لودسل چیست؟
لودسل نوعی سنسور الكترونیكی برای اندازه‌گیری وزن و نیرو است که در سیستم های توزین استاتیک و دینامیک، اندازه‌گیری كشش كابل‌‌ها و كشش نخ در كارخانجات نساجی و سایر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.
لودسل تغییرات نیروی وارد شده را به صورت یک سیگنال الکتریکی ضعیف در حد چند میلی ولت حس کرده و روی خروجی قرار داده و آن را به نمایشگر دیجیتال یا اندیکاتور انتقال می‌دهد.
این سنسور در انواع كششی، خمشی، فشاری و پیچشی ساخته شده است. لودسل ها انواع مختلفی دارند اما لودسل های فشار سنج رایج ترین نوع مورد استفاده هستند.
انواع لودسل بر اساس روش اندازه گیری نیرو
انواع لودسل بر اساس روش اندازه گیری نیرو به چهار دسته کلی زیر تقسیم می‌شوند :
- هیدرولیکی
- پنوماتیکی
- خازنی
- استرین گیج
در ادامه به توضیح هریک به اختصار می‌پردازیم.
لودسل هیدرولیکی
عملکرد این نوع سنسور‌ها مبتنی بر مایعات (آب یا روغن) می‌باشد. اساس کار لودسل هیدرولیکی افزایش فشار مایعات متناسب با نیروی اعمال شده می‌باشد.
این نوع لوسل‌ها از یک صفحه‌ی دیافراگمی کشسان تشکیل شدهاند و در زیر صفحه نیرو اعمالی تعبیه شدهاند. همچنین یک فشارسنج از نوع لوله بوردون نیز درون آن وجود دارد که به محیط مایع متصل می‌باشد.
به این ترتیب هنگامیکه نیرویی بر لودسل وارد شود، نیروی وارده پیستون را به سمت پایین حرکت می‌دهد و دیافراگم را منحرف می‌کند و این انحراف دیافراگم باعث افزایش فشار در محیط مایع (روغن) می‌شود.
میزان فشار و تراکم مایع متناسب با وزن اعمال شده خواهد بود. فشار سنج فشار اندازه‌گیری شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.
دقت کالیبراسیون این لودسل ها 0.25 درصد در مقیاس کامل می‌باشند.
لودسل پنوماتیکی
عملکرد این نوع سنسور ها مبتنی بر هوا می‌باشد. این نوع لودسل‌ها دقیقا مشابه دسته‌ی قبلی یعنی لودسل های هیدرولیکی کار می‌کنند با این تفاوت که به جای فشار مایعات، از فشار گاز بهره می‌برند. برای عملکرد مؤثر، لودسل های پنوماتیکی به هوا یا نیتروژن تمیز، خشک، تنظیم شده نیاز دارند.
کاربرد لودسل پنوماتیکی
کاربرد هرکدام از انواع لودسل‌ها می‌توانند متفاوت باشند، اما لودسل های پنوماتیکی اغلب برای کاربردهایی استفاده می‌شوند که نیاز به اندازه‌گیری وزن های نسبتاً کوچک دارند.
همچنین در محیط هایی که تمیزی و ایمنی از دغدغه های اصلی هستند، از لودسل های پنوماتیکی استفاده می‌شود.
آنها در تمام دماها و شرایط کار می‌کنند و به دلیل اینکه سیستم هیدرولیکی نیست، در صورت پارگی محفظه هیچ مایعی نشت نمی‌کند و درتیجه آن محیط را آلوده نمی‌شود.
لودسل خازنی
این لودسل‌ها از دو صفحه‌ی تخت موازی تشکیل می‌شوند. هنگامیکه به این صفحات ولتاژ الکتریکی اعمال می‌شود، جریان برقرار شده و بار الکتریکی پس از به پایداری رسیدن در میان صفحات، بر روی آن ها ذخیره می‌شود.
همان‌طور که می‌دانیم میزان بار ذخیره شده نسبت به ولتاژ دو سر خازن (ظرفیت خازنی)، به فاصله میان صفحات وابسته است.
زمانی که باری بر روی صفحه‌ی لودسل قرار می‌گیرد ، صفحات به هم نزدیک شده و این فاصله کم می‌شود. در نتیجه ظرفیت خازن تغییر خواهد کرد. میزان این تغییر متناسب با نیروی اعمال شده است.
