine Waage mit großem Messbereich (1000 mV/V) werden 3 Sensoren vom Typ L-BE-25 mit einem Messbereich von 25 kg und einer Empfindlichkeit von 2,0 ± 0,008 mV/V ausgewählt. Das Bedienfeld AD4325 ist für Waagen mit Steinbogenbrücke und einer Betriebsspannung von 12 V geeignet. Es wird geprüft, ob die ausgewählten Sensoren mit dem Bedienfeld kompatibel sein sollen.

Lösung: Die Eingangsempfindlichkeit des AD4325-Bedienfelds beträgt 0,6 μV/d. Gemäß der Anpassungsformel zwischen Mehrkopfwaage und Bedienfeld ergibt sich für das spezifische Eingangsdatensignal des Bedienfelds ein Wert von 2 × 12 × 25 / 1000 × 3 × 25 = 8 μV/d > 0,6 μV/d. Daher kann die Auswahl der Mehrkopfwaage die Regelung der Eingangsempfindlichkeit des Bedienfelds berücksichtigen und mit der Auswahl des Bedienfelds kombiniert werden. 2. Beachten Sie die Vorschriften zur Genauigkeit elektronischer Datenträger.

Eine elektronische Darstellung besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: Waage, Sensor und Bedienfeld. Bei der Wahl der Genauigkeit der Mehrkopfwaage ist die tatsächliche Genauigkeit etwas höher als der theoretisch berechnete Wert. Die theoretische Genauigkeit ist in der Regel durch objektive Faktoren begrenzt, wie z. B. die geringe Druckfestigkeit der Waage, die hohe Qualität des Bedienfelds oder die extremen Umgebungsbedingungen im Büro.

Autor: Smartweigh– Hersteller von Mehrkopf-Gewichten

Autor: Smartweigh– Lineare Gewichtung

Autor: Smartweigh– Lineare Waagen-Verpackungsmaschine

Autor: Smartweigh– Mehrkopf-Wiege- und Verpackungsmaschine

Autor: Smartweigh– Tray Denester

Autor: Smartweigh– Klappverpackungsmaschine

Autor: Smartweigh– Kombinationsgewicht

Autor: Smartweigh– Doypack-Verpackungsmaschine

Autor: Smartweigh– Fertigbeutel-Verpackungsmaschine

Autor: Smartweigh– Rotationsverpackungsmaschine

Autor: Smartweigh– Vertikale Verpackungsmaschine

Autor: Smartweigh– VFFS-Verpackungsmaschine