Como escolher uma balança multicabeças de forma razoável

Autor: Smartweigh– Balança Multicabeças

A balança multicabeças é um dispositivo de conversão de energia em eletricidade que converte força em sinais eletrônicos, sendo o componente principal da balança multicabeças. Existem diversos tipos de sensores que realizam essa conversão de força em eletricidade, incluindo sensores resistivos, sensores de campo magnético e sensores capacitivos. Os sensores de campo magnético são importantes para balanças analíticas eletrônicas, os sensores capacitivos fazem parte da balança multicabeças e os sensores resistivos são comumente utilizados na maioria das balanças.

A balança multicabeças de resistência a deformação possui estrutura simples, alta precisão e ampla gama de aplicações, podendo ser utilizada em ambientes naturais relativamente desfavoráveis. Portanto, a balança multicabeças de resistência a deformação é obtida a partir da balança multicabeças. Ela é composta principalmente por elastômero de poliuretano, extensômetros de resistência e circuito de compensação de potência.

O elastômero de poliuretano é a parte tensionada da balança multicabeças, fabricado com perfis de aço carbono e liga de alumínio de alta qualidade. O extensômetro de resistência é feito de folha metálica com uma grade de dados gravada, e os quatro extensômetros são colados ao elastômero de poliuretano pelo método de ponte. Em caso de falta de energia, os 4 resistores do circuito em ponte têm o mesmo valor, o circuito está em equilíbrio e a saída é zero.

Quando o elastômero de poliuretano é deformado por uma força, o extensômetro resistivo também se deforma. Durante todo o processo de submissão do elastômero de poliuretano à força e flexão, dois extensômetros resistivos são esticados, o fio de ferro é esticado e o valor da resistência aumenta, enquanto os outros dois são submetidos à força e o valor da resistência diminui. Dessa forma, o circuito de ponte originalmente balanceado fica desbalanceado, havendo uma diferença de tensão de operação em ambos os lados do circuito. Essa diferença de tensão de operação está relacionada à magnitude da força aplicada ao elastômero de poliuretano. A diferença de tensão de operação permite obter a magnitude da força no sensor. Após a verificação e o cálculo da tensão de operação pelo painel de instrumentos, o sinal de dados é analisado e calculado para melhor aproveitamento das configurações de diversas estruturas de balanças multicabeçais. Essas balanças são compostas por diferentes formatos estruturais, e o nome do sensor geralmente também é atribuído de acordo com seu design.

Por exemplo, sensor de corrente de empilhamento (importante para balanças eletrônicas de automóveis), sensor tipo viga em balanço (balanço de solo, balança de armazém, balança eletrônica de automóveis), sensor tipo coluna (balanço eletrônico de automóveis, balança de armazém), sensor tipo carro (balança), sensor tipo S (balanças de armazém), etc. Uma balança multicabeçais pode frequentemente apresentar sensores em múltiplas formas estruturais. Se o sensor for selecionado corretamente, isso ajuda a melhorar as características da balança multicabeçais.

Existem muitas especificações e modelos de balanças multicabeçais de resistência, com capacidades que variam de algumas centenas de gramas a várias centenas de toneladas. Ao escolher a faixa de medição da balança multicabeçais, é fundamental considerar o tamanho do equipamento mais utilizado. Uma regra prática é a seguinte: carga total dos sensores (carga máxima permitida de cada sensor x número de sensores) = 1/2 a 2/3 da capacidade máxima da balança multicabeçais.

O nível de precisão da balança multicabeças é dividido em quatro níveis: a, b, c e d. Diferentes níveis possuem diferentes margens de erro. Os sensores de classe A são especificados como tendo precisão máxima.

O número após a classificação representa o valor de verificação metrológica; quanto maior o valor, melhor a qualidade do sensor. Por exemplo, C2 significa classificação C, com 2000 valores de verificação metrológica, enquanto C5 significa classificação C, com 5000 valores de verificação metrológica. Obviamente, C5 é superior a C2.

