Wie funktionieren Wägezellen?
Was ist die am häufigsten gestellte Frage, die im Zusammenhang mit Interface und den von uns hergestellten Produkten gesucht wird? Diese Frage mag Prüfingenieuren und häufigen Käufern von Interface-Kraftmesslösungen zu einfach erscheinen, aber für viele ist es eine wichtige Frage. Was wollen wissbegierige Nutzer des Internets wissen? Sie wollen wissen, wie Kraftmesszellen funktionieren.
Als wir dieser Frage nachgingen, erfuhren wir, dass viele den Zweck einer Wägezelle verstehen. Eine Wägezelle wandelt eine aufgebrachte mechanische Kraft, sei es Zug, Druck oder Torsion, in ein messbares elektrisches Signal um. Jede Änderung der Kraft führt zu einer proportionalen Erhöhung oder Verringerung des Ausgangssignals.
Es gibt immer weniger Menschen, die verstehen, wie ein Kraftaufnehmer funktioniert. Nach 55 Jahren Herstellung von Wägezellen dachten wir, wir sollten helfen, eine Antwort auf eine unglaublich gute Frage zu geben. Hier ist ein kurzer technischer Überblick über die Funktionsweise einer Wägezelle.
Interface Tech Talk Answers Wie funktionieren Wägezellen?
Eine Wägezelle besteht aus zwei grundlegenden Komponenten. Sie besteht aus einem Federelement, das oft als Biegeelement bezeichnet wird und die zu messende Last mechanisch abstützt, und einem Element zur Messung der Durchbiegung, das auf die aus der Krafteinwirkung resultierende Biegebewegung reagiert.
Einfacher ausgedrückt: Ein Biegebalken wird belastet, und wenn ein Gewicht oder eine Kraft aufgebracht wird, führt die Änderung der Biegung (Durchbiegung) zu einer Änderung der Leistung.
Die grundlegende Funktion einer Wägezelle besteht darin, eine aufgebrachte Kraft in ein Ausgangssignal umzuwandeln, das dem Benutzer eine Messung liefert. Dieser Prozess der Umwandlung einer Kraft in Daten wird normalerweise durch eine Wheatstone-Brücke abgeschlossen, die aus Dehnungsmessstreifen besteht.
Dehnungsmessstreifen-Wägezellen: Ein Dehnungsmessstreifen besteht in der Regel aus einem besonders feinen Draht oder einer Metallfolie, die in einem gitterartigen Muster angeordnet sind. Die Dehnungsmessstreifen werden strategisch auf dem Biegeelement der Wägezelle platziert und fest verklebt, so dass die kraftbedingte Auslenkung des Biegeelements die Dehnungsmessstreifen dehnt oder staucht. Wenn also Zug oder Druck ausgeübt wird, ändert sich der elektrische Widerstand der Dehnungsmessstreifen und das Gleichgewicht der Wheatstone-Brücke verschiebt sich ins Positive oder Negative. Im Grunde wandeln die Dehnungsmessstreifen Kraft, Druck oder Gewicht in eine Veränderung um, die dann als elektrisches Signal gemessen werden kann.
Warum Dehnungsmessstreifen in Wägezellen verwenden? Zu den Eigenschaften von Dehnungsmessstreifen gehören thermische Nachführung, Temperaturkompensation, Kriechkompensation, Frequenzgang und Nichtwiederholbarkeit. Der größte Vorteil des Dehnungsmessstreifens als Durchbiegungsmesselement ist die Tatsache, dass er eine unendliche Auflösung hat. Das bedeutet, dass jede noch so kleine Durchbiegung als Änderung des Widerstands des Dehnungsmessstreifens gemessen werden kann.
Der Dehnungsmessstreifen ist die entscheidende Grundlage einer Wägezelle und die wichtigste Komponente für genaue und zuverlässige Messungen. Eine Sache, die Sie über Interface-Kraftmessdosen wissen sollten, ist, dass wir unsere eigenen Dehnungsmessstreifen im eigenen Haus entwickeln und dabei ein proprietäres Herstellungsverfahren verwenden, um eine erstklassige Leistung zu gewährleisten.
Neben den Dehnungsmessstreifen-Wägezellen gibt es auch zwei andere, weniger verbreitete Wägezellen, die verschiedene Arten von Datenerfassungsmethoden verwenden. Dabei handelt es sich um pneumatische und hydraulische Methoden.
