Comment choisir une balance multi-têtes de manière raisonnable

Auteur : Smartweigh– Peseuse multi-têtes

La balance multi-têtes est un dispositif de conversion de puissance en électricité qui transforme la force en signaux électroniques et constitue le composant principal d'une balance multi-têtes. Différents types de capteurs permettent cette conversion, notamment les capteurs de force à résistance, à champ magnétique et capacitifs. Les capteurs à champ magnétique sont principalement utilisés dans les balances analytiques électroniques, les capteurs capacitifs font partie intégrante des balances multi-têtes, et les capteurs de force à résistance sont couramment employés dans la plupart des appareils de pesage.

La balance multi-têtes à résistance et déformation est de conception simple, de haute précision et d'une grande polyvalence, même dans des environnements difficiles. Elle est ainsi intégrée à la gamme des balances multi-têtes. Elle est principalement composée d'élastomère de polyuréthane, de jauges de contrainte à résistance et d'un circuit de compensation d'alimentation.

L'élastomère de polyuréthane, élément soumis à des contraintes dans la balance multi-têtes, est fabriqué à partir de profilés en acier au carbone et en alliage d'aluminium de haute qualité. Les jauges de contrainte résistives sont constituées d'une feuille métallique gravée en grille. Quatre jauges sont collées à l'élastomère de polyuréthane par la méthode du pont de Wheatstone. En cas de coupure de courant, les quatre résistances du pont ont la même valeur, le circuit est équilibré et la sortie est nulle.

Lorsqu'un élastomère de polyuréthane est déformé par une force, la jauge de contrainte résistive se déforme également. Durant ce processus, deux jauges de contrainte s'étirent, le fil de fer s'allonge et leur résistance augmente, tandis que les deux autres, soumises à une force, voient leur résistance diminuer. Le circuit en pont, initialement équilibré, se déséquilibre alors, créant une différence de potentiel de fonctionnement entre ses deux bornes. Cette différence de potentiel est liée à l'intensité de la force appliquée à l'élastomère. La mesure de cette différence de potentiel permet de déterminer l'intensité de la force exercée par le capteur. Une fois le signal de données vérifié et traité par le tableau de bord, afin d'optimiser l'utilisation des différents types de peseuses multi-têtes, ces dernières sont composées de structures variées, et le nom du capteur est généralement déterminé par sa conception.

Par exemple, capteur à chaîne d'empilage (balance électronique pour chariots), capteur à poutre en porte-à-faux (balance au sol, balance d'entrepôt, balance électronique pour chariots), capteur à colonne (balance électronique pour chariots, balance d'entrepôt), capteur à chariot (balance), capteur en S (balance d'entrepôt), etc. Un système de pesage multi-têtes peut souvent intégrer des capteurs de différentes structures. Un capteur bien choisi contribue à améliorer les performances du système de pesage multi-têtes.

Il existe de nombreux modèles et spécifications de peseuses multi-têtes à résistance, dont la capacité de mesure varie de quelques centaines de grammes à plusieurs centaines de tonnes. Le choix de la plage de mesure d'une peseuse multi-têtes doit être déterminé en fonction de ses dimensions. En règle générale, la charge totale des capteurs (charge maximale admissible de chaque capteur x nombre de capteurs) doit être égale à 1/2 à 2/3 du poids maximal supporté par la peseuse.

Le niveau de précision de la peseuse multi-têtes est divisé en quatre niveaux : a, b, c et d. Les différentes classes ont des marges d’erreur différentes. Les capteurs de classe A sont spécifiés au maximum.

Le nombre qui suit la note représente la valeur de vérification métrologique ; plus cette valeur est élevée, meilleure est la qualité du capteur. Par exemple, C2 correspond à la note C, soit 2 000 valeurs de vérification métrologique, et C5 à la note C, soit 5 000 valeurs de vérification métrologique. De toute évidence, C5 est supérieur à C2.

