Punnituskenno muuntaa mekaanisen voiman – painon – sähköiseksi signaaliksi. Jokaisen punnituskennon sisällä on metallielementti, joka muuttaa hieman muotoaan kuormituksen vaikutuksesta. Tähän elementtiin on kiinnitetty venymäantureita: ohuita resistiivisiä kalvoja, joiden sähkövastus muuttuu venyessään tai puristuessaan. Tämä resistanssin muutos tuottaa mitattavan jännitteen, joka on verrannollinen käytettyyn voimaan. Vuonna a vaakasilta , useita punnituskennoja sijoitetaan kannen alle, ja niiden yhdistetyt sähköiset signaalit käsitellään indikaattorilla tai kytkentärasialla painolukeman näyttämiseksi.
Se on ydinmekanismi. Kaikki muu – hermeettinen tiivistys, lämpötilan kompensointi, ylikuormitussuoja, digitaalinen lähtö – on suunniteltu tämän perusperiaatteen ympärille. Yksityiskohtien ymmärtäminen on tärkeää, koska punnituskennojen valinta, asennus ja huolto määräävät suoraan, kuinka tarkasti ja luotettavasti vaakasilta toimii vuosien aikana.
Venymämittari on anturielementti, joka mahdollistaa punnituskennotekniikan. Se koostuu hienosta metallikalvokuviosta - tyypillisesti nikkeli-kromiseoksesta - liimattu liimalla elastisen metallirungon, yleensä korkealaatuisen seosteräksen tai ruostumattoman teräksen, pintaan. Kun metallirunko deformoituu painon alaisena, kalvo muotoutuu sen mukana. Tämä muuttaa kalvon sähkövastusta mittatekijän (GF) kuvaaman suhteen mukaan.
Useimpien metallisten venymäantureiden mittakerroin on noin 2.0 , mikä tarkoittaa, että 0,1 %:n jännitys saa aikaan 0,2 %:n muutoksen vastuksessa. Tavallisella 350 ohmin venymämittarilla tämä tarkoittaa noin 0,7 ohmin resistanssin muutosta – pieni arvo, jonka tarkka mittaus vaatii huolellista piirisuunnittelua.
Kuormituskennot käyttävät neljää venymämittaria, jotka on järjestetty Wheatstonen siltakonfiguraatioon. Kaksi mittaria asetetaan jännitykseen (ne venyvät kuormituksen alaisena) ja kaksi puristukseen (ne lyhenevät kuormituksen alaisena). Tämä järjestely tarjoaa useita kriittisiä etuja:
Normaali herätejännite 5-15 V DC sovelletaan sillan yli. Nimelliskapasiteetilla silta tuottaa millivolttitason tehon - tyypillisesti 2 mV/V , eli 10 V viritys tuottaa 20 mV täydellä kuormalla. Tämän jälkeen signaali vahvistetaan ja käsitellään.
Kaikki punnituskennot eivät jaa samaa geometriaa. Elastisen elementin sisäinen muoto määrää sen muodonmuutoksen, mikä vaikuttaa tarkkuuteen, kapasiteettialueeseen ja soveltuvuuteen erilaisiin vaakasiltakokoonpanoihin.
Nämä ovat yleisimmät kaivoon ja pinta-asennettaviin silloihin löydetyt tyypit. Ne on suunniteltu kantamaan kuormitusta yhdellä akselilla – suoraan alaspäin – ja ovat tyypillisesti lieriömäisiä tai pannukakun muotoisia. Kuorma-autovaaoissa käytetyt puristuskennot käsittelevät kapasiteettia alkaen 50 tonnista yli 150 tonniin solua kohden , jossa on kuudesta kahteentoista kennoa, jotka yleensä tukevat täyttä vaakasiltatasoa. Ne ovat kestäviä, helppoja asentaa ja käsittelevät sivukuormia kohtuullisen hyvin, kun ne on varustettu asianmukaisilla kiinnityslaitteistoilla.
