멀티헤드 계량기를 합리적으로 선택하는 방법

저자: 스마트웨이그 멀티헤드 웨이터

다헤드 계량기의 핵심 부품은 힘을 전기 신호로 변환하는 전력-전기 변환 장치입니다. 힘-전기 변환을 수행하는 센서에는 저항-변형력 방식, 자기장-변형력 방식, 정전 용량 방식 등 여러 종류가 있습니다. 자기장-변형력 방식은 전자 분석 저울에 주로 사용되고, 정전 용량 방식 센서는 다헤드 계량기의 구성 요소이며, 저항-변형력 방식은 대부분의 계량기 제품에 널리 사용됩니다.

저항 변형률 다중 헤드 계량기는 구조가 간단하고 정밀도가 높으며 사용 범위가 넓어 비교적 열악한 자연 환경에서도 적용할 수 있습니다. 따라서 다중 헤드 계량기 중에서 저항 변형률 다중 헤드 계량기가 선택되었습니다. 저항 변형률 다중 헤드 계량기는 주로 폴리우레탄 엘라스토머, 저항 변형률 게이지 및 보상 전원 회로로 구성됩니다.

폴리우레탄 엘라스토머는 고품질 탄소강 및 고품질 알루미늄 합금 프로파일로 제작된 멀티헤드 계량기의 응력 집중 부위입니다. 저항 스트레인 게이지는 격자형으로 에칭된 금속 재질 포일로 만들어졌으며, 4개의 저항 스트레인 게이지가 브리지 구조 방식으로 폴리우레탄 엘라스토머에 접착됩니다. 전원이 차단된 경우, 브리지 회로의 4개 저항값이 동일하여 브리지 회로가 평형 상태를 유지하고 출력은 0이 됩니다.

폴리우레탄 엘라스토머가 힘에 의해 변형되면 저항 스트레인 게이지도 변형됩니다. 폴리우레탄 엘라스토머에 힘이 가해지고 굽힘이 발생하는 전체 과정에서 두 개의 저항 스트레인 게이지는 늘어나고, 철선이 늘어나면서 저항값이 증가합니다. 반대로 다른 두 개의 게이지는 힘이 가해지면서 저항값이 감소합니다. 이러한 방식으로 원래 평형 상태였던 브리지 회로가 불균형 상태가 되어 브리지 회로 양쪽에 동작 전압 차이가 발생합니다. 이 동작 전압 차이는 폴리우레탄 엘라스토머에 가해지는 힘의 크기와 관련이 있습니다. 동작 전압 차이를 측정하여 센서에 가해지는 힘의 크기를 구하고, 계기판에서 데이터 신호를 확인 및 계산합니다. 다양한 멀티헤드 계량기의 구조 설정을 효율적으로 활용하기 위해 멀티헤드 계량기는 다양한 구조로 구성되며, 센서의 명칭 또한 일반적으로 외형 디자인에 따라 명명됩니다.

예를 들어, 적층형 체인 센서(중요 전자식 차량 저울), 캔틸레버 빔형(지면 저울, 창고 저울, 전자식 차량 저울), 컬럼형(전자식 차량 저울, 창고 저울), 차량형(저울), S형(창고 저울) 등 다양한 구조 형태의 센서가 멀티헤드 계량기에 사용될 수 있습니다. 센서를 적절히 선택하면 멀티헤드 계량기의 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

저항식 멀티헤드 계량기는 수백 그램에서 수백 톤에 이르기까지 다양한 사양과 모델이 있습니다. 멀티헤드 계량기의 측정 범위를 선택할 때는 일반적으로 사용하는 멀티헤드 계량기의 크기를 고려해야 합니다. 일반적인 기준은 다음과 같습니다. 총 센서 부하(개별 센서의 최대 허용 부하 x 센서 개수) = 멀티헤드 계량기 최대 중량의 1/2~2/3.

멀티헤드 계량기의 정확도는 a, b, c, d의 네 가지 등급으로 나뉩니다. 등급별로 오차 범위가 다릅니다. A급 센서는 최대 오차 범위가 명시되어 있습니다.

등급 뒤의 숫자는 계측 검증값을 나타내며, 숫자가 클수록 센서의 품질이 우수합니다. 예를 들어, C2는 C 등급에 2000개의 계측 검증값을, C5는 C 등급에 5000개의 계측 검증값을 의미합니다. 당연히 C5가 C2보다 품질이 높습니다.