Les capteurs les plus courants sont de classe C3 et C5. Ces deux classes permettent de réaliser des peseuses multi-têtes de précision III. L'erreur d'une peseuse multi-têtes est principalement due à l'erreur du système discret, à l'erreur de latence, à l'erreur de répétabilité, à la relaxation des contraintes, à l'erreur supplémentaire liée à la température du zéro et à l'erreur supplémentaire liée à la température de sortie nominale. Les capteurs numériques apparus ces dernières années intègrent le circuit d'alimentation de conversion analogique-numérique et le circuit d'alimentation du processeur. Leur sortie n'est pas un signal de tension de fonctionnement analogique, mais un signal analogique de poids net, obtenu par le calcul d'une équation linéaire. Cette approche présente les avantages suivants : 1. Tableau de bord : Les signaux de chaque capteur numérique peuvent être collectés séparément, calculés selon une équation linéaire et chaque capteur peut être étalonné indépendamment. Il est ainsi possible de corriger simultanément l'erreur sur les quatre points de pesage.

Le principal problème des balances multi-têtes utilisant des capteurs numériques et analogiques réside dans le réglage de l'erreur aux quatre points cardinaux. Ce réglage nécessite généralement plusieurs étalonnages, impliquant le déplacement d'une masse étalon importante à chaque fois, ce qui est long et fastidieux. 2. Grâce à la visualisation des signaux de tous les capteurs depuis le tableau de bord, les problèmes de chaque capteur sont clairement indiqués, facilitant ainsi la maintenance. 3. Le capteur numérique transmet le signal analogique via l'interface 485, assurant une transmission stable sur de longues distances.

Éliminez les problèmes complexes et sensibles de la transmission des signaux d'impulsion. 4. Les différentes erreurs du capteur peuvent être corrigées grâce au microcontrôleur intégré, ce qui permet d'obtenir des données de sortie plus précises. Le système de pesage multi-têtes, véritable système nerveux central, détermine en grande partie la précision et la fiabilité de ce dernier.

Lors de la conception d'une balance multi-têtes, la question de l'utilisation des capteurs se pose fréquemment. Une balance multi-têtes est un appareil qui convertit un signal de données de qualité en un signal électronique de sortie mesurable avec précision. Le premier élément à prendre en compte lors de l'utilisation d'un capteur est l'environnement spécifique du bureau dans lequel il est installé.

Ceci est particulièrement important pour le bon fonctionnement des capteurs et influe directement sur leur sécurité, leur durée de vie, voire la fiabilité et la sécurité de toutes les machines de pesage. Les dommages causés par l'environnement naturel aux capteurs présentent les caractéristiques suivantes : (1) Les températures élevées peuvent entraîner la fusion du revêtement, des défauts de soudure et des modifications structurelles dues aux contraintes thermiques de l'élastomère de polyuréthane. Les capteurs fonctionnant dans des environnements à haute température sont généralement des capteurs résistants à la chaleur et nécessitent l'ajout d'une isolation thermique, d'un système de refroidissement par eau ou par air, et d'autres équipements.

(2) Risques de court-circuit des capteurs dus à la fumée et à l'humidité. Dans cet environnement naturel, un capteur parfaitement étanche est recommandé. Les méthodes d'étanchéité varient considérablement d'un capteur à l'autre, et leurs performances sont très variables.

Le scellage général comprend le remplissage avec un mastic et l'application d'un revêtement en caoutchouc par des équipements mécaniques, le soudage électrique (machine à souder à l'arc, soudage par faisceau d'électrons, etc.) et le remplissage à l'azote pour le conditionnement sous vide. En pratique, le soudage électrique offre la meilleure étanchéité, tandis que le dosage du mastic et du scellage est insuffisant. Pour un capteur fonctionnant dans un environnement naturel propre et sec, comme une pièce, un scellage adhésif est recommandé. En revanche, pour un capteur fonctionnant dans un environnement naturel humide et enfumé, il est impératif d'opter pour un scellage thermique ou par soudage avec absorbeur de chocs pulsés, suivi d'un conditionnement sous vide et d'un remplissage à l'azote.

