โหลดเซลล์ทำงานอย่างไร: วิทยาศาสตร์เบื้องหลังความแม่นยำของแท่นชั่ง

โหลดเซลล์ทำงานอย่างไร: คำตอบสั้นๆ

โหลดเซลล์แปลงแรงเชิงกล—น้ำหนัก—ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ภายในโหลดเซลล์ทุกเซลล์จะมีองค์ประกอบโลหะที่เสียรูปเล็กน้อยเมื่อรับน้ำหนัก ที่ยึดติดกับองค์ประกอบนั้นคือสเตรนเกจ: ฟอยล์ต้านทานแบบบางซึ่งความต้านทานไฟฟ้าจะเปลี่ยนไปในขณะที่ยืดหรือบีบอัด การเปลี่ยนแปลงความต้านทานนั้นทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตที่วัดได้เป็นสัดส่วนกับแรงที่ใช้ ในก สะพานชั่ง โหลดเซลล์หลายเซลล์ถูกวางไว้ใต้แผ่นรอง และสัญญาณไฟฟ้าที่รวมกันจะถูกประมวลผลโดยตัวบ่งชี้หรือกล่องรวมสัญญาณเพื่อแสดงการอ่านค่าน้ำหนัก

นั่นคือกลไกหลัก อย่างอื่นทั้งหมด เช่น การปิดผนึกสุญญากาศ การชดเชยอุณหภูมิ การป้องกันการโอเวอร์โหลด เอาต์พุตดิจิตอล ล้วนเป็นวิศวกรรมที่สร้างขึ้นตามหลักการพื้นฐานดังกล่าว การทำความเข้าใจรายละเอียดมีความสำคัญ เนื่องจากการเลือกโหลดเซลล์ การติดตั้ง และการบำรุงรักษาจะเป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าสะพานชั่งน้ำหนักจะทำงานได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้ตลอดระยะเวลาหลายปีของการดำเนินงาน

สเตรนเกจ: แกนหลักของโหลดเซลล์ทุกตัว

สเตรนเกจเป็นองค์ประกอบการตรวจจับที่ทำให้เทคโนโลยีโหลดเซลล์เป็นไปได้ ประกอบด้วยรูปแบบฟอยล์โลหะเนื้อละเอียด—โดยทั่วไปคือโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม—ติดด้วยกาวกับพื้นผิวของตัวโลหะที่ยืดหยุ่น ซึ่งมักจะเป็นโลหะผสมคุณภาพสูงหรือเหล็กกล้าไร้สนิม เมื่อตัวโลหะเสียรูปตามน้ำหนัก ฟอยล์จะเสียรูปไปด้วย สิ่งนี้จะเปลี่ยนความต้านทานไฟฟ้าของฟอยล์ตามความสัมพันธ์ที่อธิบายโดยเกจแฟกเตอร์ (GF)

ค่าแฟกเตอร์เกจสำหรับสเตรนเกจโลหะส่วนใหญ่มีค่าประมาณ 2.0 ซึ่งหมายความว่าความเครียด 0.1% ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทาน 0.2% สำหรับสเตรนเกจมาตรฐาน 350 โอห์ม ซึ่งแปลเป็นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานประมาณ 0.7 โอห์ม ซึ่งเป็นค่าเพียงเล็กน้อยที่ต้องใช้การออกแบบวงจรอย่างระมัดระวังจึงจะวัดได้อย่างแม่นยำ

วงจรสะพานวีทสโตน

โหลดเซลล์ใช้สเตรนเกจสี่ตัวที่จัดเรียงในลักษณะสะพานวีทสโตน เกจสองตัววางอยู่ในความตึงเครียด (จะยืดออกภายใต้ภาระ) และอีกสองเกจจะอยู่ในแรงอัด (จะสั้นลงภายใต้ภาระ) ข้อตกลงนี้ให้ข้อดีที่สำคัญหลายประการ:

• สัญญาณเอาท์พุตเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับการใช้เกจเดียว ช่วยเพิ่มความไว
• ผลกระทบของอุณหภูมิจะถูกยกเลิกเนื่องจากเกจทั้งสี่ตัวประสบกับสภาพแวดล้อมทางความร้อนที่เหมือนกัน
• ข้อผิดพลาดที่ไม่ใช่เชิงเส้นจะลดลงผ่านการจัดเรียงเกจที่ตรงกันข้าม
• บริดจ์สร้างเอาต์พุตเป็นศูนย์ที่โหลดเป็นศูนย์ (เอาต์พุตเป็นโมฆะ) ทำให้ประมวลผลสัญญาณได้ง่ายขึ้น

แรงดันไฟฟ้ากระตุ้นมาตรฐานของ กระแสตรง 5 ถึง 15 โวลต์ ถูกนำมาใช้ข้ามสะพาน ที่ความจุที่กำหนด สะพานจะสร้างเอาต์พุตระดับมิลลิโวลต์—โดยทั่วไป 2 มิลลิโวลต์/วี หมายความว่าการกระตุ้น 10V จะให้พลังงาน 20 mV ที่โหลดเต็มที่ จากนั้นสัญญาณนี้จะถูกขยายและประมวลผล