لودسل استرین گیج
رایج ترین و پرکاربرد ترین نوع لودسل‌ها، لودسل های استرین گیج هستند. این لودسل ها هنگامیکه که تحت تاثیر فشار یا هرگونه نیروی کششی قرار می‌گیرد، متناسب با اندازه آن نیرو، یک مقاومت الکتریکی متفاوت از خود نشان می‌دهند.
با کالیبراسیون مقاومت اندازه‌گیری شده می‌توان نیروی ورودی را محاسبه کرد. از آنجاییکه مقاومت الکتریکی سنسورهای استرین گیج یک مقاومت خطی است، به همین دلیل قابل تبدیل به فشار و نیرو (و بالعکس) هستند.
ساختار داخلی لودسل استریج گیج
ساختار داخلی لودسل استرین گیج از چهار سنسور استرین گیج که در آرایش پل وتستون قرار گرفته‌اند تشکیل شده است. ساختار پل وتسون از دو شاخه‌ی مقاومتی تشکیل شده و مقاومت نامعلوم در یکی از این شاخه‌ها تعبیه شده است.
از طریق روابط تعادلی که بر مقدار مقاومت‌های این نوع آرایش مداری حاکم است و در ذیل به این رابطه اشاره کردیم، مقدار مقاومت نامعلوم مشخص می‌شود.
لودسل های استرین گیج از دقت بسیار بالایی در محدوده 0.03% تا 0.25% در مقیاس کامل ارائه می دهند و تقریباً برای تمام کاربردهای صنعتی مناسب هستند.
در لودسل استرین گیج، سنسورهای استرین گیج با آرایش پل وتستون به صورت زیر بر روی میله‌هایی نصب شدهاند و با وارد آمدن نیرو یا فشار، تغییر شکل می‌دهند.
فرمول حالت تعادل پل وتسون
در حالت تعادل در پل وتسون رابطه زیر برقرار است :
R1*R3 = R2*R4
ولتاژ خروجی تولید شده به علت تغییر مقاومت های پل وتسون طبق رابطه زیر محاسبه می‌شود :
Vo = [R3/(R3+R4) – R2/(R1+R2)]*VEX
انواع لودسل بر اساس ساختار
- تک پایه
- خمشی
- خمشی دو طرفه
- فشار
- کششی
لودسل تک پایه یا نقطه ای
لودسل تک پایه یا تک نقطه‌ای از ساده ترین انواع رایج لودسل‌ها است که می‌تواند اعمال نیرو را در یک نقطه اندازه بگیرد. استرین گیج های این لودسل در بالای آن تعبیه شده و در حقیقت برای اندازه‌گیری فشار و وزن از آن استفاده می‌شود. اندازه‌گیری لودسل نقطه ای به صورت فشاری و در یک نقطه بوده و برای ظرفیت وزنی در محدوده زیر یک تن می‌باشد.
از کاربرد های لودسل تک پایه می توان به بسیاری از ترازو ها از جمله ترازو‌های فروشگاهی، ترازو قطعه شمار، ترازوی پزشکی، ترازوی پستی، ماشین آلات پرکن و بسته بندی ، ترازوی فرودگاهی و ... اشاره کرد. بنابراین لودسل تک پایه از پرکاربردترین انواع لودسل ها می‌باشد.
معایب لودسل تک پایه
از معایب لودسل تک نقطه ای می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- محدودیت وزنی زیر یک تن (نهایتا ۶۰۰ کیلوگرم) برای این لودسل ها
- اندازه گیری وزن فقط در حالت فشاری و در یک نقطه
لودسل خمشی
یکی دیگر از انواع لوسل ها، لودسل خمشی نام دارد که در ظاهر بسیار شبیه لودسل تک پایه می‌باشند. لودسل خمشی از دو جزء اصلی فنر فلزی و سنسور استرین گیج برای محاسبه نیرو و دو جزء فرعی بدنه و المان های آب بندی برای محافظت از سنسور تشکیل شده است.