Os sensores de grau de precisão mais comuns são os de grau C3 e C5, e esses dois graus podem ser usados ​​para fabricar balanças multicabeçais com grau de precisão III. O erro em balanças multicabeçais é causado principalmente por erros discretos do sistema, erros de atraso, erros de repetibilidade, relaxamento de tensão, erros adicionais na temperatura do ponto zero e erros adicionais na temperatura de saída nominal. Os sensores digitais que surgiram nos últimos anos incorporam o circuito de alimentação para conversão A/D e o circuito de alimentação da CPU no próprio sensor. A saída do sensor não é um sinal analógico de tensão de trabalho, mas sim um sinal analógico de peso líquido, o que apresenta as seguintes vantagens: 1. Painel de instrumentos: Os sinais de dados de cada sensor digital podem ser coletados separadamente, calculados de acordo com a equação linear, e cada sensor pode ser calibrado independentemente, aumentando a possibilidade de ajuste do erro em todos os quatro pontos simultaneamente.

O maior problema em balanças multicabeçais que utilizam sensores digitais e analógicos é o ajuste de erro de quatro cantos, que geralmente requer múltiplas calibrações para especificar o erro, cada vez que um peso padrão pesado é movimentado, o que consome muito tempo e mão de obra. 2. Como o painel de instrumentos pode detectar os sinais de dados de todos os sensores, os problemas de todos eles podem ser visualizados no painel, o que facilita a manutenção. 3. O sensor digital transmite o sinal analógico através da interface 485, e a transmissão ocorre a longa distância sem interferências.

Elimine os problemas complexos e suscetíveis da transmissão de sinais de pulso. 4. Diversos erros do sensor podem ser ajustados pelo microcontrolador interno do sensor digital, tornando as informações de saída do sensor mais precisas. A balança multicabeças é considerada o sistema nervoso central da balança multicabeças, e suas características determinam em grande parte a precisão e a confiabilidade do equipamento.

Ao projetar uma balança multicabeças, surge frequentemente a questão de como utilizar os sensores. Uma balança multicabeças é, na verdade, um dispositivo que converte um sinal de dados de qualidade em um sinal eletrônico de saída que pode ser medido com precisão. O primeiro aspecto a ser considerado ao utilizar um sensor é o ambiente específico do escritório em que ele será instalado.

Isso é particularmente importante para o uso adequado dos sensores, estando relacionado ao seu funcionamento correto, segurança, vida útil e até mesmo à confiabilidade e ao fator de segurança de todas as balanças. Os danos causados ​​pelo ambiente natural ao sensor apresentam os seguintes aspectos: (1) O ambiente natural de alta temperatura causa o derretimento do revestimento do sensor, soldagem por pontos e alterações estruturais devido à tensão térmica do elastômero de poliuretano. Sensores que operam em ambientes com altas temperaturas geralmente são resistentes ao calor e devem incluir isolamento térmico, resfriamento a água, resfriamento a ar e outros equipamentos.

(2) Riscos de fumaça e umidade para falhas de curto-circuito dos sensores. No ambiente natural aqui, um sensor altamente hermético deve ser usado. Sensores diferentes têm métodos de vedação diferentes e o desempenho da vedação é muito diferente.

A vedação geral inclui o preenchimento com selante e equipamentos mecânicos para revestimento de folhas de borracha, soldagem elétrica (máquina de solda a arco, etc., soldagem por feixe de elétrons) para vedação e selagem com nitrogênio para embalagem a vácuo. Em termos de eficácia prática, a soldagem elétrica apresenta o melhor desempenho, enquanto a dosagem de preenchimento e vedação é inferior. Para sensores que operam em ambientes naturais limpos e secos, como salas, recomenda-se a utilização de sensores com vedação adesiva. Já para sensores que operam em ambientes naturais com alta umidade e fumaça, é imprescindível a utilização de sensores com selagem térmica por absorção de impacto ou soldagem por absorção de impacto, embalados a vácuo e preenchidos com nitrogênio.