Taivutuspalkkikennot toimivat uloke- tai kaksipäisellä palkkiperiaatteella. Kuormitus kohdistuu yhteen tai kahteen pisteeseen toiseen päähän kiinnitetyn palkin varrella, jolloin se taipuu. Suurimpaan taivutusmomenttikohtaan sijoitetut venymämittarit mittaavat tämän muodonmuutoksen. Nämä kennot ovat suosittuja matalaprofiilisissa tasovaaoissa ja tietyissä kannettavissa vaaoissa, koska ne voidaan asentaa erittäin matalaan kansiprofiiliin. Niitä käytetään tyypillisesti alle 20 tonnia per solu .
Leikkauspalkkikennot mittaavat leikkausjännitystä taivutuksen tai suoran puristuksen sijaan. Venymämittarit on suunnattu 45 asteen kulmaan säteen akseliin nähden maksimaalisen leikkausjännityksen sieppaamiseksi. Tämä rakenne on erittäin epäherkkä kuormituskohdalle – merkittävä etu vaakasiltasovelluksissa, joissa ajoneuvon akselipaino ei välttämättä laskeudu tarkkaan paikkaan. Leikkauspalkit tarjoavat erinomaisen tarkkuuden, joka yleensä saavutetaan OIML luokka C3 tai parempi , ja niitä käytetään laajasti sekä kannettavissa akselivaaoissa että kiinteissä silta-asennuksissa.
Yksipistekennot on suunniteltu antamaan tarkat lukemat riippumatta siitä, mihin kuorma lavalle asetetaan – rajoissa. Niitä käytetään pääasiassa pienemmissä tasovaaoissa, ja niitä löytyy harvoin täysikokoisista kuorma-autovaaoista. Niitä kuitenkin esiintyy joissakin akselilevyvaa'oissa, joita käytetään nopeisiin tienvarsitarkastuksiin.
| Lataa solutyyppi | Tyypillinen kapasiteettialue | Yleinen Weighbridge-käyttö | Keskeinen etu |
|---|---|---|---|
| Puristus | 50-150 t per solu | Kuoppaan asennettavat kuorma-autovaa'at | Suuri kapasiteetti, kestävä |
| Taivutuspalkki | Jopa 20 t per solu | Matalaprofiiliset alustat | Kompakti asennus |
| Leikkauspalkki | 5-50 t per solu | Kannettavat ja kiinteäakseliset vaa'at | Kuormapisteen epäherkkyys |
| Yksi piste | Jopa 5t | Akselin pehmusteet | Yhtenäinen vastaus alustalla |
Punnitsevan kennon erillisen toiminnan ymmärtäminen on vain osa kuvaa. Vaakaasennuksessa useat punnituskennot toimivat yhdessä, ja niiden signaalit käyvät läpi useita käsittelyvaiheita ennen kuin painoarvo tulee näyttöön.
Jokainen punnituskenno vaakasillan kannen alla tuottaa millivolttitason signaalin, joka on verrannollinen kantamaansa voimaan. Koska ajoneuvon kuorma ei ole koskaan täydellisesti keskitetty, yksittäiset kennot kantavat eriarvoisia osia. Epäsymmetrisesti pysäköity 60 tonnin kuorma-auto saattaa painaa 12 tonnia yhteen kulmakennoon ja 8 tonnia toiseen.
Kaikki yksittäiset kennokaapelit kulkevat kytkentärasiaan (kutsutaan myös summausrasiaksi). Sisällä signaalit yhdistetään - joko passiivisesti resistiivisten summausverkkojen kautta tai aktiivisesti vahvistuksen kautta. Passiiviset summaavat kytkentärasiat käyttävät trimmausvastuksia säätämään solun herkkyyden eroja, mikä varmistaa, että yhden tonnin kuormitus mihin tahansa kennoon tuottaa identtisen panoksen yhteenlaskettuun tehoon. Tämä kalibrointivaihe on kriittinen: ilman sitä kuorman sijainti vaakasillalla vaikuttaisi lopulliseen lukemaan.