(3) Dans un environnement naturel fortement corrosif, tel que l'humidité, le froid, les acides et les bases, susceptibles d'endommager l'élastomère de polyuréthane et de provoquer des courts-circuits ou d'autres défaillances du capteur, il convient de choisir une couche extérieure revêtue d'une peinture électrostatique ou d'une plaque en acier inoxydable, offrant une bonne résistance à la corrosion et une étanchéité optimale. (4) Les perturbations du champ magnétique peuvent engendrer des signaux de données chaotiques en sortie du capteur. Dans ce cas, les propriétés de blindage du capteur doivent être rigoureusement vérifiées afin de garantir une excellente immunité électromagnétique.

(5) L'inflammabilité, l'inflammation et les risques d'explosion présentent non seulement des risques importants pour les capteurs, mais constituent également une menace sérieuse pour les autres équipements mécaniques et la sécurité des personnes. Par conséquent, les capteurs fonctionnant en milieux inflammables, inflammables et explosifs doivent impérativement être de type antidéflagrant : seuls des capteurs antidéflagrants sont autorisés dans ces environnements. Le couvercle d'étanchéité de ce type de capteur doit non seulement garantir son étanchéité, mais aussi sa résistance à la compression, et la sortie du câble doit être étanche à l'humidité et à l'eau, et également antidéflagrante.

Deuxièmement, le choix du nombre total de capteurs et de la plage de mesure : le nombre de capteurs dépend de la fonction principale de la balance multi-têtes et du niveau des points d'appui du corps de la balance (le nombre de points d'appui doit être déterminé en fonction du centre de gravité de la géométrie du corps de la balance et du centre de gravité spécifique). Généralement, certains points d'appui de la balance utilisent plusieurs capteurs, mais certaines balances spécifiques, comme les balances à crochet électroniques, n'en utilisent qu'un seul, et certaines balances électromécaniques nécessitent un nombre de capteurs adapté à chaque situation. Le choix de la plage de mesure du capteur peut être évalué en fonction de facteurs tels que la taille de la balance, le nombre de capteurs, son propre poids et le poids et la charge potentiellement importants des roues.

De manière générale, plus la plage de mesure du capteur est proche de la charge à peser, plus la précision de la pesée est élevée. Cependant, dans certaines applications, outre le poids de l'objet, il faut également prendre en compte le poids de la balance elle-même, la tare, le poids des roues et les vibrations. Par conséquent, lors du choix d'un capteur, il est essentiel de considérer de nombreux facteurs afin de garantir sa sécurité et sa longévité.

La méthode de calcul de la plage de mesure du capteur a été clarifiée après de nombreuses expériences prenant en compte les différents éléments susceptibles d'endommager la balance. La formule de calcul est la suivante : C = K₀K₁K₂K₃(Wmax + W) / N. C : Plage de mesure nominale du capteur ; W : Poids de la balance ; Wmax : Poids net maximal de l'objet ; N : Nombre total de points d'appui de la balance ; K₀ : Indice d'assurance commerciale (généralement entre 1,2 et 1,3) ; K₁ : Indice de choc intermédiaire ; K₂ : Indice de décalage du centre de gravité de la balance ; K₃ : Indice de pression atmosphérique.

Par exemple, pour une balance électronique au sol de 30 t, la pesée maximale est de 30 t, le poids de la balance elle-même est de 1,9 t, 4 capteurs sont sélectionnés et, selon la situation, l'indice d'assurance commerciale K-0 = 1,25, l'indice d'impact K-1 = 1,18 et le centre de gravité sont sélectionnés. L'indice de déviation du point K-2 = 1,03, l'indice de pression atmosphérique K-3 = 1,02. Solution : Selon la méthode de calcul de la plage de mesure du capteur : 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. Par conséquent, la plage de mesure du capteur est de 15 t (la capacité de charge du capteur est généralement de 10 t, 15 t, 20 t, 25 t, 30 t, 40 t, 50 t, etc., sauf s'il s'agit d'une personnalisation unique).