Pneumatisch: Diese Wägezellen werden in der Regel für die Messung geringerer Gewichte mit hoher Genauigkeit verwendet. Sie messen das Gewicht in Form einer Kraft-Balance, d. h. das Gewicht wird als Druckänderung angegeben. Die wichtigsten Vorteile pneumatischer Wägezellen sind ihre Unempfindlichkeit gegenüber elektrischem Rauschen, ihre Unempfindlichkeit gegenüber Funkenbildung und ihre geringe Reaktion auf Temperaturschwankungen.
Hydraulisch: Wie der Name schon sagt, nutzen diese Wägezellen den Druck einer Flüssigkeit zur Messung. Wie pneumatische Wägezellen gleichen hydraulische Wägezellen die Kraft aus, indem sie das Gewicht als Druckänderung messen, wobei der Flüssigkeitsdruck aufgrund einer Kraftzunahme ansteigt. Diese Wägezellen haben keine elektrischen Komponenten, so dass sie auch unter gefährlichen Bedingungen gut funktionieren.
Hier im Download finden Sie unser Handbuch: Grundlagen der Kraftmessung in Englischer Sprache
https://www.interfaceforce.de/wp-content/uploads/2023/01/Load-Cell-Field-Guide-2022.pdf
Wie wählt man die richtige Wägezelle aus?
Wägezellen scheinen ein äußerst einfaches Gerät zu sein, das zur Messung verschiedener Kräfte wie Gewicht, Druck, Spannung, Torsion oder einer Kombination dieser Kräfte verwendet wird. Die Messung kann auf einer einzigen Achse oder über mehrere Achsen erfolgen. Es gibt jedoch viele verschiedene Arten von Dehnungsmessstreifen und Kraftmessdosen, die für eine Vielzahl von Umgebungen und Anforderungen bei der Kraftmessung ausgelegt sind.
Die Spezifikationen eines Messsensors bestätigen die Konstruktionsmöglichkeiten und -kapazitäten, einschließlich der Messmenge, die für ein bestimmtes Gerät verwendet werden kann, bevor die Grenzen überschritten werden.
Der Bereich der Kraftmessung unterliegt den gleichen Beschränkungen wie jede andere Disziplin. Es beginnt mit Überlegungen zu Gewicht, Größe, Kosten, Genauigkeit, Lebensdauer und Nennkapazität. Das bedeutet auch, dass Überlegungen zu Fremdkräften, Prüfprofil, Fehlerspezifikationen, Temperatur, Höhe, Druck und Umgebung bei der Auswahl einer Wägezelle besonders wichtig sind.
Der Hauptunterschied bei Dehnungsmessstreifen ist das bei der Herstellung verwendete Basismaterial. Unterschiedliche Materialien werden verwendet, wenn eine Wägezelle bei verschiedenen Temperaturen, Feuchtigkeitsgraden und Höhenlagen optimal funktionieren muss. Die Abstimmung des richtigen Dehnungsmessstreifens und der Wägezelle auf die Bedürfnisse des Kunden ist entscheidend für die Genauigkeit. Aus diesem Grund ist Interface seit fünfeinhalb Jahrzehnten ein hervorragender Hersteller von Präzisionswägezellen und ist weiterhin ein zuverlässiger Lieferant für Marktführer, Innovatoren, Ingenieure und Prüfinstitute auf der ganzen Welt. Das ist es, was wir am besten können. Das ist es, was wir wissen.
Unser Team von Ingenieuren und Fertigungsexperten verfügt über Fachwissen, das sich im Laufe der Zeit, durch Anwendungen und Erfahrung mit Wägezellen entwickelt hat. Eine Wägezelle ist zunächst ein Rohteil aus Stahl, Aluminium oder einem anderen Metall. Sie wird von Experten in der Wägezellenproduktion, Maschinenbauern und Qualitätsingenieuren bearbeitet, gemessen, verdrahtet, fertiggestellt und kalibriert.
Wenn Sie gerade erst anfangen, mit Produkten zu arbeiten, die eine genaue Kraftmessung erfordern, empfehlen wir Ihnen, mit einem Anwendungsingenieur zu sprechen, der Ihnen helfen kann, die für Ihren Anwendungsfall am besten geeignete Wägezelle zu finden.
Beim Kauf einer Wägezelle ist es wichtig, die Art der zu messenden Kraft, die Größe der Anwendung, die Umgebung, in der Sie die Anwendung messen werden, die Genauigkeit der benötigten Daten, die Art des Kommunikationsausgangs, der mit Ihrem aktuellen Testsystem funktioniert, und die besonderen Merkmale Ihrer Anwendung, wie extreme oder gefährliche Bedingungen, zu kennen.