Summattu millivolttisignaali – silti hyvin pieni – kulkee painonilmaisimeen. Sisällä tarkkuusinstrumentointivahvistin tehostaa signaalia, tyypillisesti 0–10 voltin alueelle. Analogi-digitaalimuunnin (ADC) ottaa sitten näytteitä vahvistetusta signaalista. Nykyaikaiset vaakasillan indikaattorit 24-bittiset ADC:t , jotka tarjoavat yli 16 miljoonaa erillistä askelta mittausalueella. Tämä resoluutio on paljon hienompi kuin laissa vaadittu näytön lisäys, mikä tarjoaa vakaan ja melua kestävän lukeman.
ADC:n raakadata on kohinaa. Tuulikuormitus, ajoneuvon tärinä ja sähköiset häiriöt aiheuttavat kaikki nopeita vaihteluita. Ilmaisimen mikroprosessori käyttää digitaalisia suodatusalgoritmeja – usein konfiguroitavia keskiarvoistavia tai taajuuspohjaisia suodattimia – vakaan painoarvon poimimiseksi. Lopullinen näytetty arvo pyöristetään hyväksyttyyn asteikkoon, joka on tyypillisesti laillisille vaakoille 20 kg 60 tonnin mittakaavassa.
Kun punnituskennoja valitaan vaakasillalle, tietosivujen numerot ennustavat suoraan mittauksen laadun. Tässä on mitä kukin eritelmä käytännössä tarkoittaa.
Maksimikuormitus kenno on suunniteltu mittaamaan tarkasti. Turvallisuuden vuoksi punnituskennot on myös luokiteltu turvalliseksi ylikuormitukseksi – tyypillisesti 150 % nimelliskapasiteetista - ja lopullinen ylikuormitus ennen pysyviä vaurioita, yleensä 300 % . Kuuden solun tukema 60 tonnin kokonaismassaa käsittelevä vaaka tarvitsee vähintään 15 tonnin kennoja, kun kuorman jakautuminen huomioidaan, sekä riittävän ylikuormitusmarginaalin dynaamista kuormitusta varten ajoneuvon sisääntulon aikana.
OIML (International Organisation of Legal Metrology) luokittelee punnituskennot luokasta A (korkein tarkkuus) luokkaan D (pienin). Vaakasillan kuormituskennoja ovat tyypillisesti Luokka C3 tai C4 , jossa numero ilmaisee tarkistusvälien enimmäismäärän – 3 000 tai 4 000. C3-kuormituskenno, jota käytetään 60 tonnin vaakasillassa, voi tukea näytön lisäystä 60 000 kg ÷ 3 000 = 20 kg, mikä vastaa standardivaakavaatimuksia.
Tämä spesifikaatio yhdistää epälineaarisuus- ja hystereesivirheet yhdeksi arvoksi, joka yleensä ilmaistaan prosentteina nimellistehosta. C3-kuormituskennolle yhdistetty virhe on tyypillisesti ±0,023 % nimellistehosta tai parempi . 20 tonnin kapasiteetin kennossa, joka tuottaa 2 mV/V täydellä kuormalla, tämä vastaa alle 0,9 mikrovoltin virhettä – poikkeuksellisen pieni arvo, joka vaatii huolellista suojausta ja johdotuskäytäntöjä säilyttääkseen signaaliketjun läpi.
Ulkovaaka-asennuksissa käytettävät kuormituskennot kohtaavat huomattavia lämpötilavaihteluita. Kahdella lämpötilakertoimella on merkitystä:
Ulkovaakassa, joka toimii -10 °C:sta 50 °C:seen – 60 asteen alueella – kenno, jonka TK Span on 0,008 %/10 °C, kokisi jännevälin siirtymän 0,048 % . 60 tonnin mittakaavassa se on 29 kiloa pelkästä lämpötilasta johtuvaa ajautumista. Tästä syystä vaakasillan kalibrointi suoritetaan aina käyttölämpötilassa, ja säännöllinen uudelleentarkistus on lain mukaan välttämätöntä.