โหลดเซลล์ประเภทที่ใช้ในสะพานชั่ง

โหลดเซลล์บางเซลล์อาจมีรูปทรงไม่เหมือนกัน รูปร่างภายในขององค์ประกอบยืดหยุ่นจะกำหนดลักษณะการเปลี่ยนรูป ซึ่งจะส่งผลต่อความแม่นยำ ช่วงความจุ และความเหมาะสมสำหรับการกำหนดค่าแท่นชั่งน้ำหนักต่างๆ

โหลดเซลล์แบบบีบอัด

ประเภทเหล่านี้เป็นประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดในแท่นชั่งน้ำหนักแบบติดตั้งบนหลุมและแบบติดตั้งบนพื้นผิว ได้รับการออกแบบมาให้รับน้ำหนักในแกนเดียว - ตรงลงมา - และโดยทั่วไปจะเป็นทรงกระบอกหรือรูปแพนเค้ก เซลล์รับแรงอัดที่ใช้ในเครื่องชั่งรถบรรทุกรองรับสมรรถนะจาก 50 ตันถึงมากกว่า 150 ตันต่อเซลล์ โดยมีเซลล์หกถึงสิบสองเซลล์ที่โดยทั่วไปรองรับแท่นชั่งน้ำหนักแบบเต็ม มีความทนทาน ติดตั้งง่าย และรองรับน้ำหนักด้านข้างได้ดีพอสมควรเมื่อติดตั้งด้วยฮาร์ดแวร์สำหรับติดตั้งที่เหมาะสม

โหลดเซลล์คานดัด

เซลล์ลำแสงดัดทำงานบนหลักการคานยื่นหรือปลายคู่ โหลดกระทำที่จุดหนึ่งหรือสองจุดตามแนวลำแสงซึ่งจับจ้องอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ทำให้เกิดการโค้งงอ สเตรนเกจที่วางอยู่ที่ตำแหน่งโมเมนต์การดัดงอสูงสุดจะจับความผิดปกตินี้ เซลล์เหล่านี้ได้รับความนิยมในเครื่องชั่งแบบตั้งพื้นขนาดต่ำและการออกแบบแท่นชั่งน้ำหนักแบบพกพาบางรุ่น เนื่องจากสามารถติดตั้งได้บนพื้นที่ที่มีพื้นที่ตื้นมาก โดยทั่วไปจะใช้สำหรับความจุภายใต้ 20 ตันต่อเซลล์ .

โหลดเซลล์รับแรงเฉือน

เซลล์ลำแสงเฉือนจะวัดความเค้นเฉือนมากกว่าการดัดงอหรือการบีบอัดโดยตรง สเตรนเกจวางอยู่ที่ 45 องศากับแกนลำแสงเพื่อจับแรงเฉือนสูงสุด การออกแบบนี้ไม่ไวต่อจุดรับน้ำหนักมากนัก ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญในการใช้งานสะพานชั่งน้ำหนักซึ่งภาระของเพลายานพาหนะอาจไม่ลงสู่ตำแหน่งที่แน่นอน คานรับแรงเฉือนให้ความแม่นยำดีเยี่ยม ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะทำได้ OIML คลาส C3 หรือดีกว่า และใช้กันอย่างแพร่หลายในทั้งเครื่องชั่งน้ำหนักเพลาแบบพกพาและการติดตั้งแท่นชั่งน้ำหนักแบบถาวร

โหลดเซลล์จุดเดียว

เซลล์จุดเดียวได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้การอ่านที่แม่นยำ ไม่ว่าโหลดจะวางอยู่ที่ใดบนแท่นก็ตาม โดยอยู่ภายในขีดจำกัด ส่วนใหญ่จะใช้ในเครื่องชั่งแบบแท่นขนาดเล็ก และไม่ค่อยพบในแท่นชั่งน้ำหนักรถบรรทุกขนาดเต็ม อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้จะปรากฏอยู่ในเครื่องชั่งน้ำหนักแผ่นเพลาบางรุ่นที่ใช้สำหรับการตรวจสอบการบังคับใช้กฎหมายริมถนนอย่างรวดเร็ว

จากสัญญาณดิบไปจนถึงการอ่านน้ำหนัก: เส้นทางสัญญาณในแท่นชั่งน้ำหนัก

การทำความเข้าใจวิธีการทำงานของโหลดเซลล์แบบแยกส่วนเป็นเพียงส่วนหนึ่งของภาพรวมเท่านั้น ในการติดตั้งแท่นชั่งน้ำหนัก โหลดเซลล์หลายตัวทำงานร่วมกัน และสัญญาณจะผ่านขั้นตอนการประมวลผลหลายขั้นตอนก่อนที่ค่าน้ำหนักจะปรากฏบนจอแสดงผล