(3) Em ambientes naturais com alta corrosão, como umidade, frio, ácidos e álcalis, que causam danos ao elastômero de poliuretano, curto-circuito e outros riscos ao sensor, a camada externa deve ser revestida com pintura eletrostática ou placa de aço inoxidável, que possui boa resistência à corrosão e boa vedação. (4) O campo magnético pode prejudicar o sinal de dados de saída do sensor. Nesse caso, a propriedade de blindagem do sensor deve ser rigorosamente verificada para garantir excelente imunidade eletromagnética.

(5) A inflamabilidade e a explosão não só representam riscos graves para os sensores, como também ameaçam outros equipamentos mecânicos e a segurança da vida. Portanto, os sensores que operam em ambientes naturais inflamáveis ​​e explosivos devem ser claramente projetados com características à prova de explosão: sensores à prova de explosão devem ser utilizados nesses ambientes. A vedação desse tipo de sensor deve considerar não apenas a estanqueidade, mas também a resistência à compressão, a resistência à umidade, a água e a explosão da saída do cabo.

Em segundo lugar, a seleção do número total de sensores e da faixa de medição: a seleção do número total de sensores depende da finalidade principal da balança multicabeças, do nível dos pontos de apoio do corpo da balança (o número de pontos de apoio deve ser baseado no centro de gravidade da geometria sobreposta do corpo da balança e no ponto de referência do centro de gravidade específico). De modo geral, alguns fulcros da balança utilizam vários sensores, mas balanças especiais, como balanças eletrônicas de gancho, utilizam apenas um sensor, e algumas balanças eletromecânicas de fusão devem utilizar um número específico de sensores de acordo com a situação específica. A seleção da faixa de medição do sensor pode ser avaliada de acordo com fatores como o tamanho da balança, o número de sensores, o peso da própria balança e o possível peso e carga das rodas.

De modo geral, quanto mais próxima a faixa de medição do sensor estiver da carga de cada sensor, maior será a precisão da pesagem. No entanto, em aplicações específicas, além do peso dos objetos, também existem fatores a serem considerados, como o peso da própria balança, a tara, o peso das rodas e o impacto da vibração. Portanto, ao utilizar um sensor, diversos fatores devem ser levados em conta para garantir a segurança e a vida útil do sensor.

O método de cálculo da faixa de medição do sensor foi esclarecido após diversos experimentos, levando em consideração os vários elementos que representam risco para a balança. A fórmula de cálculo é a seguinte: C = K₀K₁K₂K₃(Wmax + W)/N. Onde: C - Faixa nominal do sensor; W - Peso da balança; Wmax - Peso líquido máximo do objeto; N - Número total de pontos de apoio selecionados pela balança; K₀ - Índice de segurança comercial, geralmente entre 1,2 e 1,3; K₁ - Índice de impacto intermediário; K₂ - Índice de deslocamento do centro de gravidade da balança; K₃ - Índice de pressão atmosférica.

Por exemplo, para uma balança eletrônica de piso de 30 t, com capacidade máxima de pesagem de 30 t, peso da própria balança de 1,9 t, seleção de 4 sensores e, de acordo com a situação específica, índice de segurança comercial K-0 = 1,25, índice de impacto K-1 = 1,18, índice de desvio do ponto de gravidade K-2 = 1,03 e índice de pressão atmosférica K-3 = 1,02. Solução: De acordo com o método de cálculo da faixa de medição do sensor: 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. Portanto, a faixa de medição do sensor é de 15t (a capacidade de carga do sensor é geralmente de apenas 10T, 15T, 20t, 25t, 30t, 40t, 50t, etc., a menos que seja uma personalização específica).

De acordo com a experiência prática, o desempenho de uma balança geralmente se situa entre 30% e 70% de sua faixa de medição. No entanto, em aplicações com maior impacto, como balanças de esteira, balanças eletrônicas para automóveis e balanças para placas de aço inoxidável, ao utilizar um sensor, geralmente se expande sua faixa de medição para que o sensor opere dentro de 20% a 30% de sua capacidade. Além disso, é fundamental considerar os campos de aplicação de cada sensor. A chave para a seleção do sensor reside no tipo de peso a ser pesado e nas características do ambiente interno, garantindo uma configuração adequada e uma pesagem confiável. Por outro lado, as recomendações do fabricante devem ser levadas em conta. Os fabricantes geralmente especificam o campo de aplicação do sensor de acordo com sua durabilidade, parâmetros de desempenho, método de instalação, formato estrutural, material (como elastômero de poliuretano) e outras características. Sensores de feixe são adequados para aplicações como balanças de corrente de acumulação e liberação de aço, balanças de materiais, balanças eletrônicas de correia e balanças de triagem.

Em última análise, deve-se escolher o nível de precisão do sensor. O nível de precisão do sensor inclui a não linearidade, o relaxamento de tensão, a correção do relaxamento de tensão, o atraso, a repetibilidade, a sensibilidade e outros indicadores de desempenho. Ao utilizar um sensor, não se deve considerar apenas as normas de precisão da especificação eletrônica, mas também o seu custo.

A seleção dos níveis de sensibilidade do sensor deve considerar os dois critérios a seguir: 1. Considerar as especificações de entrada do painel de instrumentos. O indicador de pesagem exibe o resultado da pesagem após o sinal de saída da balança multicabeças se tornar maior e a conversão A/D ser concluída. Portanto, o sinal de saída da balança multicabeças deve ser maior que o limite de entrada especificado pelo painel de instrumentos. A sensibilidade de saída da balança multicabeças é utilizada na fórmula de correspondência entre o sensor e o painel de instrumentos, e o resultado do cálculo deve ser maior que a sensibilidade de entrada especificada pelo painel de instrumentos.

A fórmula de compatibilidade entre a balança multicabeças e o painel de instrumentos é a seguinte: sensibilidade de saída do medidor de peso * tensão de alimentação * tamanho da balança, grau de miopia do medidor de peso * número de sensores * faixa de medição do sensor. Por exemplo, para uma máquina de embalagem quantitativa com peso de 25 kg e uma balança com alta miopia de 1000 faixas de medição, selecione 3 sensores L-BE-25 com faixa de medição de 25 kg e sensibilidade de 2,0 ± 0,008 mV/V, e selecione o painel de instrumentos AD4325 para balanças com tensão de operação de 12 V. Verifique se o sensor selecionado deve ser combinado com o painel.

Solução: A sensibilidade de entrada do painel de instrumentos AD4325 é de 0,6 μV/d. Portanto, de acordo com a fórmula de correspondência entre a balança multicabeças e o painel de instrumentos, o sinal de dados de entrada específico do painel de instrumentos é 2 × 12 × 25 / 1000 × 3 × 25 = 8 μV/d > 0,6 μV/d. Assim, a balança multicabeças selecionada pode levar em consideração a regulação da sensibilidade de entrada do painel de instrumentos, o que pode ser combinado com a seleção do painel de instrumentos. 2. Considere as regulamentações sobre a precisão dos títulos eletrônicos.

Uma balança eletrônica é composta principalmente por três partes: balança, sensor e painel de instrumentos. Ao escolher a precisão da balança multicabeçais, a precisão da balança multicabeçais é ligeiramente superior ao valor calculado pela teoria básica. A teoria básica geralmente é limitada por razões objetivas, como a baixa resistência à compressão da balança, as excelentes características do painel de instrumentos, o ambiente de trabalho da balança ser extremo, entre outros fatores.

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