Sillan punnituskennot asennetaan pysyvästi ulos, usein kaivoympäristöihin, jotka ovat alttiina tulville, mudalle ja painepesulle. Vaakasillan punnituskennojen IP-luokitus on vähintään IP67 (pölytiivis ja kestää tilapäisen upotuksen 1 metrin syvyyteen). Monet asennukset määrittävät IP68 tai IP69K , jälkimmäinen luokitus sallii korkeapaineiset ja korkean lämpötilan vesisuihkut – olennainen paikoissa, jotka puhdistavat vaakasillan kannen säännöllisesti.
Perinteiset punnituskennot tuottavat analogisen millivolttisignaalin. Viimeisten kahden vuosikymmenen aikana digitaaliset punnituskennot, jotka integroivat ADC:n ja mikroprosessorin suoraan punnituskennon runkoon, ovat yleistyneet vaaka-asennuksissa. Ero on käytännössä merkittävä.
Analogiset kennot ovat yksinkertaisempia, halvempia ja yhteensopivia käytännöllisesti katsoen minkä tahansa markkinoiden painomittarin kanssa. Niiden millivolttisignaalit ovat alttiita sähkömagneettisille häiriöille (EMI) pitkien kaapelien aikana – todellinen huolenaihe suurilla teollisuuslaitoksilla, joissa on raskaita koneita. Käytännön maksimi kaapelin ajo ennen signaalin huononemisesta tulee ongelmallista on noin 100-150 metriä tavallisella suojatulla kaapelilla.
Digitaaliset kuormituskennot muuntavat venymämittarin signaalin digitaaliseksi arvoksi kennokotelon sisällä ja lähettävät tiedot sarjaväylän kautta – tyypillisesti RS-485- tai CAN-väylän kautta. Keskeisiä etuja ovat:
Kompromissi on hinta – digitaaliset kuormituskennot ovat huomattavasti kalliimpia – ja toimittajan lukitus, koska eri valmistajien solut käyttävät usein yhteensopimattomia viestintäprotokollia.
Oikea asennus on yhtä tärkeää kuin kennon laatu. Täysin määritelty punnituskenno, joka on asennettu väärin, antaa epätarkkoja ja epävakaita lukemia. Vaakasillan punnituskennojen asennusjärjestelmien on suoritettava useita asioita samanaikaisesti.
Punnitusanturit on suunniteltu mittaamaan voimaa yhdellä akselilla. Sivukuormat – ajoneuvon jarrutuksesta, kannen lämpölaajenemisesta tai kannen suuntausvirheestä johtuvat – aiheuttavat virheitä ja kiihdyttävät väsymistä. Kiinnityskokoonpanoissa käytetään keinutappeja, kuormituspainikkeita tai itsesuuntautuvia punnituskennojen jalustoja sen varmistamiseksi, että akselin ulkopuoliset voimat hylätään mekaanisesti. Keinutappikiinnitys sallii kennoa kallistua hieman mihin tahansa suuntaan siirtäen vain pystysuoran komponentin mahdollisesta voimasta anturielementtiin.
Teräksinen 18 metriä pitkä sillan kansi laajenee noin 10 mm talven ja kesän lämpötilojen välillä lauhkeassa ilmastossa (käyttämällä lämpölaajenemiskerrointa noin 11,7 × 10⁻⁶ /°C ja lämpötila-aluetta 50°C). Asennuslaitteiston on sallittava tämä liike ilman sitomista. Kiinteän pään ja vapaan pään asennuskokoonpanot korjaavat tämän kiinnittämällä kannen toiseen päähän ja sallimalla rajoitetun liukuliikkeen toisessa, mikä estää lämpölaajenemisen tulkitsemisen kuorman muutokseksi.
Joissakin punnituskennojen kiinnitysmalleissa käytetään kiinnityspultteja tai kiinnityspidikkeitä estämään kantta nousemasta kennoista irti keskikuormituksen aikana. Ilman nostorajoitusta epäkeskinen kuorma vaakasillan toisen pään lähellä voi aiheuttaa vastakkaisen pään nousun, jolloin kennot poistetaan kuormituksesta ja aiheuttaa merkittävän virheen. Taskutankokokoonpanot, jotka rajoittavat kannen ylöspäin suuntautuvan liikkeen 2–3 mm:iin, ovat vakiona laadukkaissa vaaka-asennuksissa.
