Grundlagen der Wägezelle – Technische Fragen und Antworten Teil 2

Interface hat im vergangenen Jahr eine Reihe von ForceLeaders-Webinaren zu Themen wie Mehrachsensensoren, Messgeräte, Drehmomentaufnehmer, kundenspezifische Lösungen und mehr veranstaltet. Wir planen, diese beliebte Reihe auch im neuen Jahr fortzusetzen, basierend auf dem Feedback, das wir zu interessanten Themen und Support-Anforderungen erhalten haben.

Eine der Funktionen, die wir gerne in unsere Veranstaltungen aufnehmen, ist die Beantwortung einer Liste von Top-Fragen sowie von Fragen, die wir von den Teilnehmern erhalten. In unserer Veranstaltung Wägezellen-Grundlagen haben wir viele interessante Anfragen sowie die wichtigsten Fragen zu unseren Präzisionswägezellenprodukten behandelt.

Die erste Gruppe von Fragen haben wir in unserem kürzlich erschienenen Beitrag, Load Cell Basics Technical Q&A Part One, hervorgehoben. Und es gibt noch mehr: Nachstehend finden Sie weitere Fragen, die wir während der Live-Veranstaltung beantwortet haben. Eine Zusammenfassung des Webinars ist ebenfalls online, in der die wichtigsten Themen, die wir während der einstündigen Veranstaltung mit den Kraftmessungsexperten Keith Skidmore und Brian Peters besprochen haben, noch einmal zusammengefasst sind.

Gibt es eine bessere Möglichkeit, eine Wägezelle zu tarieren?
Tara ist definiert als ein Abzug vom Bruttogewicht eines Stoffes und seines Behälters unter Berücksichtigung des Gewichts des Behälters, der manchmal auch als Behälter bezeichnet wird. Für die Zwecke dieses Verweises stellen wir fest, dass der Behälter der eigentliche Körper der Wägezelle ist.

Unabhängig davon, ob eine Wägezelle elektronisch oder mechanisch tariert wird, erfolgt die Vorlasttarierung des Systems in der Regel durch eine Instrumentierung. Sie wollen sicherstellen, dass die mechanische Tara-Last, die auf dem Sensor lastet, den nutzbaren Kapazitätsbereich nicht einschränkt. Was die Wägezelle anbelangt, so besteht eigentlich keine Notwendigkeit, irgendeine Art von mechanischer Tara unterzubringen. Es handelt sich um lineare Geräte, wenn Sie innerhalb des Bereichs bleiben. Was die mechanische Vorspannung angeht, so ist es wichtig, wie Sie einige Anbaugeräte vorspannen, insbesondere bei den LowProfile-Wägezellen. Wir empfehlen die Vorspannung, wenn Sie können. So erzielen wir die besten Ergebnisse, damit sich der Lastpfad durch die Gewinde nicht ändert, was sich auf eine sehr geringe Hysterese der Linearität auswirken kann.

Beeinflusst die Frequenzmessung die Reaktionsgeschwindigkeit der Wägezelle?
Dies hängt von der mechanischen Biegekonstruktion des jeweiligen Sensors ab. Es ist wichtig zu wissen, dass jeder Sensor eine mechanische Feder ist. Abhängig von der Steifigkeit oder den Durchbiegungseigenschaften einer Wägezelle ergeben sich unterschiedliche Eigenfrequenzen. Diese Informationen sind normalerweise in unseren Produktdatenblättern nach Modell und Konfiguration dokumentiert. Im Allgemeinen gilt: Je steifer der Sensor ist, desto besser ist sein Verhalten bei zyklischen Anwendungen.

Keith merkt außerdem an, dass Wägezellen bei Hunderten von Hertz hervorragend funktionieren. Wenn Sie nach Zehntausenden von Hertz fragen, sind sie es nicht. Es gibt einen Punkt, an dem sehr hohe Frequenzen dieser Standard-Kraftmessdosen nicht so effektiv sind. Die meisten unserer typischen Prüfkunden, die zyklische Lasten auf einen Prüfling anwenden, werden bestätigen, dass Kraftmessdosen mit niedrigem Profil oder auf Dehnungsmessstreifen basierende Kraftmessdosen für ihre Frequenzanforderungen hervorragend geeignet sind. Wenden Sie sich an unsere Anwendungsingenieure, wenn Sie eine extrem hohe Frequenzanforderung haben.