ขั้นตอนที่ 1: เอาท์พุตเซลล์ส่วนบุคคล

โหลดเซลล์แต่ละตัวที่อยู่ใต้แท่นชั่งน้ำหนักจะสร้างสัญญาณระดับมิลลิโวลต์ตามสัดส่วนของแรงที่โหลดเซลล์นั้นรับ เนื่องจากน้ำหนักบรรทุกจากยานพาหนะไม่เคยอยู่ตรงกลางอย่างสมบูรณ์ แต่ละเซลล์จึงมีส่วนแบ่งไม่เท่ากัน รถบรรทุกขนาด 60 ตันที่จอดแบบไม่สมมาตรอาจมีน้ำหนัก 12 ตันที่มุมหนึ่งและ 8 ตันในอีกมุมหนึ่ง

ขั้นตอนที่ 2: กล่องรวมสัญญาณและการรวมสัญญาณ

สายเคเบิลเซลล์แต่ละเส้นวิ่งไปที่กล่องรวมสัญญาณ (หรือที่เรียกว่ากล่องรวมสัญญาณ) ภายใน สัญญาณจะถูกรวมเข้าด้วยกัน—ไม่ว่าจะผ่านเครือข่ายการรวมตัวต้านทานแบบพาสซีฟหรือผ่านการขยายสัญญาณอย่างแข็งขัน กล่องรวมสัญญาณแบบแพสซีฟใช้ตัวต้านทานแบบทริมเพื่อปรับความแตกต่างของความไวของเซลล์ เพื่อให้มั่นใจว่าโหลด 1 ตันในเซลล์เดียวจะให้ผลที่เหมือนกันกับเอาท์พุตสรุป ขั้นตอนการสอบเทียบนี้มีความสำคัญ หากไม่มีขั้นตอนนี้ ตำแหน่งของโหลดบนแท่นชั่งน้ำหนักจะส่งผลต่อการอ่านค่าขั้นสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 3: การขยายสัญญาณและการแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล

สัญญาณมิลลิโวลต์ที่สรุปได้ซึ่งยังคงมีขนาดเล็กมากจะเคลื่อนที่ไปยังตัวบ่งชี้น้ำหนัก ภายในเครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัดที่มีความแม่นยำจะบูสต์สัญญาณ ซึ่งโดยทั่วไปจะมีช่วง 0–10 โวลต์ ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) จากนั้นสุ่มตัวอย่างสัญญาณที่ขยาย ตัวชี้วัดสะพานชั่งสมัยใหม่ใช้ ADC 24 บิต ซึ่งมีขั้นตอนแยกมากกว่า 16 ล้านขั้นตลอดช่วงการวัด ความละเอียดนี้ดีกว่าการเพิ่มการแสดงผลที่กฎหมายกำหนดอย่างมาก ทำให้การอ่านมีความเสถียรและกันเสียงรบกวน

ขั้นตอนที่ 4: การกรองและการแสดงผลแบบดิจิทัล

ข้อมูล ADC ดิบมีสัญญาณรบกวน แรงลม การสั่นสะเทือนของยานพาหนะ และการรบกวนทางไฟฟ้า ล้วนทำให้เกิดความผันผวนอย่างรวดเร็ว ไมโครโปรเซสเซอร์ของตัวบ่งชี้ใช้อัลกอริธึมการกรองแบบดิจิทัล ซึ่งมักจะกำหนดค่าตัวกรองตามค่าเฉลี่ยหรือตามความถี่ได้ เพื่อดึงค่าน้ำหนักที่มั่นคง ค่าสุดท้ายที่แสดงจะถูกปัดเศษตามช่วงมาตราส่วนที่ได้รับอนุมัติ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วสำหรับสะพานชั่งน้ำหนักที่ถูกกฎหมายเพื่อการค้า 20 กก สำหรับขนาด 60 ตัน

ข้อมูลจำเพาะโหลดเซลล์หลักและความหมายต่อประสิทธิภาพของแท่นชั่งน้ำหนัก

เมื่อเลือกโหลดเซลล์สำหรับแท่นชั่งน้ำหนัก หมายเลขในเอกสารข้อมูลจะคาดการณ์คุณภาพการวัดได้โดยตรง นี่คือความหมายของข้อกำหนดแต่ละข้อในทางปฏิบัติจริง

ความจุสูงสุด (Emax)

โหลดสูงสุดที่เซลล์ได้รับการออกแบบมาให้วัดได้อย่างแม่นยำ เพื่อความปลอดภัย โหลดเซลล์ยังได้รับการจัดอันดับสำหรับการโอเวอร์โหลดที่ปลอดภัยด้วย—โดยทั่วไป 150% ของความจุพิกัด —และการโอเวอร์โหลดขั้นสุดท้ายก่อนที่จะเกิดความเสียหายถาวร 300% . สะพานชั่งน้ำหนักที่รองรับน้ำหนักยานพาหนะรวม 60 ตันที่รองรับโดยเซลล์ 6 เซลล์ จำเป็นต้องมีเซลล์ที่ได้รับการจัดอันดับอย่างน้อย 15 ตันในแต่ละเซลล์ เมื่อมีการกระจายน้ำหนักบรรทุกเป็นปัจจัย บวกกับอัตราโอเวอร์โหลดที่เพียงพอสำหรับการโหลดแบบไดนามิกในระหว่างการเข้ารถ