일반적인 센서 등급은 C3와 C5이며, 이 두 등급의 센서를 사용하여 정확도 등급 III의 멀티헤드 계량기를 제작할 수 있습니다. 멀티헤드 계량기의 오차는 주로 개별 시스템 오차, 지연 오차, 반복 오차, 응력 완화, 영점 온도 오차, 정격 출력 온도 오차 등으로 인해 발생합니다. 최근 등장한 디지털 센서는 A/D 변환 전원 공급 회로와 CPU 전원 공급 회로를 센서 내부에 내장하고 있습니다. 센서 출력은 아날로그 동작 전압 데이터 신호가 아니라, 계산된 순중량 아날로그 신호이며, 다음과 같은 장점이 있습니다. 1. 계측기에서 각 디지털 센서의 데이터 신호를 개별적으로 수집하고 선형 방정식을 이용하여 계산할 수 있으며, 각 센서를 독립적으로 교정할 수 있어 4개 지점의 오차를 한 번에 조정할 가능성이 매우 높습니다.

디지털 및 아날로그 센서를 사용하는 멀티헤드 계량기에서 가장 큰 문제점은 4각 오차 조정입니다. 이는 일반적으로 여러 번의 교정을 거쳐야 하며, 무거운 표준 추를 이동할 때마다 조정해야 하므로 시간과 노동력이 많이 소요됩니다. 2. 계기판에서 모든 센서의 데이터 신호를 감지할 수 있어 모든 센서의 문제를 계기판에서 확인할 수 있으므로 유지 보수가 편리합니다. 3. 디지털 센서는 485 인터페이스를 통해 아날로그 신호를 전송하며, 전송 거리가 멀어도 신호 손실이 없습니다.

펄스 신호 전송의 어렵고 민감한 문제를 해결합니다. 4. 디지털 센서 내부의 마이크로컨트롤러를 통해 센서의 다양한 오차를 조정할 수 있으므로 출력되는 센서 데이터 정보가 더욱 정확해집니다. 멀티헤드 계량기의 마이크로컨트롤러는 멀티헤드 계량기의 중추신경계라고 할 수 있으며, 그 특성은 멀티헤드 계량기의 정확성과 신뢰성을 크게 좌우합니다.

멀티헤드 계량기를 설계할 때 센서 사용 방법에 대한 질문이 자주 제기됩니다. 멀티헤드 계량기는 실제로 고품질 데이터 신호를 정확하게 측정할 수 있는 전자 신호 출력으로 변환하는 장치입니다. 센서를 사용할 때 가장 먼저 고려해야 할 사항은 센서가 설치될 특정 사무 환경입니다.

이는 센서의 적절한 사용에 특히 중요하며, 센서의 정상적인 작동 여부 및 기타 안전과 수명, 나아가 모든 계량기계의 신뢰성과 안전 계수와도 관련이 있습니다. 자연환경이 센서에 미치는 손상은 다음과 같은 측면이 있습니다. (1) 고온의 자연환경은 센서의 코팅재를 녹이고, 스폿 용접을 유발하며, 폴리우레탄 엘라스토머의 열응력으로 인해 구조적 변화를 일으킵니다. 고온의 자연환경에서 작동하는 센서는 일반적으로 내열 센서를 선택하며, 단열, 수냉, 공랭 등의 장비를 추가해야 합니다.

(2) 연기와 습기로 인한 센서 단락 고장의 위험. 여기의 자연 환경에서는 기밀성이 매우 높은 센서를 사용해야 합니다. 센서마다 밀봉 방법이 다르고 밀봉 성능도 매우 다릅니다.

일반적인 밀봉 방법에는 실런트 주입 및 고무 시트 코팅용 기계 장비, 전기 용접(아크 용접기, 전자빔 용접 등)을 이용한 밀봉, 그리고 진공 포장을 위한 질소 충전 밀봉이 있습니다. 실제 밀봉 효과를 보면 전기 용접 밀봉이 가장 우수하며, 실런트 주입 및 밀봉 방식은 효과가 떨어집니다. 센서가 깨끗하고 건조한 실내 환경에서 작동하는 경우 접착식 밀봉 방식을 선택할 수 있습니다. 습도가 높고 연기가 많은 환경에서 작동하는 센서의 경우 펄스 충격 흡수 열 밀봉 또는 펄스 충격 흡수 용접 밀봉, 그리고 진공 포장 질소 충전 센서를 반드시 선택해야 합니다.