Tara und Erarbeitung eines Fehlerbudgets
Diese Frage kommt von einem Ingenieur, der ein berechnetes Fehlerbudget ausarbeitet, das bereits eine mechanische Tara-Last auf dem System hat. Wenn Sie das System vor Beginn der Prüfung tarieren, wie wirkt sich das auf die anfängliche Vorlast im System aus? Wirkt sich das auf Ihr Fehlerbudget aus? Die Antwort lautet: Ja, es kann einen gewissen Einfluss haben. Sie können den Temperatureffekt bei Null ausgleichen; wenn Sie jedoch viele Vorlasten haben, geht das nicht. Sie müssen auf Null zurückgehen, um den Effekt auszugleichen. Dies kann sich auf Ihr Fehlerbudget auswirken. Im Grunde genommen wird der Temperatureffekt eliminiert, wenn Sie auf Null zurückgehen. Sie können in Ihrem Budget nicht die gleiche Annahme treffen, wenn Sie erhebliche Vorlasten haben.

Empfiehlt Interface bestimmte Produkte zur Verstärkerinstrumentierung?
Wir haben eine große Auswahl an Verstärkerlösungen. Sie reichen von kleinen, einbaubaren Verstärkern bis hin zu Inline-Optionen, die auf DIN-Schienen montiert werden. Wir haben auch verschiedene digitale Ausgangsmessgeräte für Ethernet, Ethercat, Modbus und USB im Angebot.

Es ist wichtig, dass Sie sich darüber im Klaren sind, dass es Fehler gibt, die die Leistung der Messgeräte beeinträchtigen können. Die Auswahl des richtigen Messgeräts sollte von der Anwendung und den Änderungen in der Testumgebung abhängen. Die Auflösung ist ein entscheidender Faktor, wenn Sie eine digitale Umwandlung vornehmen. Es gibt viele Parameter zu berücksichtigen. Wir empfehlen Ihnen, sich das Angebot von Interface anzuschauen und sich mit unseren Anwendungsingenieuren in Verbindung zu setzen, um Ihre spezifischen Anforderungen zu prüfen.

Was ist das häufigste Problem bei der Installation einer Wägezelle?
Eines der Probleme, nach denen wir gefragt werden, hängt meist mit der mechanischen Installation zusammen. Es ist nicht so einfach wie eine Mutter, ein Bolzen und ein Gewindeanschluss. Es steckt viel mehr dahinter, und es wird oft übersehen, wie wichtig es ist, dass die Dinge richtig ausgerichtet sind, damit keine parallelen Lastpfade entstehen. Die gesamte Last muss durch die Wägezelle geleitet werden, um eine korrekte Messung zu ermöglichen. Wenn Sie zum Beispiel eine Montageplatte haben und die Platten auf den Schraubenköpfen der Wägezelle sitzen, wird die Last überbrückt. Der mechanische Einbau wird bei der Planung des Prüfaufbaus oft übersehen. Ihr wird oft nicht genügend Bedeutung beigemessen, wenn es um Ihre Prüfung geht.

Wir sehen auch oft, dass die Benutzer entweder ein unzureichendes Drehmoment in einer Baugruppe haben oder vielleicht ein zu hohes Drehmoment für die Wägezellen mit geringerer Kapazität. Es ist ratsam, auf das Installationsdrehmoment zu achten. Wenn Sie mit der mechanischen Installation nicht vertraut sind, empfehlen wir Ihnen, unsere detaillierten Installationsanweisungen anzufordern. Wir geben Ihnen Hinweise zu den empfohlenen Anzugsmomenten und den richtigen Methoden für die Befestigung des Sensors. Eine Wägezelle kann leicht überdreht werden, da sie für axiale Belastungen ausgelegt ist. Wir haben erlebt, dass Benutzer an Dingen kurbeln und dadurch zu viel Torsionslast übertragen, was zu Leistungsproblemen führt, die sich vielleicht nicht sofort bemerkbar machen.