ระดับความแม่นยำ (nmax)

OIML (International Organisation of Legal Metrology) จัดประเภทโหลดเซลล์จากคลาส A (ความแม่นยำสูงสุด) ถึงคลาส D (ต่ำสุด) โหลดเซลล์แท่นชั่งโดยทั่วไป คลาส C3 หรือ C4 โดยที่ตัวเลขนี้บ่งบอกถึงจำนวนช่วงการตรวจสอบยืนยันสูงสุด ได้แก่ 3,000 หรือ 4,000 ตามลำดับ โหลดเซลล์ C3 ที่ใช้ในสะพานชั่งน้ำหนัก 60 ตันสามารถรองรับการเพิ่มการแสดงผลได้ 60,000 กก. ÷ 3,000 = 20 กก. ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดมาตรฐานของสะพานชั่งน้ำหนัก

ข้อผิดพลาดรวม

ข้อมูลจำเพาะนี้รวมข้อผิดพลาดที่ไม่เป็นเชิงเส้นและฮิสเทรีซิสเข้าไว้ในค่าเดียว ซึ่งโดยปกติจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของเอาต์พุตที่กำหนด สำหรับโหลดเซลล์ C3 โดยทั่วไปจะมีข้อผิดพลาดรวมอยู่ด้วย ±0.023% ของเอาต์พุตพิกัดหรือดีกว่า . บนเซลล์ความจุ 20 ตันที่ผลิต 2 mV/V ที่โหลดเต็ม ซึ่งสอดคล้องกับข้อผิดพลาดที่น้อยกว่า 0.9 ไมโครโวลต์ ซึ่งเป็นค่าที่น้อยมากเป็นพิเศษซึ่งต้องใช้การป้องกันและการเดินสายไฟอย่างระมัดระวังเพื่อรักษาผ่านห่วงโซ่สัญญาณ

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

โหลดเซลล์ที่ใช้ในการติดตั้งสะพานชั่งกลางแจ้งเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างมาก ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิสองประการมีความสำคัญ:

• ทีเค ซีโร่ : การเปลี่ยนแปลงในเอาต์พุตเป็นศูนย์ต่อระดับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ โดยทั่วไปจะระบุเป็นน้อยกว่า 0.02% ของเอาต์พุตที่กำหนดต่อ 10°C
• ทีเค สแปน : การเปลี่ยนแปลงความไวต่อองศา โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 0.008% ต่อ 10°C สำหรับโหลดเซลล์ที่มีคุณภาพ

ในแท่นชั่งน้ำหนักกลางแจ้งที่ทำงานที่อุณหภูมิ -10°C ถึง 50°C—ช่วง 60 องศา—เซลล์ที่มีช่วง TK 0.008%/10°C จะมีช่วงการเปลี่ยนแปลงที่ 0.048% . ในระดับ 60 ตัน นั่นคือการดริฟท์ 29 กิโลกรัมที่เกิดจากอุณหภูมิเพียงอย่างเดียว นี่คือเหตุผลว่าทำไมการสอบเทียบแท่นชั่งน้ำหนักจึงดำเนินการที่อุณหภูมิการทำงานเสมอ และเหตุใดจึงต้องมีการตรวจสอบซ้ำเป็นระยะๆ ตามกฎหมาย

การป้องกันน้ำเข้า (ระดับ IP)

โหลดเซลล์แท่นชั่งได้รับการติดตั้งอย่างถาวรกลางแจ้ง โดยมักจะอยู่ในสภาพแวดล้อมในหลุมซึ่งมีน้ำท่วม โคลน และการทำความสะอาดด้วยแรงดัน ระดับ IP ขั้นต่ำที่ยอมรับได้สำหรับโหลดเซลล์ชั่งน้ำหนักคือ IP67 (กันฝุ่นและทนการแช่น้ำชั่วคราวได้ลึกถึง 1 เมตร) การติดตั้งจำนวนมากระบุ IP68 หรือ IP69K ซึ่งระดับหลังอนุญาตให้ฉีดน้ำแรงดันสูงและอุณหภูมิสูงได้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับสถานที่ทำความสะอาดแท่นชั่งน้ำหนักเป็นประจำ

โหลดเซลล์แบบอะนาล็อกและแบบดิจิทัลในระบบแท่นชั่ง

โหลดเซลล์แบบดั้งเดิมจะส่งสัญญาณอะนาล็อกมิลลิโวลต์ออกมา ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา โหลดเซลล์ดิจิทัลซึ่งรวม ADC และไมโครโปรเซสเซอร์ไว้ภายในตัวโหลดเซลล์โดยตรง กลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นในการติดตั้งสะพานชั่งน้ำหนัก ความแตกต่างมีความสำคัญในทางปฏิบัติ