Kuormituskennot ovat kestäviä, mutta eivät tuhoutumattomia. Niiden epäonnistumisen tietäminen auttaa huoltoryhmiä tunnistamaan ongelmat ennen kuin ne aiheuttavat merkittäviä punnitusvirheitä tai täydellisiä järjestelmävikoja.
Jopa IP68-luokitellut kennot voivat vaarantua, jos kaapelin sisääntulokohdat vaurioituvat, jos kaapeliliittimiä ei ole suljettu kunnolla tai jos kennon runko on fyysisesti haljennut. Venymämittareita saavuttava kosteus aiheuttaa kalvon korroosiota, muutoksia liima-ominaisuuksissa ja viime kädessä sähkövuotoja siltavarsien välillä. Oireena on tyypillisesti asteittainen nollatulosten siirtyminen ja lisääntynyt epävakaus. Siltapiirien ja kennon rungon välinen eristysresistanssin tarkistus (pitäisi ylittää 5000 MΩ terveessä solussa) on tavallinen diagnostinen vaihe.
Yksittäinen vakava ylikuormitus – ajoneuvon, joka törmää kanteen suurella vauhdilla tai nosturista, joka laskeutuu raskaaseen kuormaan odottamatta – voi muuttaa elastista elementtiä plastisesti. Kun kennon nollapiste on muuttunut, se siirtyy pysyvästi, eikä sitä voida kalibroida uudelleen. Väsymys kertyy miljoonien kuormitusjaksojen aikana; useimmat laadukkaat vaakakennot on mitoitettu 10 miljoonaa tai enemmän sykliä nimelliskapasiteetilla, mutta iskukuormitus ja ylikuormitus vähentävät dramaattisesti väsymisikää.
Kuormituskennojen kaapelit kulkevat paljaissa paikoissa vaakakansien alla. Jyrsijävauriot, kannen liikkeen aiheuttama toistuva taipuminen ja roskien aiheuttama fyysinen puristuminen ovat yleisiä kaapelivikojen syitä. Vioittunut suojus tai osittainen katkos signaalijohtimessa aiheuttaa kohinaa, offset-virheitä tai signaalin täydellisen häviämisen. Kaapelin suojaus ja säännöllinen silmämääräinen tarkastus ovat yksinkertaisia ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä, jotka pidentävät järjestelmän käyttöikää.
Ruostumattomasta teräksestä valmistetut punnituskennojen rungot ovat korroosionkestäviä, mutta ympäröivät kevyestä teräksestä valmistetut kiinnitystarvikkeet – punnituskennojen jalustat, tarkistustangot, kiinnityspultit – eivät. Syöpyneet laitteistot voivat tarttua kiinni, estää tarvittavat pienet liikkeet lämpölaajenemisen aikana ja aiheuttaa sivuvoimia punnituskennoon. Asennuslaitteiston vuosittainen tarkastus- ja voiteluaikataulu on vähimmäishuoltovaatimus.
Punnituskennon teho millivolteina on merkityksetön, kunnes se on kalibroitu tunnettuja vertailupainoja vastaan. Kalibrointi määrittää matemaattisen suhteen sähkötehon ja näytetyn painon välillä, ja säännöllinen uudelleenkalibrointi vahvistaa, että suhde ei ole ajautunut.
Vaakakalibroinnin kultastandardi on kannen lataaminen tunnetun massan omaavilla sertifioiduilla testipainoilla – tyypillisesti Luokan M1 tai F2 sertifioidut massat jäljitettävissä kansallisiin standardeihin. Ilmaisin on säädetty niin, että näytössä oleva lukema vastaa käytettyä painoa useissa kohdissa koko mittausalueella. 60 tonnin vaakasillalle kalibrointi sisältää tyypillisesti testikuormitukset 0, 20 %, 50 % ja 100 % maksimikapasiteetista.
