Vážení je jedno z nejstarších prováděných lidských měření. I na tomto poli se více a více uplatňují moderní technologie, ať konstrukční mechanické, tak i elektronické. Následující článek ukazuje zajímavá čidla milimetrových rozměrů pro přesná vážení hmotností od 10 gramů až po 50 tun.

Vážení patří mezi nejstarší lidská měření spolu s měřením délky. Již před mnoha stovkami, ba i tisíci let se lidé, zvláště obchodníci, snažili co nejpřesněji zvážit daný předmět, který zrovna prodávali. Dnes již chyba vážení v obchodních aplikacích rovná 0.5 % z rozsahu snímače je příliš velká a v budoucnu se pravidla a zákony ještě spíše přiostří.

Naopak vážící mechanismy jsou dnes již plně elektronické a neustále miniaturizovány, jak je v současnosti obvyklé. V tomto článku ukáži některé zajímavé "kompletní" miniaturní čidla pro měření hmotnosti a zatížení, tedy vážení, které využívají odporové tenzometry. Jde o výběr z nabídky firmy Omega, která má zastoupení i v ČR.

Obecné vlastnosti vážních snímačů

• Vážící rozsahy 0 - 50 g až 0 - 50 tun
• Mechanické provedení pouzdra - nerezová ocel nebo hliník
• Rozměry jednotky a desítky mm
• Napájení stejnosměrným napětím 5 až 15 V
• Výstupní signál lineární v konstantou 1 až 3 mV/V
• Přesnost v rozsahu 0.25 až 0.75 % z rozsahu
• Pracovní teplota zhruba -50 až 100 °C

Použití

• Orientační (technologické) i přesné (obchodní) vážení
• Vážení zatížení desek, podkladu
• Měření zatížení nosníků
• Vážení materiálu
• Vážení v potravinářském průmyslu
• atd.

Miniaturní průmyslová vážní čidla firmy Omega

Obecně se k dále uvedeným snímačům dá uvést, že přesná vážní čidla obvykle využívají odporových tenzometrů (nejčastěji kovové fóliové nebo někdy i křemíkové), resp. jejich zapojení v plném Wheatstonově můstku. Tomu odpovídá i zapojení snímače na následujícím obrázku, kdy dvěma vodiči je přiváděno napájecí napětí a další dva vodiče přenáší napěťový signál úměrný zatížení čidla. Z důvodu co největší přesnosti je nutné volit vážící rozsah zhruba odpovídající váženému produktu. V případě vážení malé hmotnosti na snímači s velkým rozsahem samozřejmě dochází k velkým chybám. Vstupní/výstupní odpor dále uvedených čidel je cca 360 Ohmů. Součástí snímače obvykle bývá i nějaká miniaturní elektronika upravující linearizaci a vlivy parazitních veličin jako například teplota. Vážní čidla jsou obvykle napájena stejnosměrným napětím jednotek voltů a jejich výstupní signál je několik jednotek mV/V. Co se týče mechanického provedení je převážně o nerezová ocelová pouzdra různých rozměrů, případně v nejmenších provedeních s hodnotami již od jednotek mm se vyskytuje hliníkové provedení. Čidla jsou obvykle konstruována pro umístění na vodorovné pevné podložce, která má nulový průhyb při zatěžování přepokládanými váženými hmotnostmi.

LC304 - Kompresní vážní čidlo z nerezové oceli průměru 25 mm

Řada LC304 již patří do skupiny nejmenších snímačů pro průmyslové vážení v nabídce firmy Omega. Vyznačuje se průměrem 25 mm a 5bodovou kalibrací. Tělo je masivní z nerezové oceli, které je díky malým rozměrům možné jej použít v různých aplikacích a instalovat do různých míst. V nabídce jsou modely s vážícím rozsahem od 0 - 100 liber (45.4 kg) až do 0-10000 lb (4.54 t). Provedení připojení je 4vodičovým PVC kabelem délky 1.5 m.

Hlavní parametry:

• Buzení (napájení): 10 V DC, max. 15 V
• Výstupní signál: 2 mV/V
• Přesnost: 0.5 % z rozsahu
• Kompenzovatelný teplotní rozsah: 16 - 71 °C
• Max. provozní teplota: -54 až 107 °C
• Nulová odchylka: max. 2 % z rozsahu
• Mezní přetížení: až 300 % rozsahu (nedojde k destrukci snímače)
• Rozměry (mm): 25.4 (průměr) x 25.4 (tloušťka) mm
• Cena: cca 11 tisíc Kč
  

LC 307 - Subminiaturní vysokokapacitní vážní čidla

Toto čidlo je v provedení tzv. top hat, tedy podle přesného překladu cylindr, což přesně popisuje jeho tvar. I když je senzor miniaturních rozměrů, má vážící rozsah až 45 tun. Je tedy vhodný pro aplikace, kde je nutné měřit velké rozsahy a není možno použít robustního čidla z důvodu omezeného instalačního prostoru. Snímač je opět tenzometrický a teplotní kompenzace je provedena elektronickou umístěnou v přívodním kabelu. Zbylé údaje o mechanickém i elektrickém jsou podobné výše uvedenému provedení LC304.

Hlavní parametry:

• Buzení (napájení): 5 V
• Výstupní signál: 1.5 mV/V
• Přesnost: 0.75 % z rozsahu
• Kompenzovatelný teplotní rozsah: 16 - 71 °C
• Max. provozní teplota: -54 až 107 °C
• Nulová odchylka: max. 2 % z rozsahu
• Mezní přetížení: až 300 % rozsahu (nedojde k destrukci snímače)
• Rozměry (mm): 13 až 51 (průměr D1) x 9.7 až 41 (tloušťka H) mm
• Cena: cca 11 tisíc Kč

LC321- Miniaturní kompresní vážní čidlo s centrovaným otvorem se závitem

Toto čidlo je díky svým malým rozměrů (průměr 38 mm) a malé tloušťce (jen 10 mm) hlavně vhodné pro potřeby robotiky. Na výběr jsou verze od rozsahů 0 - 250 lb (cca 113.5 kg) až 0 - 2000 lb (cca 908 kg). Ostatní parametry jsou podobné jako u čidla LC304. To znamená napájení stejnosměrným napětím 10 V, výstup 2 mV/V, provedení z nerezové oceli a teplotní rozsah -54°C až 121°C, přičemž pouze v rozsahu 16 až 71°C se nastavuje kompenzace a linearizace.

LCKD - Miniaturní průmyslová tlaková vážní čidla

Tyto opravdu miniaturní čidla jsou vhodná pro přesná vážení v prostředích vyznačujících se malými rozměry. Existuje celkem 9 variant, které se liší ve vážícím rozsahu, nejmenší 0 - 1 kg a největší 0 - 454 kg, a tomu odpovídá i jeho rozdílná velikost, nejmenší má průměr jen 9.6 mm, zatímco ten největší rovných 19 mm. Samotná váha se pohybuje do 14 gramů. Senzor též obsahuje 5bodovou kalibraci, stejně jako čidla předchozí.

Hlavní parametry:

• Buzení (napájení): 5 V
• Výstupní signál: 2 mV/V
• Přesnost: 0.25 % z rozsahu
• Kompenzovatelný teplotní rozsah: 16 - 71 °C
• Max. provozní teplota: -54 až 107 °C
• Nulová odchylka: max. 2 % z rozsahu
• Mezní přetížení: až 300 % rozsahu (nedojde k destrukci snímače)
• Rozměry (mm): 9.6 až 49 (průměr D1) x 3.0 až 6.4 (tloušťka H) mm
• Cena: cca 21 tisíc Kč

LCGC - Nízkoprofilová vážní čidla s rozsahem již od 50 gramů

Proti předchozím snímačům se tyto odlišují hlavně vážícími rozsahy již v úrovních desítek a stovek gramů (nejnižší rozsah je 0 - 50 g), což umožňuje velmi přesně vážit i velmi malé a lehké výrobky. Též mají nepatrně nižší nepřesnosti (od 0.1 % do 0.25 % z rozsahu), to znamená, že jsou méně teplotně závislá, více dlouhodobě stabilní a přesněji váží. Všechny čidla této řady mají stejně malý průměr 0.25 mm a liší se pouze různou výškou v rozsahu 0.8 až 3.2 mm. Ostatní parametry jsou již podobné nebo shodné s předchozími.

Ukazatel pro vážní čidla - DP41

Pro potřeby okamžitého vážení nebo v případě potřeby předzpracování signálu z vážního čidla lze využít jednoduchou, ale chytrou, krabičku s displejem řady, což je panelový procesní a teplotní indikátor série INFINITY řady DP41. Jak název napovídá, zařízení je univerzální a existuje v několika provedeních odlišujících se provedením vstupů podle toho, co se má měřit. Mimo verze S pro náš případ vyhodnocení a zobrazení signálu z vážních čidel, resp. tenzometrů, které jsou v nich obsaženy, existují i verze pro měření termočlánků, odporových senzorů teploty typu Pt100 apod. Z mechanického pohledu jde o zařízení s krytím s IP65 ze směru čelního panelu - 6místného displeje. Přístroj je tedy vhodný pro zabudování do jiného zařízení, např. rozvaděče.

Z pohledu elektrického použití nabízí nejen připojení čidla, ale i jeho napájení z vnitřního zdroje napětí. Jako výstupy lze použít analogové napěťové nebo proudové, případně relé, nebo ke vzdálenému přenosu digitálních hodnot a řízení se může využít RS-232 nebo RS-485. Vnitřní elektronika umožňuje registrování maximální a minimální dosažené hodnoty, čtení hodnot až 12krát/minutu, zobrazení v konkrétních fyzikálních jednotkách, 4 alarmové indikátory. Dále je možné naprogramovat cejchování a posunutí měřeného signálu o libovolnou hodnotu. K dispozici je nakonec i software pro připojení přístroje k PC a vyhodnocení údajů.

Hlavní parametry:

• Napájení: 115 nebo 230 V AC, 49-400 Hz nebo 10 až 32 V DC
• Spotřeba: max. 10 W
• Rozlišení: 15bitů
• Přesnost: ±0.005% měř. hodnoty
• Komunikace: RS-232 a RS-485 s rychlostí přenosu až 19.2 kbaud
• Napěťové vstupní rozsahy: 0-100 mV, 0-1 V, 0-5 V, 1-5 V, 0-10 V, 0-100 V, ±50 mV, ±500 mV, ±5 V, ±50 V
  Proudové vstupní rozsahy: 0-20 mA, 4-20 mA
• Výstupy: TTL výstupy (izolované otevřené kolektory), Analogový výstup (0-5 V/1-5 V/0-10 V/0-20 mA/4-20 mA), reléové
• Rozměry: 48 x 96 x 165 mm
• Pracovní teplota: 0 až 50 °C
• Krytí: IP65 z pohledu čelního panelu

Závěr

Vážení se bude provádět vždy, ať již bude doba jakákoliv. V budoucnosti bude jistě docházet k další miniaturizace vážních systémů, ke zvyšování jejich odolnosti a zjednodušování použití. Směr dalšího vývoje vážních čidel je jistě ve stále větším podílu digitalizace, kdy se již přímo ze snímačů bude odebírat přímo digitální vzorky ve formátu dat nějaké průmyslové sběrnice. U uvedených snímačů je nutné ještě převod do digitální podoby provést externím zařízením, například v tomto článku uvedeným přístrojem DP41. Při použití dalších "krabiček" lze pak například hodnoty přenášet i bezdrátově na vzdálenosti až 100 m technologií WiFi. Takové moduly firmy Sollae lze najít i v nabídce HW serveru. Pro bližší informace o samotných vážních snímačích pak odkazuji na stránky českého distributora firmy Omega.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovské stránky výrobce, firmy Omega - www.omega.com
• Domovská stránka distributora v ČR - www.omegaeng.cz
  
  
• Další články týkající se senzorů na serveru automatizace.HW.cz