ระบบโหลดเซลล์แบบอะนาล็อก

เซลล์แบบอะนาล็อกนั้นง่ายกว่า ราคาไม่แพง และเข้ากันได้กับเครื่องแสดงน้ำหนักแทบทุกชนิดในตลาด สัญญาณมิลลิโวลต์ของพวกเขามีความเสี่ยงต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) บนสายเคเบิลยาว ซึ่งเป็นข้อกังวลอย่างแท้จริงในโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่มีเครื่องจักรกลหนัก การเดินสายเคเบิลที่ใช้งานได้จริงสูงสุดก่อนที่สัญญาณจะลดลงจะกลายเป็นปัญหาคือประมาณนั้น 100 ถึง 150 เมตร ด้วยสายเคเบิลหุ้มฉนวนมาตรฐาน

ระบบโหลดเซลล์แบบดิจิทัล

โหลดเซลล์แบบดิจิทัลแปลงสัญญาณสเตรนเกจเป็นค่าดิจิทัลภายในโครงสร้างเซลล์ และส่งข้อมูลผ่านบัสอนุกรม โดยทั่วไปคือ RS-485 หรือ CAN บัส ข้อดีที่สำคัญ ได้แก่ :

• ภูมิคุ้มกันต่อ EMI เมื่อใช้สายเคเบิลยาว พร้อมการส่งสัญญาณที่เชื่อถือได้ 500 เมตรขึ้นไป .
• การวินิจฉัยเซลล์แต่ละเซลล์—ตัวบ่งชี้สามารถระบุได้ว่าเซลล์ใดมีปัญหา แทนที่จะตรวจพบเพียงความผิดปกติของระบบ
• การชดเชยอุณหภูมิอัตโนมัติดำเนินการภายในแต่ละเซลล์โดยใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิของตัวเอง
• การตัดแต่งและการสอบเทียบที่ง่ายดายผ่านซอฟต์แวร์ แทนที่จะปรับตัวต้านทาน

ข้อเสียคือต้นทุน - โหลดเซลล์ดิจิทัลมีราคาแพงกว่ามาก - และมีการล็อคอินจากผู้จำหน่าย เนื่องจากเซลล์จากผู้ผลิตหลายรายมักใช้โปรโตคอลการสื่อสารที่เข้ากันไม่ได้

วิธีการติดตั้งโหลดเซลล์ในแท่นชั่งน้ำหนัก

การติดตั้งที่ถูกต้องมีความสำคัญพอๆ กับคุณภาพของเซลล์ โหลดเซลล์ที่ระบุอย่างสมบูรณ์ที่ติดตั้งอย่างไม่ถูกต้องจะทำให้ค่าที่อ่านได้ไม่ถูกต้องและไม่เสถียร ระบบติดตั้งโหลดเซลล์ของ Weighbridge ต้องทำหลายๆ อย่างให้สำเร็จพร้อมๆ กัน

การส่งแรงในแนวตั้งขณะปฏิเสธโหลดด้านข้าง

โหลดเซลล์ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดแรงในแกนเดียว โหลดด้านข้าง—เกิดจากการเบรกของรถ การขยายตัวจากความร้อนของกระดาน หรือการวางแนวของกระดานไม่ตรง—ทำให้เกิดข้อผิดพลาดและเร่งความเมื่อยล้า ส่วนประกอบในการติดตั้งใช้หมุดโยก ปุ่มโหลด หรือฐานโหลดเซลล์ที่ปรับแนวได้เอง เพื่อให้แน่ใจว่าแรงนอกแกนจะถูกปฏิเสธโดยกลไก การติดตั้งแบบร็อกเกอร์พินช่วยให้เซลล์เอียงเล็กน้อยไปในทิศทางใดก็ได้ โดยถ่ายโอนเฉพาะส่วนประกอบแนวตั้งของแรงที่ใช้ไปยังองค์ประกอบการตรวจจับ

รองรับการขยายตัวทางความร้อน

ดาดฟ้าชั่งน้ำหนักเหล็กยาว 18 เมตรจะขยายออกโดยประมาณ 10 มม ระหว่างอุณหภูมิฤดูหนาวและฤดูร้อนในสภาพอากาศอบอุ่น (โดยใช้สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนประมาณ 11.7 × 10⁻⁶ /°C และช่วงอุณหภูมิ 50°C) ฮาร์ดแวร์สำหรับติดตั้งต้องยอมให้มีการเคลื่อนไหวโดยไม่มีการผูกมัด การกำหนดค่าการติดตั้งแบบปลายตายตัวและปลายอิสระช่วยแก้ปัญหานี้โดยการยึดแผ่นรองไว้ที่ปลายด้านหนึ่ง และปล่อยให้มีการเลื่อนแบบจำกัดที่อีกด้านหนึ่ง ป้องกันไม่ให้การขยายตัวทางความร้อนถูกตีความว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงโหลด

ป้องกันการยกตัว

การออกแบบการติดตั้งโหลดเซลล์บางแบบใช้สลักเกลียวหรือคลิปยึดเพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นรองยกออกจากเซลล์ในระหว่างการโหลดที่อยู่ตรงกลาง หากไม่มีการควบคุมการยก การบรรทุกที่ผิดปกติใกล้กับปลายด้านหนึ่งของสะพานชั่งอาจทำให้ปลายด้านตรงข้ามสูงขึ้น ส่งผลให้เซลล์หลุดจากโหลดและทำให้เกิดข้อผิดพลาดที่สำคัญ ชุดก้านตรวจสอบที่จำกัดการเคลื่อนที่ของแผ่นรองขึ้นไปไม่เกิน 2–3 มม. ถือเป็นชิ้นส่วนมาตรฐานของการติดตั้งสะพานชั่งน้ำหนักที่มีคุณภาพ