Riittävien testipainojen kuljettaminen ja käsittely täyden kapasiteetin kalibrointiin on kallista ja logistisesti vaativaa. Korvaavat painomenetelmät – hydraulisen punnituskennon vertailulaitteen tai vahvistetun painon ajoneuvon avulla – mahdollistavat kalibrointitarkistukset edullisemmin. Monet kansalliset paino- ja mittaviranomaiset hyväksyvät nämä menetelmät säännöllisissä tarkastuksissa täyden nollapainon kalibrointien välillä edellyttäen, että alkuperäinen kalibrointi suoritettiin kantapainoilla.
Kaupassa käytettävät vaakasillat - asiakkaiden painon mukaan laskuttaminen, ajoneuvon vaatimustenmukaisuuden tarkistaminen tai verotusmittaukset - on tarkastettava säännöllisesti valtuutetun tarkastuslaitoksen toimesta. Euroopan unionissa Non-Automatic Weighing Instruments (NAWI) -direktiivi asettaa kaupan vaakojen suurimmat sallitut virheet (MPE): ±0,5 asteikolla ensitarkastuksessa ja ±1 asteikkoarvo palvelussa. Varmistusvälit vaihtelevat lainkäyttöalueen mukaan, mutta ovat yleisiä 1-2 vuotta .
Hyvin hoidetun vaakasillan kuormituskennojen tulee pysyä tarkkoja 10-20 vuotta . Tämän käyttöiän saavuttaminen vaatii johdonmukaista huomiota muutamaan avainalueeseen.
Punnituskennojen lukumäärä ja sijainti vaakasillan kannen alla vaikuttaa sekä mittaustarkkuuteen että järjestelmän redundanssiin. Ei ole olemassa yhtä yleistä standardia – kokoonpanot valitaan kannen pituuden, odotettujen ajoneuvotyyppien ja tarkkuusvaatimusten perusteella.
Tavallinen 18-metrinen yksitasoinen vaaka yleensä käyttää 6 punnituskennoa : kaksi kunkin kolmen pääpoikkipalkin alla. Tämä tarjoaa hyvän kuormituksen jakautumisen ja riittävän redundanssin – jos yksi kenno epäonnistuu, järjestelmä voi usein havaita vian epätasapainoisen kulman lukeman avulla katastrofaalisen epätarkkuuden sijaan. Jotkut korkean tarkkuuden sovellukset käyttävät 8 solua neljän poikkipalkin alla paremman peiton saavuttamiseksi.
Monikerroksiset akselivaakat – joissa jokainen kansi punnittaa yksittäisiä akseliryhmiä erikseen – vaativat erilliset kennosarjat kunkin kannen alla, ja jokainen kennoryhmä käsitellään erikseen. Nelikerroksinen akselivaaka saattaisi käyttää 16-24 punnituskennoa yhteensä jokainen ryhmä on kalibroitu itsenäisesti sen varmistamiseksi, että yksittäisten akselilukemien summaus vastaa ajoneuvon kokonaispainoa, joka mitataan, kun ajoneuvo punnitaan kokonaisuutena.
Solujen sijoitussymmetria on tärkeä. Epäsymmetrisesti sijoitetut solut luovat epätasaisen herkkyyskartan kannen pinnalle: soluklusterin lähellä olevat kuormat rekisteröivät tarkemmin kuin solujen väliin sijoitetut kuormat. Laadukas asennuskäytäntö sisältää valmiin asennuksen kulmaherkkyyden tarkistamisen kuhunkin kulmaan sijoitetun vertailumassan avulla ja lukemien vertailun. Tasapainoinen asennus osoittaa alle ±0,1 % vaihtelua kulmien poikki.
Lisätä: Rakennus 3, nro 355, Xiangshan East Road, Binhain talouskehitysvyöhyke, Cixi City, Ningbo, Zhejiang, Kiina.
Puh: +86-18969402526
Puhelin: +86-0574-86864809
Sähköposti:
