Статични теглоизмервателни системи
Начало > Измервателна техника > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 6, 2007
Приложен обхват, предимства, недостатъци, точност на измерване
Определянето на теглото на дадени среди е важна част от редица приложения в процесната индустрия. Теглото на течности и насипни материали в резервоар често е базова величина за определяне нивото на запълване на съда. Също така, теглото е определяща характеристика в процесите на производство на многокомпонентни смеси, където изпълнението на определената рецепта е невъзможно без точно дозиране на различните съставки. Теглото на материали е част и от т.нар. търговски измервания, при които изискванията към точността на измерване са най-високи, когато се отнася до скъпи вещества или малки количества. Измерва се теглото и в процеса на пакетиране на някои стоки. Част от всички изброени приложения изискват теглото да се измерва с висока точност, докато продуктите преминават покрай чувствителния елемент с определена скорост, т.е. формират групата на динамичните измервания. За разлика от тях, при статичните материалът или веществото се намира в статично състояние.
Видове теглоизмервателни системи
Съществува разнообразие от теглоизмервателни технологии. На най-ниското технологично стъпало обикновено се намират везните, използвани широко в търговската мрежа. Следват ги индустриалните везни, сред които специално разработените за приложение в железопътния транспорт и авиосектора, например. Освен че имат конструкция, подходяща за работа в тежки експлоатационни условия, индустриалните везни обикновено са цифрови устройства, поддържащи мрежови характеристики за свързването им към комплексни автоматизирани управленски решения. Сравнително по-сложни в техническо отношение са теглоизмервателните системи в дозиращите системи.
При статичните измервания доминират динамометричните сензори
Най-широко използваната измервателна технология, намираща приложение в над 90% от статичните измервания, се базира на използването на динамометрични сензори. Технологията е разработена през тридесетте години на двадесети век и почти тотално доминира на пазара на индустриални теглоизмервателни системи до наши дни. Сред основните причини е дългият живот на датчиците и големите интервали от време между сервизното им обслужване. За теглоизмервателните системи, базирани на динамометрични сензори, не е нещо нетипично периодът между две последователни повреди да е десет години. Това, според мнението на специалисти по поддръжката, често е причина, в случай на възникване на проблем с работата на системата, техническата документация понякога да е изгубена, а инженерът, инсталирал техниката, вече да не работи в компанията.
Чест случай от практиката е при рехабилитация на производството за част от процесните променливи, сред които е теглото на определен или група от материали, да се модернизира единствено електронният блок на теглоизмервателната система. Обикновено, модернизацията включва разширяване на комуникационните възможности с интегриране на съвременни цифрови технологии.
Как работят динамометричните сензори?
Наричани още товарови клетки, динамометричнитесензори преобразуват механични величини, включително тегло в електрически сигнал. Всеки сензор съдържа най-малко четири тензодатчика, свързани в Уитстонов мост. Принципът на работа на динамометричния сензор се основава на определяне промените в напрежението на единия диагонал на моста вследствие на разбалансирането му, съответстващо на големината на приложената сила.
Основни елементи в конструкцията на динамометричните сензори са пружинно тяло и запресован към него тензодатчик. От своя страна, тензодатчиците се изработват от тънък слой изолационен материал, върху който е отложено съпротивително покритие. Всяка деформация на пружинното тяло под въздействието на определена сила води до съответстваща й еластична деформация на тензодатчика. Промените във формата на тензодатчика рефлектират в промяна на съпротивлението на отложеното покритие. В свързаните в мостова схема тензодатчици, всеки два срещуположни са подложени съответно на опън или на натиск. Промяната в измереното напрежение на единия от диагоналите съответства на измерваното тегло.
Предимства и недостатъци
на технологията
Въпреки безспорните си предимства, тензометричните датчици не са оптимално решение за всяко измерване на тегло в индустрията. Подходящи са за измерване на много големи тегла, т.е. разширяването на измервателния им обхват в посока максимална стойност няма метрологични ограничения. В този случай проблемите произхождат от необходимостта от конструирането на много големи тензометрични датчици, което увеличава габаритите на цялата система. За сметка на това, те не се отличават с добри метрологични характеристики при измерване на малки тегла - измервателната грешка в този случаи е голяма. Разбира се, традиционните тензометрични теглоизмервателни системи не са оптимално решение и в динамични приложения, където трудно покриват изискваната точност на измерване на движещите се обекти.
Фактът, че в повечето конструкции теглоизмервателни системи датчиците се монтират навън и са изложени на въздействието на атмосферните влияния, налага да се обърне специално внимание върху изолацията им. По принцип се изисква датчиците и проводящите части да са херметически изолирани, което е наложило като особено удачно техническо решение използването на механични уплътнения. Друг проблем произтича от обстоятелството, че монтажните платформи обикновено се измиват с вода под налягане, пара или почистващи препарати, което също би могло да окаже отрицателно влияние върху тензометричните датчици.
Усъвършенствани динамометрични сензори
През последните години водещите компании в областта инвестират в усъвършенстване на базовата теглоизмервателна технология за статични измервания. Сред посоките, в които се работи, е разработване на тензометрични датчици, които веднъж интегрирани позволяват замяна без необходимост от допълнително калибриране на системата.
Усъвършенстваните тензометрични датчици се отличават с по-висока стабилност на показанията и много по-големи максимални стойности на измерване. Разширяването на измервателния обхват, обаче, обикновено води до нарастване на статистически определимата грешка при измерването, включваща грешката от нелинейност, плюс хистерезиса. Използването на сензори с по-широк измервателен обхват позволява избягване на повредите в теглоизмервателната система вследствие на претоварване. Също така съвременните датчици разполагат с вградени адаптери за лесно свързване.
Метрологични
характеристики
Основна метрологична характеристика на всеки динамометричен сензор е класът му на точност. Широко известно е, че според точностните си показатели сензорите се класифицират в четири класа - А, В, С и D. С най-висока точност на измерване се характеризират динамометричните сензори от клас А, а с най-ниска - тези от клас D. Малко специалисти обаче знаят, че всички метрологични характеристики на динамометричните сензори, включително класовете на точност и съответстващите им максимално допустими грешки, са специфицирани в документа R60 на Международната организация по законова метрология OIML (б.ред. Междуправителствена организация, създадена през 1955 г., осигуряваща метрологични указания за разработване на национални и регионални изисквания относно производството и употребата на средства за измерване). Като пълноправен член на организацията още от 1956 г., България е приела всички изисквания, залегнали в OIML R60. По тази причина предлаганите и на българския пазар динамометрични датчици би следвало да са специфицирани в съответствие с документа. Специалисти от фирми, предлагащи теглоизмервателни системи, съветват при покупката на тези продукти да се обръща внимание дали в техническата спецификация специално е упоменато съответствие с изискванията OIML R60. “В противен случай е напълно възможно динамометричен сензор от клас А в практиката да покаже резултати, съответстващи на С или D”, уверяват специалисти.
В OIML R60 са дефинирани всички метрологични характеристики на динамометричните сензори, принципите за класификацията и специфицирането им, грешките и методите за определянето им, както и изискванията към съвместната работа на датчиците с електронни блокове. Повече за изискванията в OIML R60 четете в следващ брой на списание Инженеринг ревю.
Вижте още от Измервателна техника
Новият брой 6/2024