โหมดความล้มเหลวของโหลดเซลล์ทั่วไปในแท่นชั่งน้ำหนัก

โหลดเซลล์มีความแข็งแกร่งแต่ไม่สามารถทำลายได้ การรู้ว่าข้อผิดพลาดเหล่านี้ช่วยให้ทีมบำรุงรักษาระบุปัญหาได้ก่อนที่จะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการชั่งน้ำหนักที่สำคัญหรือระบบล้มเหลวโดยสิ้นเชิง

ความชื้นเข้า

แม้แต่เซลล์ที่ได้รับการจัดอันดับ IP68 ก็อาจเสียหายได้หากจุดเข้าสายเคเบิลเสียหาย หากขั้วต่อสายเคเบิลไม่ได้ปิดผนึกอย่างเหมาะสม หรือหากตัวเซลล์แตกร้าว ความชื้นที่ไปถึงสเตรนเกจทำให้เกิดการกัดกร่อนของฟอยล์ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของกาว และท้ายที่สุดไฟฟ้ารั่วระหว่างแขนสะพาน โดยทั่วไปอาการจะค่อย ๆ เลื่อนไปในการอ่านค่าเป็นศูนย์และความไม่เสถียรเพิ่มขึ้น การตรวจสอบความต้านทานของฉนวนระหว่างวงจรบริดจ์และตัวเซลล์ (ควรเกิน 5,000 เมกะวัตต์ บนเซลล์ที่แข็งแรง) เป็นขั้นตอนการวินิจฉัยมาตรฐาน

โอเวอร์โหลดและความเมื่อยล้า

การบรรทุกเกินพิกัดอย่างรุนแรงเพียงครั้งเดียว—จากยานพาหนะที่ชนดาดฟ้าด้วยความเร็ว หรือจากเครนที่ลงจอดด้วยของหนักโดยไม่คาดคิด—อาจทำให้องค์ประกอบยางยืดเสียรูปได้ เมื่อเปลี่ยนรูปแล้ว จุดศูนย์ของเซลล์จะเลื่อนอย่างถาวรและไม่สามารถปรับเทียบใหม่ได้ ความเหนื่อยล้าสะสมมากกว่าล้านรอบการโหลด เซลล์แท่นชั่งน้ำหนักคุณภาพส่วนใหญ่ได้รับการจัดอันดับ 10 ล้านรอบขึ้นไป ที่ความจุพิกัด แต่การรับแรงกระแทกและการบรรทุกเกินจะช่วยลดอายุการใช้งานที่เหนื่อยล้าได้อย่างมาก

สายเคเบิลเสียหาย

สายเคเบิลโหลดเซลล์ทำงานในตำแหน่งที่เปิดโล่งใต้แท่นชั่งน้ำหนัก ความเสียหายของสัตว์ฟันแทะ การงอซ้ำๆ จากการเคลื่อนที่ของดาดฟ้า และการกระแทกทางกายภาพจากเศษซาก เป็นสาเหตุที่พบบ่อยของความล้มเหลวของสายเคเบิล เกราะป้องกันที่เสียหายหรือการแตกหักบางส่วนในตัวนำสัญญาณทำให้เกิดสัญญาณรบกวน ข้อผิดพลาดออฟเซ็ต หรือการสูญเสียสัญญาณโดยสมบูรณ์ การป้องกันท่อร้อยสายไฟและการตรวจสอบด้วยสายตาเป็นประจำเป็นมาตรการป้องกันง่ายๆ ที่ช่วยยืดอายุการใช้งานของระบบ

การกัดกร่อนของอุปกรณ์ติดตั้ง

ตัวโหลดเซลล์ที่ทำจากสแตนเลสมีความทนทานต่อการกัดกร่อน แต่อุปกรณ์ติดตั้งที่เป็นเหล็กเหนียวที่อยู่รอบๆ เช่น ฐานโหลดเซลล์ ก้านตรวจสอบ และสลักเกลียวยึด กลับไม่เป็นเช่นนั้น ฮาร์ดแวร์ที่สึกกร่อนสามารถยึดเกาะ ป้องกันการเคลื่อนไหวเล็กๆ น้อยๆ ที่จำเป็นในระหว่างการขยายตัวเนื่องจากความร้อน และทำให้เกิดแรงด้านข้างกับโหลดเซลล์ ตารางการตรวจสอบและการหล่อลื่นประจำปีสำหรับการติดตั้งฮาร์ดแวร์ถือเป็นข้อกำหนดการบำรุงรักษาขั้นต่ำ