(3) 습도, 저온, 산성 및 알칼리성 등 부식성이 높은 자연 환경에서는 폴리우레탄 엘라스토머가 손상되고 단락 고장 등의 위험이 발생할 수 있으므로, 외층은 내식성과 밀봉 성능이 우수한 정전기 스프레이 또는 스테인리스강판으로 코팅해야 합니다. (4) 센서 출력에 자기장이 영향을 미쳐 데이터 신호가 불규칙해질 수 있습니다. 이 경우, 솔루션 센서의 차폐 특성을 엄격하게 점검하여 우수한 전자기 차폐성을 확보해야 합니다.

(5) 가연성, 인화성 및 폭발성은 센서에 심각한 위험을 초래할 뿐만 아니라 다른 기계 장비 및 인명 안전에도 큰 위협을 가합니다. 따라서 가연성, 인화성 및 폭발성 환경에서 작동하는 센서는 방폭형의 특성을 명확히 규정해야 합니다. 즉, 가연성, 인화성 및 폭발성 환경에서는 방폭형 센서를 사용해야 합니다. 이러한 센서의 밀봉 커버는 밀폐성뿐만 아니라 방폭형의 압축 강도와 케이블 출력부의 방습, 방수 및 방폭형을 충분히 고려해야 합니다.

둘째, 센서의 총 개수와 측정 범위 선택: 센서의 총 개수는 다중 헤드 계량기의 주요 용도, 계량기 본체 지지점의 위치(지지점의 개수는 계량기 본체 형상의 무게중심과 비중중심의 기준점을 바탕으로 결정해야 함)에 따라 결정됩니다. 일반적으로 계량기의 일부 지지점에는 여러 개의 센서가 사용되지만, 전자식 후크 계량기와 같은 특수한 계량기는 센서를 하나만 사용하기도 하고, 전기기계식 융합 계량기는 특정 상황에 따라 센서 개수를 명확히 결정해야 합니다. 센서의 측정 범위는 계량기의 크기, 센서 개수, 계량기 자체의 무게, 그리고 발생할 수 있는 큰 바퀴 하중 및 기타 요인들을 고려하여 결정할 수 있습니다.

일반적으로 센서의 측정 범위가 센서가 측정하는 부하에 가까울수록 계량 정확도가 높아집니다. 그러나 특정 적용 분야에서는 측정 대상 물체 외에도 저울 자체의 무게, 용기 무게, 바퀴 무게, 진동 충격 등 여러 요인이 고려되어야 합니다. 따라서 센서의 측정 범위를 선택할 때는 센서의 안전성과 수명을 확보하기 위해 다양한 요소를 종합적으로 고려해야 합니다.

센서의 측정 범위 계산 방법은 저울 본체에 위험을 초래할 수 있는 다양한 요소를 고려한 여러 차례의 실험 끝에 명확히 밝혀졌습니다. 계산 공식은 다음과 같습니다. C=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N. 여기서 C는 개별 센서의 정격 측정 범위, W는 저울 자체의 무게, Wmax는 측정 대상 물체의 최대 순중량, N은 저울이 선택하는 지지점의 총 개수, K-0은 상업용 보험 지수(일반적으로 1.2~1.3), K-1은 중간 충격 지수, K-2는 저울 무게중심 편차 지수, K-3은 기압 지수입니다.

예를 들어, 30톤 전자식 바닥 저울의 경우 최대 측정 중량은 30톤이고, 저울 자체의 무게는 1.9톤이며, 4개의 센서가 선택되었다고 가정해 보겠습니다. 이때, 구체적인 상황에 따라 상업 보험 지수 K-0=1.25, 충격 지수 K-1=1.18, 무게중심 편차 지수 K-2=1.03, 기압 지수 K-3=1.02를 선택합니다. 풀이: 센서 측정 범위 계산 방법에 따라 c=K-0K-1K-2K-3(Wmax+W)/N으로 계산하면, c=1.25×1.18×1.03×1.02×(30+1.9)/4=12.36톤이 됩니다. 따라서 센서의 측정 범위는 15톤입니다(센서의 하중 용량은 일반적으로 10톤, 15톤, 20톤, 25톤, 30톤, 40톤, 50톤 등이며, 특별 맞춤 제작의 경우는 예외입니다).

