HMI – اچ ام آیلودسل وسیله‌ای است که برای اندازه گیری دقیق نیرو به کار می‌رود. این وسیله انواع مختلفی از ترازو گرفته تا ماشین آلات صنعتی را شامل می‌شود. در این مقاله به بررسی دقیق loadcellها و برخی از انواع آنها و کاربردهای هر یک می‌پردازیم.
لودسل چیست؟
loadcellها که اغلب مبدل‌های loadcell نیز نامیده می‌شوند، اجزای حیاتی در اکثر سیستم‌های توزین صنعتی هستند. به زبان ساده، loadcell وسیله‌ای برای اندازه گیری وزن یا به طور دقیق‌تر، وسیله‌ای برای اندازه گیری نیرو است. loadcellها بسته به کاربرد و محیط مورد نظر، انواع مختلفی دارند. برخی از انواع آنها در جابجایی بار کاربرد دارند. برخی دیگر نیز به عنوان کرنش سنج شناخته می‌شوند. در بین انواع مختلف loadcellهای موجود، مدل‌ها و سبک‌های مختلف را می‌توان به دو روش از هم جدا کرد:
روش اول: با توجه به روش اندازه گیری وزن (loadcellهای فشاری، loadcellهای کششی و...)
روش دوم: با توجه به نوع سیگنال خروجی تولید شده (loadcell هیدرولیک، loadcell پیزوالکتریک و...)
لازم به ذکر است که loadcell از هر نوعی که باشد همیشه در جهت گرانش کار می‌کند، بنابراین باید تراز شود. با این حال، معمولا اصطلاح loadcell را در رابطه با طیف گسترده‌ای از انواع دستگاه‌های سنجش نیرو به کار می‌بریم. این در حالی است که بسیاری از آنها برای اندازه گیری نیروهای اعمال شده از همه جهات طراحی شده‌اند.
loadcellها برای چه مواردی استفاده می‌شوند؟
این واقعیت که بخش بزرگی از فروش محصولات در دنیا به اندازه گیری دقیق وزن متکی است، یکی از دلایلی است که موجب می‌شود loadcell نقش حیاتی در تجارت مدرن ایفا کند. loadcellهای صنعتی نقش مهمی در سیستم‌های کنترل کیفیت (برای فرآیندهای سازگاری و ایمنی ساخت) ایفا می‌کنند. کاربردهای لودسل معمولاً شامل انواع تنظیمات پزشکی و آزمایشگاهی نیز می‌شود. در این مورد، از آنها به منظور دستیابی به اندازه گیری‌های دقیق و بهینه، برای طیف گسترده‌ای از اهداف علمی و تحقیقاتی استفاده می‌شود.
loadcellها حتی در میان مجموعه‌ای از صنایع که نیاز کمتری به اندازه گیری‌های بسیار دقیق دارند رایج شده‌اند. دو نمونه از این صنایع، لجستیک عمومی و محاسبات حمل و نقل است. فناوری loadcell با طیف گسترده‌ای از دیگر فناوری‌های ارتباطی دیجیتالی و رایانه‌ای سازگار است. در نتیجه به هر نوع شرکتی، امکان دسترسی سریع، نظارت و پاسخ به اطلاعات کلیدی در زمان واقعی را می‌دهد.
از آنجایی که دستیابی به این امر با استفاده از دستگاه‌های توزین پل فرم مکانیکی سنتی بسیار دشوارتر است، نصب لورسل، اغلب در درازمدت برای اکثر شرکت‌ها انتخابی بسیار کارآمدتر و مقرون به صرفه‌تر محسوب می‌شود.
لودسل چگونه کار می‌کند؟
Loadcell دارای برخی عناصر فنری است. این عناصر که متصل به یک ماده کرنش سنج (معمولا مش‌های فویل یا نیمه هادی‌ها) هستند، معمولاً از فولاد یا آلومینیوم ساخته شده‌اند و دارای خاصیت الاستیک هستند. بنابراین، تحت فشار کافی تغییر شکل می‌دهند، خواه این فشار، نیروی بالا به پایین (فشرده شدن) یا نیروی پایین به بالا (کششی) باشد.
