Flintec Kunskap
Vad är en lastcell?
En lastcell är en elektromekanisk sensor som används för att mäta kraft eller vikt. Den har en enkel men effektiv design som bygger på den välkända överföringen mellan en applicerad kraft, materialdeformation och flödet av elektricitet. De är otroligt mångsidiga enheter som erbjuder noggrann och robust prestanda över en mångfald av tillämpningar. Det är ingen överraskning att de har blivit avgörande för många industriella och kommersiella processer, från att automatisera biltillverkning till att väga dina varor i kassan. Medan teknologin utvecklas framåt dyker det ständigt upp nya och spännande tillämpningar som också kan dra nytta av att använda en lastcell. Nya framsteg inom robotik, haptik och medicinska proteser, för att nämna några, behöver alla effektiva sätt att mäta krafter och vikter. Nya typer av lastceller utvecklas kontinuerligt för att möta behoven på denna ständigt föränderliga marknad.
Hur lastceller fungerar
Här är en steg-för-steg-guide om hur lastceller fungerar:
- Säkra lastcellen: Ena änden är vanligtvis fastsatt på en ram eller bas, medan den andra änden är fri att fästa vikten eller den viktbärande elementet.
- Applicera kraft: När kraft appliceras på lastcellens kropp, böjer den sig något under belastningen. Detta liknar vad som händer med en fiskestång när en fiskare krokar en fisk.
- Proportionell böjning: Precis som en fiskare upplever mer stångböjning med en större, starkare fisk, böjer sig en lastcell mer betydande under större applicerad kraft.
- Uppdaga deformation: Även om deformationen är mycket subtil och inte synlig för blotta ögat, upptäcks den av töjningsgivarna.
- Mätning av deformation: För att mäta deformationen är töjningsgivare tätt bundna till lastcellens kropp vid förutbestämda punkter, vilket får dem att deformeras i samklang med kroppen.
- Belastningsmätning: Den resulterande rörelsen förändrar den elektriska resistansen hos töjningsgivarna proportionellt med mängden deformation som orsakas av den applicerade belastningen. Denna ändrade resistans ger en exakt mätning av belastningen eller kraften som appliceras.
Tekniken för en lastcell
En typisk lastcell består av två delar: huvudkroppen och en ansluten elektrisk krets. Huvudkroppen är det som bär vikten eller kraften och står för det mesta av lastcellens storlek. Vanligtvis är den tillverkad av högkvalitativt stål eller aluminium, vilket säkerställer mekanisk pålitlighet och förutsägbar och enhetlig töjningsdistribution.
Den elektriska kretsen är innesluten inuti lastcellen, tätt bunden till huvudkroppen. Kretsen inkluderar töjningsgivare som är specialiserade delar av kretsen utformade för att känna av deformationerna hos huvudkroppen.
Dessa töjningsgivare består av tunn, elektriskt ledande tråd eller folie arrangerad i ett tätt zigzag-mönster. Detta mönster gör dem känsliga för sträckning och kompression längs deras längd, men okänsliga över deras bredd. På så sätt kan de positioneras precist för att känna av krafter som löper längs specifika axlar. Till exempel har sträckbalklastceller sina töjningsgivare positionerade i en 45-graders vinkel mot belastningsaxeln, för att maximera upptäckten av skjuvdeformationen som går genom lastcellen.
Miljöskydd
Beroende på miljön kan en lastcell hamna i mycket olika förhållanden. Naturligtvis skiljer sig ett renrum inom ett medicinskt laboratorium markant från undersidan av en gruvlastbil med öppen kastning, ändå kan båda använda olika typer av lastceller. Det är därför viktigt att de är tillräckligt skyddade från den yttre miljön för att säkerställa deras långsiktiga prestanda för deras avsedda användning.
De flesta lastceller kommer att vara gjutna. Detta innebär att hålrummen fylls med ett epoxi- eller hartsämne som helt täcker de elektroniska komponenterna. Detta hjälper till att skydda kretsarna från yttre skador och fukt och bidrar också till att avleda värme.
Vissa lastceller har hermetiska förseglingar för mest komplett miljöskydd. En helt svetsad försegling ger en lufttät och robust förslutning, som står emot de mest utmanande miljöerna.