Beeinflussen Kabel und Verstärker die Ergebnisse der Wägezellenkalibrierung?
Die Antwort ist, dass sie sich durchaus auf die Ergebnisse auswirken können. Das heißt nicht, dass es so sein muss, aber es kann die Leistung und Messgenauigkeit beeinflussen. Wenn Sie z. B. die Kabellänge ändern oder ein Gerät mit einer anderen Temperatur haben, bei dem das Kabel aus einem Ofen in einen Raum mit kühlerer Temperatur führt, können diese Dinge die Messung beeinflussen. Selbst wenn die Wägezelle eine konstante Temperatur hat, das Kabel aber die Temperatur ändert, führt dies zu einer Änderung des Signals. Das ist etwas, was Sie bei Ihrer Messung nicht wollen.

Sie können die Temperatur durch Abschirmung des Kabels abmildern oder ein dickeres Kabel verwenden, das weniger Auswirkungen hat. Einige dieser Faktoren lassen sich durch Kalibrierung ausgleichen. Wenn Sie ein langes Kabel anbringen und dann Ihre Wägezelle belasten, berücksichtigt sie, dass ein längeres Kabel vorhanden ist, und Sie können die Auswirkung der Kabellänge auf den Signalabfall aufgrund des Widerstands vollständig auskalibrieren. Einige Geräte messen die Spannung an der Wägezelle mit einem Sensor. In diesem Fall ist es unempfindlich gegenüber jeglichen Kabeleffekten. Sie können die Kabellänge ändern und es macht keinen Unterschied.

Ist eine Kraftanwendung von 10kn (2.250) lb. zu viel für eine 2.000 lb. Wägezelle?
Ja, das liegt oberhalb des kalibrierten Bereichs und daher kann man die Leistung nicht garantieren. Wägezellen bleiben in der Regel über die Kapazität hinaus linear, aber es gibt keine Garantie für die Genauigkeit. Dies gilt insbesondere, wenn Sie die Wägezelle mit der Frequenz überlasten. Sie fangen an, die Wägezelle in Bereichen zu beanspruchen, die Sie besser meiden sollten, damit die Ergebnisse genau bleiben. In vielen Fällen ist es besser, einen größeren Sensor zu verwenden. Achten Sie auf die tatsächliche Leistung. Das ist ein Vorteil der meisten unserer Produkte, insbesondere der LowProfile-Serie.

Gibt es eine maximale Abtastfrequenz für Dehnungsmessstreifen-Wägezellen?
Das hängt ein wenig von dem Modell der Wägezelle ab. Hunderte von Hunderten von Hertz sind sicherlich angemessen. Wenn Sie in die Nähe der auf unserem Produktdatenblatt angegebenen Eigenfrequenz kommen, empfehlen wir Ihnen, die Anwendung mit unseren Anwendungsingenieuren zu besprechen.

Wir kennen Ingenieure, die Wägezellen für Sicherheitsprüfungen einsetzen. Zum Beispiel müssen Sie vielleicht 10 Kilohertz abtasten. Die Wägezelle macht keinen Unterschied bei der Geschwindigkeit, mit der Sie das Signal abtasten, aber diese Zellen können nur mit einer Reaktionszeit von typischerweise einer Millisekunde reagieren. Es gibt keine beweglichen Teile oder aktiven Schaltkreise; in der Regel wird jedoch etwas getestet, bis es versagt. Es wird empfohlen, eine Abtastung mit ein paar tausend Hertz vorzunehmen, um sicherzustellen, dass man genau den Punkt erfasst, an dem das System ausfällt oder eine Spitze bildet. Wenn Sie sich Sorgen wegen des eingeführten Kriechfehlers machen, sollten Sie den Wert, der nicht Null ist, aufzeichnen, sobald Sie die Last loslassen. Das ist ein genaues Maß dafür, wie viel Kriechfehler eingeführt wurde, da er symmetrisch ist.

Wir trainieren unsere Wägezellen vor der Kalibrierung. Das geht relativ schnell und wird typischerweise in hydraulischen Rahmen durchgeführt, die für die Prüfung automatisiert sind und die Last in kurzen Zyklusintervallen, etwa 30 Sekunden, zyklieren. Es kommt wirklich auf das Ausmaß der Belastung an, nicht auf die Dauer der Belastung. Wenn die Last eine Stunde lang mit 120 % getestet wird, ist das nicht besser als 10 Sekunden, abgesehen davon, dass es eine Stunde lang eine Menge Kriechbewegungen gibt. Bei einer Übung muss man länger warten, bis der Kriechvorgang wieder einsetzt. Wenn die Last also ein schneller Zyklus ist, kann man den Nullpunkt schnell überprüfen.