کرنش سنج‌ها می‌توانند میزان دقیق این تغییر شکل عناصر فنری را اندازه گیری کنند. در یک loadcell معمولی، این تجزیه و تحلیل تغییر شکل است که به صورت الکترونیکی به بازخوانی دقیق وزن تبدیل می‌شود. بنابراین، فشار موجود، یک سیگنال الکتریکی در مبدل loadcell ایجاد می‌کند و بزرگی این سیگنال با نیروی اندازه گیری شده رابطه مستقیم دارد.
معمولاً عوامل خارجی مختلفی بر عملکرد لودسل تاثیر می‌گذارد. یکی از مهم‌ترین این عوامل دما است که می‌تواند بر ساختار (و در نتیجه مقاومت الکتریکی) هر ماده‌ای تاثیر بگذارد. از دیگر عوامل تاثیرگذار می‌توان به طیف گسترده‌ای از چالش‌های محیطی، از جمله آب و هوای نامساعد، رطوبت، ورود گرد و غبار و تغییرات در شرایط محیطی از یک مکان به مکان دیگر اشاره کرد.
عامل دیگری که باید در هنگام خرید این قطعات در نظر گرفته شود، نوع مواد سازنده loadcell است. با توجه به این عامل، loadcellها به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
- loadcellهای آلومینیومی
- loadcellهای نیکل اندود
- loadcellهای پلی اتیلن اندود شده
- loadcellهای فولادی
- loadcellهای فولادی ضد زنگ
انواع لودسل بر اساس نوع نصب
چندین نوع loadcell برای مصارف صنعتی، تولیدی و خانگی وجود دارد. در اینجا خلاصه‌ای از هر یک از این نوع‌ها و کاربردهایی که ممکن است برای آنها مناسب‌تر باشند را ارائه می‌دهیم.
loadcellهای فشاری (compression)
یک loadcell فشاری فقط برای اندازه گیری نیروهای فشاری اعمال شده به سمت پایین ساخته شده است، دقیقاً مانند هر ترازو یا پلتفرم استاندارد توزین. همچنین گاهی اوقات به آنها loadcellهای ستونی، پنکیک یا دونات نیز گفته می‌شود.
آنها اغلب دارای طراحی یکپارچه هستند، در نتیجه نسبتاً ساده و پایدار خواهند بود. بنابراین برای استفاده در کاربردهای توزین در فضای محدود گزینه ایده آلی محسوب می‌شوند. آنها به طور گسترده در محیط‌هایی مانند سیلوها و ایستگاه‌های وزن کشی به کار می‌روند.
loadcellهای کششی (tensile)
یک loadcell کششی که با نام S-Tupe هم شناخته می‌شود، نیروهای کششی که معمولاً از سمت پایین به سمت بالا اعمال می‌شود را اندازه‌گیری می‌کند. این دستگاه شبیه به ترازوی دیجیتال آویزان است. در مقیاس صنعتی، loadcellلودسل کششی (که به آن پیوندهای کششی یا پیوندهای بار نیز گفته می‌شود) معمولاً برای توزین کشتی، تحقیقات مواد و آزمایش کشش، اندازه‌گیری نیروی کلی در محیط آزمایشگاهی و نظارت بر فرآیند هوافضا استفاده می‌شود.
Loadcellهای خمشی (shear beam)
این loadcell که معمولا شکلی شبیه چهارگوش دارد از یک طرف به بدنه اصلی و از طرف دیگر به دستگاه توزین متصل می‌شود. از این نوع loadcell معمولا به صورت چندتایی استفاده خواهد شد. در زمان استفاده از این نوع loadcell، کرنش سنج‌ها با زاویه‌ای معادل ۴۵ درجه روی بدنه قرار می‌گیرند. جنس loadcell خمشی از فولاد ضد زنگ است.
