Loadcells in allerlei vormen en maten
Loadcellen, ook wel krachtopnemers zijn een bijzondere sensoren die de kracht of massa uitgeoefend op die sensor omzet in een uit leesbaar signaal via een elektronische schakeling. Meestal via de brug van Wheatstone. Het uitgangssignaal kan via een weegversterker of weegindicator en na een kalibratie en eventueel linearisering en “scaling” worden weergegeven in eenheid ‘gewicht’ of ‘kracht’.
Type sensoren
Er bestaan ook andere krachtsensoren zoals:
- hydraulische sensoren
- piëzo-dynamische sensoren
- pneumatische sensoren
- optische sensoren
- elastomeer krachtopnemers.
De krachtopnemers met geplakte rekstrook of rekstroken zijn het meest gebruikte type. Krachtopnemers worden ook gebruikt om andere krachten te meten waaronder frequentie, koppel, compressie of druk.
Waar kunnen loadcells worden ingezet?
De toepassing van loadcellen is veelzijdig. Van de eenvoudige personenweegschaal in uw badkamer tot krachtsensoren. Een voorbeeld hiervan zijn krachtsensoren die zijn opgenomen in zware civiele constructies als bruggen en viaducten of krachtopnemers in hydraulische druktransmitters. De sensoren in hydraulische druktransmitters meten ook de kracht die wordt uitgeoefend door de vloeistof op een membraan in de druksensor. Veel toepassingen van kracht-transducers hebben betrekking op stationaire en meest permanente montage zoals bijvoorbeeld onder silo’s of weegbruggen waar vaak drukdozen onder de poten staan. Deze drukdozen, ook wel weegcellen genoemd, staan meestal in serie geschakeld en de som van de output uit de drukdozen is om te zetten naar het totale gewicht van de silo met inhoud en rustend op de load cellen. Als weegcomponent wordt de loadcells dus veelvuldig toegepast, ook al om reden dat loadcellen erg nauwkeurig kunnen worden ingeregeld.
Wat is de nauwkeurigheid van een loadcell?
Deze nauwkeurigheid is een samenspel van krachtsensor, bekabeling en stekkers, tezamen met de meetversterker. In universele laboratorium testbanken van Hegewald en Peschke worden nauwkeurigheden na kalibratie en justering bereikt van klasse 0,2 van de uitgelezen waarde. Voor de meeste industriële toepassingen van loadcellen en dynamometers geldt klasse 1 van de volle schaal. De nauwkeurigheidsklasse en aanduiding is een gestandaardiseerde getal weergave waarmee een maximale afwijking van de kracht-transducer, bekabeling en weegversterker aanduidt. De toelaatbare afwijking wordt gerelateerd aan een procent-waarde van het maximale meetbereik. Dus een nauwkeurigheidsklasse 0,1 heeft dus een maximale afwijking van +–0,1 % van de volle schaal waarde. Indien hetzelfde er staat maar dan met de aanduiding 0,1 readout of RO dan betekent dit dat de nauwkeurigheid 0,1% van de afgelezen waarde is. Erg nauwkeurig deze laatste en meestal toegepast en – met moeite – haalbaar in geconditioneerde laboratorium omgeving.
Hoe werkt een s-beam loadcell?
Een s-beam, ook wel “bending beam”loadcell werkt als volgt. Tijdens een meting wordt een kracht of gewicht – op een meestal metalen element – uitgeoefend. Daardoor ontstaat er een elastische vervorming (buiging) in het middelste liggende vlak en waar de wheatstonebrug is geplakt. Die buiging veroorzaakt een weerstand in de brug van Wheatstone welke wordt omgezet in een positief of negatieve output, het elektrische signaal. Doordat de werking blijft binnen het elastische gebied, ook wel 2-tiende rekgrens – blijft, kan de weegcell als het ware veren van onbelast naar volledig belast. De output onbelast en de output volledig belast geven het totale meetbereik/output weer wat in de meetversterker kan worden geschaald naar een waarde van “0”tot (X) max binnen de 0,2 rekgrens. Zodra je over de 0,2 rekgrens heen gaat zal de loadcellen blijvend vervormen en het 0-punt veranderen of tot geen waarde meer aangeven. Dit is herkenbaar door een continue verspringende waarde of geen 0-waarde in onbelaste toestand als weergave op de display. Zo’n loadcell kun je dan weggooien en is niet herstelbaar.
Zo kun je ook met een geplakte rekstrook op een ligger/balk of vlak van een brug dus zelf je weegschaal maken. Dit “plakken van rekstrook” gebeurt voorafgaand aan proefbelasting van bruggen en viaducten door het aanbrengen van rekstroken. Hierdoor krijgen deze objecten een weegfunctie en/of spanningsontwikkelingen in de balken of het brugdek en kunnen deze worden afgelezen.
Hoe lees je de juiste waarde uit bij een loadcell?
De meeste loadcellen worden geleverd met een kalibratierapport wat de output in mV weergeeft. De sensor wordt vanuit de meetversterker gevoed met een DC spanning waarna er in onbelaste toestand een output volgt uitgedrukt in xx mV. Loadcellen hebben meestal een output in mV/V. Hoe heoger de output, des te nauwkeurig de rekstrook, dus drukdoos. Indien je de loadcell vervolgens belast met een bekende waarde krijg een tweede output die hoger is dan de onbelaste waarde (kan ook negatief zijn). Door nu in uw meetversterker de waarde in onbelaste toestand te vermelden als nul (0) en de hoogste waarde die van de bekende kracht of gewicht dan kun je in een goede meetversterker de juiste waarde “schalen” en vastleggen in de versterker. Op deze wijze voer je een 2-punts kalibratie uit. Omdat metaal zich meestal binnen het elastisch gebied gedraagt volgens de wet van HOOKE blijft de waarde uit leesbaar met de ingestelde en geschaalde eenheid.
Hoe kalibreer je een loadcell?
Zomaar de mV/volt waarde van het loadcell-kalibratierapport invoeren in een meettoestel raden wij altijd af omdat door de samenstelling van bekabeling, stekkers en eigenschappen intern in de meetversterker de afgelezen waarde dan meestal niet 100% correct is. Voor het laten kablireren van Loadcells verwijzen we u graag door naar www.metesco.nl. Metesco beschikt over diverse laboratorium test en referentie trek- en drukbanken van 10 kN tot 3000 kN en welke herleidbaar zijn naar RVA herleidbare rapporten/kalibraties uitgevoerd door het N MI, het Nederlands Meetinstituut in Delft.