برای راه‌اندازی لودسل خمشی بایستی ابتدا سمت ثابت لودسل را توسط پپچ و مهره بر روی سطح صافی ثابت کرده و از طریق فنر فلزی تعبیه شده بر‌روی محصول اقدام به اعمال بار بر روی لودسل بکنیم، با اعمال وزن یا نیرو به فنر فلزی، سنسور کنش سنج موجود بر روی دستگاه نیروی مکانیکی اعمالی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می‌کند.
با اندازه‌گیری و کالیبراسیون ولتاژ تولید شده می‌توان وزن و نیروی وارد شده را محاسبه کرد. عمده استفاده این نوع لودسل در کاربردهایی است که بار به صورت گسترده وجود دارد؛ مانند مخازن که سطح اعمال بار گسترده‌ای دارند و یا نیروی فشاری مدنظر است.
لودسل خمشی به علت ساختار و ویژگی‌های داخلی دارای وزن قابل تحمل بیشتری است؛ اما نسبت به نوع تک پایه هزینه بیشتری دارند.
لودسل خمشی دو طرفه
لودسل های خمشی دو طرفه برای سیستم های توزین مختلف نظیر توزین سیلو، توزین مخازن، توزین باسکول، لاشه‌کش‌ها و باسکول‌های کفه ای کاربرد داشته و به صورت چند تایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ساختار داخلی این لودسل ها همانند لودسل های خمشی از یک هسته فلزی با جنس آلیاژ خاص و تعدادی استرین گیج تشکیل شده است. سرعت برگشت پذیری لودسل خمشی دو طرفه تعیین کننده میزان کیفیت و دقت آن می‌باشد.
لودسل فشاری
لودسل فشاری از انواع لودسل‌هایی است که در سیستم های توزین قطار، سیستم توزین هوایی، سیستم توزین مخازن بزرگ و کارخانجات بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.
یک لودسل فشاری که در زیر جسم مورد نیاز برای اندازه‌گیری قرار می‌گیرد نیروی فشاری را در امتداد یک محور واحد اندازه‌گیری کرده و وزن را مشخص می‌کند.
این لودسل ها از موادی ساخته شدهاند که در برابر زنگ زدگی و خراش مقاوم هستند. سلولهای باری فشاری به طور خاص برای کاربرد در فضا های محدود طراحی شده است.
آنها همچنین برای اندازه‌گیری بار هایی با ظرفیت بالا ( 250 کیلوگرم تا 10 تن ) ایده‌آل هستند. این قطعه در انواع بشکه‌ای و ساچمه‌ای موجود می‌باشد.
لودسل کششی
لودسل کششی یکی از انواع لودسل‌هایی است که دارای ماهیت کششی بوده و در سیستم‌های توزینی نظیر باسکول جرثقیل، ترازوی آویز، سیستم توزین سقفی و ترازو‌های مورد استفاده در تجهیزات پزشکی و داروسازی اشاره کرد.
لودسل های کششی معمولا در مکان‌های این لاین و برخط مورد استفاده قرار می‌گیرند.
از انواع لودسل‌های کششی، به لودسل‌های s شکل می‌توان اشاره کرد. دقت بسیار بالا، نصب آسان و قیمت پایین لودسل s شکل موجب شده که این نوع لودسل در بسیاری از دستگاه های توزین مورد استفاده قرار گیرد.
فشار سنج
کرنش سنج نوعی عنصر حسگر است که مقاومت الکتریکی آن در نتیجه یک نیروی اعمال شده متفاوت است.
تنش اصطلاحی است که برای توصیف نیروی مقاومت داخلی که یک جسم در برابر اعمال نیروی خارجی از خود نشان می دهد، استفاده می‌شود در حالیکه فشار کرنش معمولی متشکل از یک بستر عایق بر روی آن است که یک الگوی فویل فلزی رسانا به صورت زیگ زاگ رسوب کرده است.
اساس کار فشار سنج
هنگامی که فشار سنج تحت فشار قرار می گیرد، دستگاه بسته به جهت نیروی وارد شده فشرده یا کشیده می‌شود.
کشیدگی یا فشرده سازی فشار سنج، الگوی فویل فلزی روی بستر را تحریف می‌کند، که مقاومت الکتریکی آن را تغییر می‌دهد.
از تغییر مقاومت الکتریکی به کمک مدار پل وتسون می‌توان برای اندازه‌گیری نیروی وارد شده به فشار کرنش استفاده کرد.