Loadcellهای تک پایه (single point)
این نوع loadcell معمولا بر یک صفحه مربعی یا مستطیلی قرار می‌گیرند. یک طرف loadcell روی محل سختی قرار گرفته و طرف دیگر برای تعیین وزن به کار می‌رود. اگر این سنسور برای مصارف عمومی مانند ترازوهای دیجیتالی استفاده شود از جنس آلومینیوم ساخته می‌شود. اما اگر برای مصارف صنعتی باشد از استیل ضد زنگ است. این سنسور می‌تواند از ۱۰۰ گرم تا ۲ تن را تشخیص دهد.
Loadcellهای دیسکی (spoke type)
نحوه عملکرد این نوع loadcell معمولا ترکیبی از دو حالت کششی و فشاری است. شکل ظاهری آنها مشابه دیسک و کرنش سنج‌ها روی بدنه داخلی قرار می‌گیرند. ارتفاع این سنسور کم است. در نتیجه از آن در دستگاه‌های اندازه‌گیری و تست استفاده می‌شود. با این حال دقت آن از سنسورهای فشاری و کششی کمتر است.
انواع loadcell بر حسب دقت (کلاس loadcell)
Loadcellها بر حسب میزان دقتی که در اندازه گیری وزن دارند به دو دستهD و C تقسیم می‌شوند. از هر یک از این دسته‌ها با عنوان یک کلاس یاد می‌شود. کلاس C خود شامل زیرکلاس‌های C1 تا C6 می‌شود. هر یک از این کلاس‌ها دقت خاصی دارد. هر چه شماره کلاس بیشتر باشد، دقت اندازه گیری آن بیشتر است. مثلا لودسل با کلاس C6 بیشترین دقت اندازه‌گیری را دارد. از طرفیloadceel با کلاس C3 به این معناست که دقت loadcell معادل 3000/1 است. دقت loadcell، حداقل مقدار بار قابل اندازه گیری توسط loadcell را نشان می‌دهد.
تفاوت بین لودسل و کرنش سنج
loadcellها و کرنش سنج‌ها، هر دو وسیله‌ای هستند که برای اندازه گیری نیرو یا بار استفاده می‌شوند، اما به روش‌های مختلفی عمل می‌کنند.
کرنش سنج سنسوری است که فشار یا تغییر شکل یک جسم را هنگامی که تحت یک نیروی خارجی قرار می‌گیرد اندازه گیری می‌کند. این دستگاه، با استفاده از یک سیم فلزی نازک یا فویل که به سطح جسم مورد اندازه گیری متصل می‌شود، کار می‌کند. هنگامی که جسم تغییر شکل می‌دهد، سیم یا فویل نیز تغییر شکل داده و باعث تغییر در مقاومت آن می‌شود. این تغییر مقاومت، متناسب با مقدار کرنش است و با استفاده از مدار الکتریکی قابل اندازه گیری است.
از طرف دیگر، loadcell وسیله‌ای است که با تبدیل نیرو به سیگنال الکتریکی، نیرو یا بار وارد شده به آن را اندازه گیری می‌کند. این دستگاه، از یک ساختار فلزی به نام عنصر فنر تشکیل شده است که با وارد شدن نیرو به آن تغییر شکل می‌دهد. سپس این تغییر شکل توسط یک کرنش سنج که به عنصر فنر متصل است، تشخیص داده می‌شود. کرنش سنج تغییر شکل را اندازه گیری کرده و آن را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که می‌تواند اندازه گیری و ثبت شود.
معرفی دستگاه‌های مرتبط با لودسل
در این بخش از مقاله به معرفی چند دستگاه مرتبط با loadcell می‌پردازیم.
بچینگ batching
لودسل نقش مهمی در سیستم‌های توزین بچینگ دارد و دقت و قابلیت اطمینان را برای کاربردهای مختلف صنعتی ارائه می‌دهد. سیستم‌های دسته‌بندی وزن یا بچینگ می‌توانند ظروفی مانند کیسه‌ها، درام‌ها یا بطری‌ها را با دقت پر کنند و اطمینان حاصل کنند که هر کدام حاوی مقدار دقیقی از مواد مورد نظر هستند. آنها همچنین می‌توانند این اطمینان را بدهند که مقدار مناسبی از مواد، به یک دسته در حال مخلوط شدن اضافه می‌شود. در بسیاری از کارخانه‌ها، دسته‌بندی توزین دستی زمان‌بر و مستعد خطا است. سیستم‌های توزین و کنترل دسته‌ای خودکار با استفاده از لورسل‌ها با خودکار کردن این فرآیند، کارایی را بهبود می‌بخشند. چه در فرآوری مواد غذایی، دارویی یا تولید شیمیایی، loadcellها اطمینان می‌دهند که هر دسته از مشخصات وزنی دقیقی برخوردار است و ثبات و کیفیت حفظ می‌شود.