การสอบเทียบ: การเชื่อมต่อฟิสิกส์ของโหลดเซลล์กับความแม่นยำทางกฎหมาย

เอาต์พุตของโหลดเซลล์ในหน่วยมิลลิโวลต์จะไม่มีความหมายจนกว่าจะมีการสอบเทียบกับตุ้มน้ำหนักอ้างอิงที่ทราบ การสอบเทียบจะสร้างความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างเอาต์พุตทางไฟฟ้ากับน้ำหนักที่แสดง และการสอบเทียบใหม่เป็นระยะจะยืนยันว่าความสัมพันธ์ไม่ได้เบี่ยงเบนไป

การสอบเทียบเดดเวท

มาตรฐานทองคำสำหรับการสอบเทียบแท่นชั่งน้ำหนักคือการโหลดแท่นด้วยตุ้มน้ำหนักทดสอบที่ได้รับการรับรองซึ่งมีมวลที่ทราบ โดยทั่วไป มวลที่ผ่านการรับรอง Class M1 หรือ F2 สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ตามมาตรฐานระดับชาติ ตัวระบุได้รับการปรับเพื่อให้ค่าที่อ่านได้ตรงกับน้ำหนักที่ใช้ในหลายจุดตลอดช่วงการวัดทั้งหมด สำหรับแท่นชั่งน้ำหนักขนาด 60 ตัน การสอบเทียบโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับโหลดทดสอบที่ 0, 20%, 50% และ 100% ของความจุสูงสุด

ทดแทนการสอบเทียบน้ำหนัก

การขนย้ายและการจัดการตุ้มน้ำหนักทดสอบที่เพียงพอสำหรับการสอบเทียบเต็มความจุนั้นมีราคาแพงและมีความต้องการด้านลอจิสติกส์ วิธีการทดแทนน้ำหนัก โดยใช้อุปกรณ์อ้างอิงโหลดเซลล์ไฮดรอลิกหรือยานพาหนะที่มีน้ำหนักที่ตรวจสอบแล้ว ช่วยให้ตรวจสอบการสอบเทียบได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า วิธีการเหล่านี้ได้รับการยอมรับจากหน่วยงานชั่งน้ำหนักและมาตรการระดับชาติหลายแห่งสำหรับการตรวจสอบเป็นระยะระหว่างการสอบเทียบเดดเวทเต็มรูปแบบ โดยมีเงื่อนไขว่าต้องทำการสอบเทียบเบื้องต้นด้วยเดดเวท

ข้อกำหนดการตรวจสอบทางกฎหมาย

สะพานชั่งน้ำหนักที่ใช้เพื่อการค้า เช่น เรียกเก็บเงินลูกค้าตามน้ำหนัก การตรวจสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดของยานพาหนะ หรือการวัดทางการเงิน จะต้องได้รับการตรวจสอบเป็นระยะโดยหน่วยงานตรวจสอบที่ได้รับอนุญาต ในสหภาพยุโรป คำสั่งว่าเครื่องชั่งน้ำหนักแบบไม่อัตโนมัติ (NAWI) กำหนดข้อผิดพลาดสูงสุดที่อนุญาต (MPE) สำหรับสะพานชั่งน้ำหนักทางการค้า: ช่วงสเกล ±0.5 ในการตรวจสอบเบื้องต้นและ ช่วงสเกล ±1 ในการให้บริการ ช่วงเวลาการตรวจสอบจะแตกต่างกันไปตามเขตอำนาจศาล แต่โดยทั่วไปแล้ว 1 ถึง 2 ปี .

เคล็ดลับการปฏิบัติเพื่อเพิ่มอายุการใช้งานโหลดเซลล์ให้สูงสุดในการใช้งานสะพานชั่ง

โหลดเซลล์ในแท่นชั่งน้ำหนักที่ได้รับการดูแลอย่างดีควรคงความแม่นยำไว้ 10 ถึง 20 ปี . การจะบรรลุอายุการใช้งานนั้นต้องอาศัยการเอาใจใส่อย่างต่อเนื่องในประเด็นสำคัญบางประการ