För vissa lastceller finns ATEX- och FM-certifikat tillgängliga. Dessa certifikat indikerar att det är lämpligt att använda dem i potentiellt explosiva miljöer utan risk för gnistor. Detta är idealiskt för aktiviteter som släpper ut brandfarliga gaser eller ångor, såsom lacksprutning på fordon eller arbetsplatser som hanterar fina organiska dammämnen som spannmålsmjöl eller trä.
Noggrannhet hos lastcellen
Olika uppgifter kräver olika grad av noggrannhet. En medicinsk våg som mäter läkemedelsdoseringar behöver naturligtvis ha högre upplösning än en industriell våg som väger stora mängder grus eller sand. Därför kommer du att hitta olika typer av lastceller som erbjuder varierande nivåer av noggrannhet och kapacitet för att passa dessa olika tillämpningar.
Internationella regler och avtal finns som syftar till att ge viss kvalitetskontroll över väg- och kraftmätningsutrustning. Tanken är att en sådan reglering kommer att främja harmoni mellan olika jurisdiktioner och underlätta handel och ekonomisk verksamhet.
Internationellt styr Internationella Organisationen för Legal Metrology (OIML) dessa metrologiska regler, och i USA gör National Type Evaluation (NTEP) Committee samma sak.
Många kommersiella aktiviteter där produkten säljs efter vikt kräver utrustning för lagliga handelsvägningar. Detta är utrustning som har blivit certifierad av relevanta myndigheter (OIML, NTEP eller nationella standarder) för användning i sådana tillämpningar. Vanligtvis ser du för kommersiella vågar att de är certifierade till en C3-klass enligt OIML.
Lastceller med OIML- eller NTEP-certifiering kommer att vara lämpliga för lagliga handelsapplikationer. Ibland kommer de att ha både OIML- och NTEP-certifiering, andra kanske bara har en, beroende på marknaden eller regionen där de säljs.
Utanför dessa certifieringar benämns lastceller som allmänna ändamål (GP). Dessa är inte certifierade men kan ofta erbjuda liknande noggrannhetsnivåer. Detta är idealiskt i situationer där regler för lagliga handelsvägningar inte gäller.
Installation och användning
Prestandan hos en lastcell beror på många faktorer. Central bland dessa är korrekt installation och justering. Det sägs ofta att en lastcell är lika bra som dess montering. Därför är det viktigt att noggrant följa tillverkarens rekommendationer för att få bästa resultat från din enhet och säkerställa säker och långvarig användning. Dessa rekommendationer inkluderar ofta information om korrekt montering och justering av din lastcell, lämpligt val av fixering och fäste, användning av tillbehör för montering, elektroniska tillsatser och kalibreringsförfaranden.
Genom att arbeta nära din leverantör av lastceller säkerställer du att du väljer den bästa strategin och produkten för att passa dina specifika behov och genom kontinuerligt stöd kan du lita på att din lösning kommer att vara effektiv och långvarig.
Typer av lastceller
En lastcell finns i olika former och konfigurationer som kan specificeras för användning inom olika tillämpningsområden. Vanligtvis faller lastceller in i fyra olika kategorier, men deras kärnteknik förblir densamma.
De fyra huvudkategorierna av lastcell är:
Balk
Balklastceller är mycket mångsidiga sensorer som vanligtvis fungerar som utkragningar med ena änden fast och den andra änden fri att böja sig när den utsätts för en kraft.
Vissa balklastceller kan också betraktas som dubbeländade, vilket innebär att sensorn är fast vid båda ändar och belastad i mitten.
Enpunktslastcell
Vanligtvis förlitar sig lastceller på att den applicerade kraften placeras på en central punkt på sensorkroppen. Avvikelse från den centrala applicerade kraften kommer att resultera i förlust av noggrannhet.
Enpunktslastceller fungerar annorlunda och tillåter excentrisk belastning samtidigt som noggrannheten bibehålls. Denna förmåga gör dem till ett idealiskt val för tillämpningar där lasten appliceras med en grad av platsvariabilitet.
Kompression
Som namnet antyder mäter en kompressionslastcell en krossande eller tryckande kraft. Generellt sett efterliknar deras design en kolonn och ger sensorn ytterligare styrka för användning i högkapacitets- och statiska tillämpningar.
Spänning
En spänningslastcell används främst för att mäta en dragkraft, där lasten är hängd från sensorns fot och får den att sträcka sig.
Spänningslastceller kallas ibland S-typ eller S-celler på grund av deras form som liknar bokstaven S. Många spänningslastceller kan också användas för att mäta en kompressiv kraft, vilket gör dem mycket mångsidiga.