실무 경험에 따르면, 계량기의 작동 범위는 일반적으로 30%~70% 정도이지만, 동적 트랙 밸런스, 동적 전자식 차량 밸런스, 스테인리스강판 저울 등과 같이 전체 적용 과정에서 큰 영향을 받는 계량기의 경우 센서를 사용할 때 측정 범위를 확장하는 것이 일반적입니다. 이렇게 하면 센서가 측정 범위의 20%~30% 내에서 작동하게 됩니다. 또한, 다양한 센서의 적용 분야를 고려해야 합니다. 센서 형태 선택의 핵심은 계량기의 종류와 설치 공간의 환경 설정입니다. 적절한 설정을 통해 계량기의 신뢰성을 확보해야 하며, 제조사의 권장 사항도 고려해야 합니다. 제조사는 일반적으로 센서의 내구성, 성능 매개변수, 설치 방법, 구조 형태, 폴리우레탄 엘라스토머 재질 등의 특성을 고려하여 센서의 적용 분야를 권장합니다. 빔 센서는 자재 저울, 전자식 벨트 저울, 선별 저울과 같은 강철 적재 및 하강 체인 센서에 적합합니다.

궁극적으로 센서의 정확도 수준을 선택해야 합니다. 센서의 정확도 수준에는 센서의 비선형성, 응력 완화, 응력 완화 복구, 지연, 반복성, 감도 및 기타 성능 지표가 포함됩니다. 센서를 사용할 때는 전자 규격의 정확도 규정뿐만 아니라 비용도 고려해야 합니다.

센서 레벨 선정 시 다음 두 가지 기준을 고려해야 합니다. 1. 계기판 입력 사양을 고려해야 합니다. 계량 지시계는 멀티헤드 계량기의 출력 데이터 신호가 충분히 커지고 A/D 변환이 완료된 후에 계량 결과를 표시합니다. 따라서 멀티헤드 계량기의 출력 데이터 신호는 계기판에서 지정한 입력 조건 크기보다 커야 합니다. 멀티헤드 계량기의 출력 감도는 센서와 계기판 간의 매칭 공식에 반영되며, 계산 결과는 계기판에서 지정한 입력 감도보다 커야 합니다.

멀티헤드 계량기와 계기판의 매칭 공식은 다음과 같습니다. 계량기의 출력 감도 * 권장 전원 전압 * 계량기의 크기, 계량기의 근시도 * 센서 개수 * 센서의 측정 범위. 예를 들어, 25kg 계량 용량의 정량 포장기와 1000mV/V의 높은 근시도를 가진 계량기의 경우, 측정 범위 25kg, 감도 2.0±0.008mV/V인 L-BE-25 센서 3개와 12V의 작동 전압을 사용하는 계량기용 AD4325 계기판을 선택할 수 있습니다. 선택한 센서가 계기판과 호환되는지 여부를 확인하십시오.

해결책: AD4325 계기판의 입력 감도는 0.6μV/d이므로, 멀티헤드 계량기와 계기판 간의 매칭 공식에 따라 계기판의 구체적인 입력 데이터 신호는 2×12×25/1000×3×25=8μV/d > 0.6μV/d입니다. 따라서 선택된 멀티헤드 계량기는 계기판의 입력 감도 규정을 고려할 수 있으며, 이는 계기판 선택과 함께 고려될 수 있습니다. 2. 전자 제목의 정확도 규정을 고려하십시오.

전자식 계량기는 주로 저울, 센서, 계기판의 세 부분으로 구성됩니다. 다헤드 계량기의 정확도를 선택할 때는 기본 이론에서 계산한 값보다 약간 높은 정확도를 고려하는 것이 좋습니다. 기본 이론은 일반적으로 저울의 압축 강도가 다소 약하거나, 계기판의 성능이 매우 우수하거나, 계량기가 설치된 사무실 환경이 극한적이거나 하는 객관적인 요인에 의해 제한됩니다.

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