یک سیستم توزین دسته‌ای معمولی شامل یک مخزن مرکزی است که بر روی یک قاب توزین loadcell نصب شده است که فیدرهایی در اطراف آن قرار گرفته‌اند تا مواد را طبق دستور العمل مشخصی تحویل دهند. loadcellها قبل از افزودن ماده بعدی، مقدار صحیح محصول تحویل داده شده را تایید می‌کنند. این مورد منجر به کاهش تلفات محصول و کیفیت بالاتر محصولات به دلیل نسبت دقیق مواد تشکیل دهنده می‌شود. loadcellهای مدرن، مجهز به تهویه کننده‌های سیگنال دیجیتال، به راحتی با سیستم‌های کنترل ادغام می‌شوند و نظارت بر زمان واقعی و ثبت داده‌ها را تسهیل می‌کنند. این اتوماسیون نه تنها بهره وری را افزایش می‌دهد، بلکه خطای انسانی را کاهش داده، اندازه گیری دقیق و کنترل کیفیت بهتر را تضمین می‌کند و منجر به افزایش کارایی کلی می‌شود.
بسته بندی دو یا چهار توزین
در دنیای تولید و بسته بندی، سه نوع بسته بندی اصلی وجود دارد که شرکت‌ها می‌توانند برای بسته بندی، ذخیره و ارسال محصولات خود از آنها استفاده کنند. لودسل می‌تواند در انجام هر یک از اینها کاربرد داشته باشد. این نوع بسته بندی که به عنوان اولیه، ثانویه و ثالث شناخته می‌شود، نقش مهمی در تضمین تحویل ایمن محصولات و کارایی کلی فرآیندهای حمل و نقل ایفا می‌کند.
بسته بندی تنها راه انتقال موثر محصول از تولید کننده به مصرف کننده است. بسته بندی نه تنها یک محافظ برای محافظت از محصول در طول حمل و نقل است، بلکه با نمایش ویژگی‌های محصول به عنوان یک ابزار بازاریابی عمل می‌کند.
بسته بندی را می‌توان بر اساس انواع مختلف مواد بسته بندی مورد استفاده یا هدف مورد نظر آن دسته بندی کرد. از سوی دیگر، بسته بندی را می‌توان بر اساس عملکرد نیز طبقه بندی کرد.
در دنیای پر سرعت بسته بندی، کارایی، دقت و قابلیت اطمینان از اهمیت بالایی برخوردار است. loadcell نقش مهمی در توزین دقیق و اندازه گیری نیرو در کاربردهای مختلف بسته بندی ایفا می‌کند.
بسته بندی: در کاربردهای بسته بندی، loadcellها به اندازه گیری کشش مواد بسته بندی کمک می‌کنند و بسته بندی ایمن و سازگار را اطمینان می‌دهند.
پر کردن بطری: از loadcellهای تخصصی در خطوط پر کردن بطری استفاده می‌کنند تا این اطمینان حاصل شود که هر بطری به میزان دقیق مورد نیاز پر می‌شود و استانداردهای کنترل کیفیت را رعایت می‌کند.
جابجایی مواد: loadcellها در سیستم‌های نوار نقاله و سایر تجهیزات جابجایی مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند و داده‌های وزن بلادرنگ را برای کنترل موجودی و بهینه‌سازی فرآیند فراهم می‌کنند.
چک وایر check wire
چک وایر دستگاهی برای دسته بندی است. این سیستم دسته بندی بر اساس وزن عمل می‌کند. یکی از بخش‌های آن سیستم توزین است که از سنسورهای تشخیص وزن (لودسل) استفاده می‌کند.
