Niedrigprofil-Wägezellen im Vergleich zu einfachen Einsäulen-Wägezellen
Standard-Wägezellen von Interface sind entweder um den Biegebalken, den Scherbalken oder die Rohrsäule herum konstruiert. Um die Gründe für diese messtechnische und technische Entscheidung zu verstehen, müssen wir die einfache Säulenzelle im Vergleich zur Niedrigprofilkonstruktion verstehen.
Aufgrund von Qualität, Leistung und Langlebigkeit hat Interface unser LowProfile®-Design vor mehr als fünf Jahrzehnten zum Markenzeichen gemacht. Dieser Beitrag enthält Informationen aus dem Load Cell Field Guide von Interface. Sie können ein kostenloses Exemplar dieses wichtigen Test- und Messwerkzeugs hier herunterladen.
Während eine einfache Einsäulen-Wägezelle im Vergleich zu einer LowProfile-Wägezelle einfach erscheinen mag, ist ihre Konstruktion alles andere als einfach. Die physischen Komponenten sind relativ einfach herzustellen, aber mehrere komplizierte Merkmale schränken ihre praktische Verwendbarkeit für hochpräzise Test- und Messanwendungen stark ein. Die Präzisionsrohrsäulenkonstruktionen von Interface sind keine einfachen Säulenwägezellen. Im Folgenden werden die drastischen Unterschiede erläutert.
Die LowProfile-Wägezelle von Interface, ein Pancake-Design, ist in jeder Hinsicht wesentlich besser als die einfache einspaltige Zelle. Hier sehen Sie einen Einblick in das LowProfile-Design.
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Überlegungen zur LowProfile-Wägezelle
- Der Wärmepfad ist massiv und umgibt die gesamte Zelle. Der Wärmepfad zwischen der Außenfläche und allen Messgeräten ist sehr kurz. Es gibt fast keine Temperaturgradienten, und sie gleichen sich sehr schnell aus.
- Kompensationswiderstände sind auf dem Biegeelement in der Nähe der Dehnungsmessstreifen angebracht.
- Die Membranen dienen nur als Dichtungsmechanismus, nicht als Stütze, so dass sie keine nennenswerten Fehler in die Zelle einbringen.
- Es gibt zwei gegenüberliegende Membranen, eine oben und eine unten an der Zelle. Ihre durch den Druck verursachten Gegenkräfte sind gleich groß und entgegengesetzt, so dass sich die Druckeffekte aufheben.
- Die Zelle ist kurz und gedrungen und lässt sich daher viel einfacher in Systemdesigns integrieren. Säulenzellen haben eine Höhe von 6″ bis 24″, während die Höhe einer LowProfile-Zelle mit einer Basis von 2,5″ bis 6,5″ beträgt.
- Die Konstruktion ist von Haus aus momententilgend und rotationssymmetrisch. Darüber hinaus wird die Momentenauslöschung durch spezielle Tests und Einstellungen im Werk verbessert. Weitere Informationen finden Sie unter: Was ist Momentenkompensation?
- Da sich die Querschnittsfläche der Biegezelle bei Belastung nicht nennenswert ändert, ist das Ergebnis von Natur aus linearer und symmetrischer zwischen Zug- und Druckmodus.
- Bei gleichem Spannungsniveau in der Biegung ist die Leistung der Scherbalkenzelle bis zu 2,5 Mal höher als die einer Säulenzelle.
Das proprietäre LowProfile-Design von Interface ist insgesamt kompakter, wobei alle Komponenten mit der Biegestruktur verbunden sind, so dass sie der Ermüdungslebensdauer von 100 Millionen Zyklen besser standhalten kann. Unsere Standard-LowProfile-Wägezelle 1200 „Blue“ ist die beliebteste Wägezelle auf dem Markt und wird weltweit in Prüflabors und Industrieanwendungen eingesetzt.
Einfache Wägezelle mit einer Säule – Überlegungen
- Einer der größten Nachteile einer einfachen einsäuligen Wägezelle ist ihr thermischer Pfad. Dieser Weg, der lang ist und einen dünnen Querschnitt hat, kann zu einer verlängerten Temperaturstabilisierung führen. Wird beispielsweise eine Seite des Gehäuses erwärmt, dehnt sich das Gehäuse auf der heißen Seite aus, was zu einer Nullpunktverschiebung in der Säule führt. Dieses thermische Problem ist eine kritische Einschränkung, die es zu beheben gilt.
- Wenn die Doghouse-Seite der Zelle erwärmt wird, ändern die Kompensationswiderstände ihren Widerstand, bevor die Säule die Temperaturänderung bemerkt. Die Widerstände versuchen also, eine Änderung zu kompensieren, die noch nicht stattgefunden hat, was zu einer Nullpunktverschiebung und einer Ausgangsverschiebung führt.
- Die Membranen sind eine wichtige Stütze, die Momentlasten von der Säule fernhält. Da sie sich jedoch außerhalb der geeichten Bereiche der Stütze befinden, stellen sie einen nicht geeichten Parallelpfad dar, wodurch ihre Fehler (Nichtlinearität, Hysterese und thermisches Verhalten) direkt in den Messpfad einfließen. Die Membranen können nicht ausreichen, um die Säule vor reinen Momentbelastungen zu schützen, ohne dass erhebliche Fehler auftreten.
- Druckänderungen aufgrund von Luftdruckveränderungen oder Höhenprüfungen wirken auf die Membran ein und verursachen eine Nullpunktverschiebung. Beispielsweise würde eine Membran mit einem Durchmesser von sechs Zoll bei einem Test eine Kraftänderung von 375 Pfund in einer Säulenzelle von Meereshöhe auf Weltraumorbithöhe bewirken.
- Da sich die Querschnittsfläche der Säule mit der Belastung ändert und zwischen Zug- und Druckmodus unterschiedlich ist, ist das Ergebnis nichtlinear und unsymmetrisch. Nichtlineare Halbleiterdetektoren können die Nichtlinearität kompensieren, allerdings nur in einem Modus.
Auf der anderen Seite bieten Kraftmessdosen mit niedrigem Profil eine kompaktere Lösung, die die Integration in Prüfgeräte wesentlich erleichtert. Dieser Vorteil steigert nicht nur die Effizienz der Ausrüstung, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten für Prüfungen bei beengten Platzverhältnissen.
Wenn Sie Fragen dazu haben, welcher Wägezellentyp für Ihre Prüfanwendung am besten geeignet ist, setzen Sie sich bitte mit unseren Anwendungsingenieuren in Verbindung oder nutzen Sie unseren Leitfaden zur Auswahl von Wägezellen.
Schauen Sie sich auch bei unseren Flachprofil-Kraftaufnehmern um. Mehr dazu finden Sie hier.