• บังคับใช้ขีดจำกัดความเร็วทางลาดเข้าใกล้ รถบรรทุกขนาด 40 ตันชนขอบดาดฟ้าด้วยความเร็ว 20 กม./ชม. ทำให้เกิดปัจจัยการกระแทกแบบไดนามิกที่ 1.3 ถึง 1.5 หรือมากกว่านั้น โดยส่งผลกระทบ 52 ถึง 60 ตันในทันทีอย่างมีประสิทธิภาพ ทางลาดปรับความเร็วหรือป้ายความเร็วที่จำกัดการเข้าถึงที่ 5 กม./ชม. จะช่วยลดการโหลดแบบไดนามิกลงอย่างมาก
• เก็บหลุมให้แห้ง ติดตั้งปั๊มบ่อที่มีสวิตช์ลูกลอยอัตโนมัติในการติดตั้งแท่นชั่งน้ำหนักแบบหลุม น้ำนิ่งจะเร่งการกัดกร่อนของฮาร์ดแวร์สำหรับติดตั้ง และเพิ่มความเสี่ยงที่ความชื้นจะเข้าไปในขั้วต่อสายเคเบิล
• ตรวจสอบท่อร้อยสายไฟทุกไตรมาส มองหาการแตกหัก การแตกร้าว หรือการเคลื่อนตัวที่ทำให้สายเคเบิลได้รับความเสียหายทางกล เปลี่ยนส่วนที่เสียหายก่อนที่สายเคเบิลจะล้มเหลวจะทำให้การชั่งน้ำหนักไม่ถูกต้องหรือระบบหยุดทำงานโดยสิ้นเชิง
• อ่านมุมบันทึกเป็นประจำ ตัวบ่งชี้สะพานชั่งน้ำหนักที่ทันสมัยที่สุดสามารถแสดงค่าที่อ่านได้ในแต่ละเซลล์ การบันทึกสิ่งเหล่านี้เป็นระยะจะสร้างพื้นฐาน เซลล์ที่เริ่มดริฟท์จะแสดงเป็นมุมที่เปลี่ยนแปลงไปนานก่อนที่ความแม่นยำของสเกลโดยรวมจะได้รับผลกระทบ
• ป้องกันการโอเวอร์โหลดด้วยการออกแบบ กำหนดค่าตัวบ่งชี้ให้แจ้งเตือนเมื่อโหลดเข้าใกล้ความจุสูงสุด สำหรับเครื่องชั่ง 60 ตัน สัญญาณเตือนที่ 58 ตันจะให้เวลาผู้ปฏิบัติงานในการหยุดกระบวนการโหลดก่อนที่เซลล์จะได้รับความเครียดเกินความสามารถที่กำหนด
• ทาจาระบีอุปกรณ์ติดตั้งซ้ำทุกปี สารป้องกันการยึดติดบนพื้นผิวติดตั้งฐานโหลดเซลล์และเกลียวก้านตรวจสอบ ป้องกันการเกาะตัวของการกัดกร่อน และช่วยให้มั่นใจได้ว่าการเคลื่อนไหวเล็กๆ น้อยๆ ที่จำเป็นสำหรับการวัดที่แม่นยำจะยังคงเกิดขึ้นได้

ความแม่นยำของแท่นชั่งน้ำหนักได้รับผลกระทบอย่างไรจากการนับและการวางตำแหน่งโหลดเซลล์

จำนวนและการวางโหลดเซลล์ใต้แท่นชั่งน้ำหนักส่งผลต่อทั้งความแม่นยำในการวัดและความซ้ำซ้อนของระบบ ไม่มีมาตรฐานสากลเดียว การกำหนดค่าต่างๆ จะถูกเลือกตามความยาวดาดฟ้า ประเภทของยานพาหนะที่คาดหวัง และข้อกำหนดด้านความแม่นยำ

โดยทั่วไปแล้วสะพานชั่งน้ำหนักแบบแท่นเดี่ยวมาตรฐานขนาด 18 เมตร โหลดเซลล์ 6 ตัว : สองอันใต้คานขวางหลักทั้งสามอันอันละอัน ซึ่งให้การกระจายโหลดที่ดีและมีการสำรองที่เพียงพอ หากเซลล์ใดเซลล์หนึ่งล้มเหลว ระบบมักจะสามารถตรวจจับความล้มเหลวผ่านการอ่านมุมที่ไม่สมดุล แทนที่จะเกิดความคลาดเคลื่อนร้ายแรง การใช้งานที่มีความแม่นยำสูงบางอย่าง 8 เซลล์ ใต้คานขวางสี่คานเพื่อการครอบคลุมที่ดีขึ้น

สะพานชั่งน้ำหนักเพลาหลายชั้น โดยที่แต่ละชั้นชั่งน้ำหนักแต่ละกลุ่มเพลาแยกกัน ต้องมีชุดเซลล์แยกกันใต้แต่ละดาดฟ้า โดยแต่ละกลุ่มเซลล์จะประมวลผลแยกกัน อาจใช้แท่นชั่งน้ำหนักเพลาสี่ชั้น โหลดเซลล์ 16 ถึง 24 ตัว โดยรวมแล้ว แต่ละกลุ่มจะสอบเทียบอย่างเป็นอิสระเพื่อให้แน่ใจว่าผลรวมของการอ่านเพลาแต่ละอันจะเท่ากับน้ำหนักยานพาหนะรวมที่วัดได้เมื่อชั่งน้ำหนักยานพาหนะโดยรวม

ความสมมาตรของตำแหน่งเซลล์เป็นสิ่งสำคัญ เซลล์ที่วางไม่สมมาตรจะสร้างแผนผังความไวที่ไม่สม่ำเสมอบนพื้นผิวสำรับ: โหลดที่อยู่ใกล้กับคลัสเตอร์เซลล์จะบันทึกได้แม่นยำมากกว่าโหลดที่วางตำแหน่งตรงกลางระหว่างเซลล์ แนวทางปฏิบัติในการติดตั้งที่มีคุณภาพเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบความไวของมุมของการติดตั้งที่เสร็จสมบูรณ์โดยใช้มวลอ้างอิงที่วางอยู่ที่แต่ละมุมและเปรียบเทียบการอ่าน แสดงให้เห็นการติดตั้งที่มีความสมดุล การเปลี่ยนแปลงน้อยกว่า ± 0.1% ตำแหน่งข้ามมุม