D'après notre expérience, le fonctionnement d'une machine de pesage s'effectue généralement entre 30 % et 70 % de sa plage de mesure. Cependant, pour les machines ayant un impact plus important sur l'ensemble du processus d'application, telles que les balances dynamiques pour circuits, les balances électroniques dynamiques pour véhicules ou les balances à plaques en acier inoxydable, l'utilisation d'un capteur nécessite généralement d'étendre sa plage de mesure afin qu'il fonctionne entre 20 % et 30 % de sa plage de mesure. Il est également essentiel de prendre en compte les domaines d'application des différents capteurs. Le choix du capteur repose sur le type de pesage et l'aménagement de l'espace intérieur. Un réglage correct garantit la fiabilité du pesage. Par ailleurs, il convient de suivre les recommandations du fabricant. Ces derniers précisent généralement le domaine d'application du capteur en fonction de son endurance, de ses paramètres de performance, de sa méthode d'installation, de sa structure, du matériau (élastomère de polyuréthane, par exemple) et d'autres caractéristiques. Les capteurs à faisceau sont adaptés aux systèmes de pesage à chaîne, tels que les balances pour matériaux, les balances électroniques à bande et les balances de criblage.

En définitive, le niveau de précision du capteur doit être choisi. Ce niveau de précision englobe la non-linéarité du capteur, la relaxation des contraintes, la réparation de cette relaxation, le temps de réponse, la répétabilité, la sensibilité et d'autres indicateurs de performance. Lors du choix d'un capteur, il convient de prendre en compte non seulement les exigences de précision spécifiées dans la désignation électronique, mais aussi son coût.

Le choix des niveaux de capteur doit tenir compte des deux critères suivants : 1. Respecter les spécifications d'entrée du tableau de bord. L'indicateur de pesage affiche le résultat une fois que le signal de sortie de la balance multi-têtes est suffisamment élevé et que la conversion analogique-numérique est effectuée. Par conséquent, le signal de sortie de la balance multi-têtes doit être supérieur au seuil d'entrée spécifié par le tableau de bord. La sensibilité de sortie de la balance multi-têtes est intégrée à la formule d'adaptation entre le capteur et le tableau de bord, et le résultat du calcul doit être supérieur à la sensibilité d'entrée spécifiée par ce dernier.

Formule de compatibilité entre la balance multi-têtes et le tableau de bord : sensibilité de sortie du peson * tension d'alimentation * taille de la balance * précision du peson * nombre de capteurs * plage de mesure du capteur. Par exemple, pour une machine d'emballage quantitative d'une capacité de 25 kg et une balance avec une grande précision (1 000 unités de mesure), sélectionnez 3 capteurs L-BE-25 d'une plage de mesure de 25 kg et d'une sensibilité de 2,0 ± 0,008 mV/V, et le tableau de bord AD4325 pour balances fonctionnant sous une tension de 12 V. Demandez si le capteur sélectionné doit être associé au tableau de bord.

Solution : La sensibilité d’entrée du panneau de commande AD4325 est de 0,6 µV/j. Par conséquent, selon la formule d’adaptation entre la peseuse multi-têtes et le panneau de commande, le signal de données d’entrée spécifique du panneau de commande est de 2 × 12 × 25 / 1000 × 3 × 25 = 8 µV/j > 0,6 µV/j. Ainsi, la peseuse multi-têtes sélectionnée doit tenir compte de la sensibilité d’entrée du panneau de commande, ce qui peut être combiné avec le choix du panneau de commande. 2. Prendre en compte les réglementations relatives à la précision des titres électroniques.

Une représentation électronique se compose principalement de trois parties : la balance, le capteur et le panneau de commande. Lors du choix de la précision d'une balance multi-têtes, il est préférable d'opter pour une précision légèrement supérieure à la valeur théorique de base. Cette dernière est généralement limitée par des facteurs objectifs, tels que la résistance à la compression de la balance, les performances du panneau de commande, ou encore les conditions environnementales extrêmes du bureau où elle est utilisée.

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