Interface 301 Wägezelle – Benutzerhandbuch

Wägezellen 301-Anleitung

301 Lastzelle

Eigenschaften und Anwendungen von Wägezellen

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Willkommen beim Interface Load Cell 301 Guide, einer unverzichtbaren technischen Ressource, die von Kraftmessexperten der Branche verfasst wurde. Dieser erweiterte Leitfaden richtet sich an Testingenieure und Messgerätebenutzer, die umfassende Einblicke in die Leistung und Optimierung von Wägezellen suchen.
In diesem praktischen Leitfaden untersuchen wir kritische Themen mit technischen Erklärungen, Visualisierungen und wissenschaftlichen Details, die für das Verständnis und die Maximierung der Funktionalität von Wägezellen in verschiedenen Anwendungen unerlässlich sind.
Erfahren Sie, wie sich die Eigensteifigkeit von Wägezellen auf ihre Leistung unter verschiedenen Belastungsbedingungen auswirkt. Als Nächstes untersuchen wir die Eigenfrequenz von Wägezellen und analysieren sowohl leicht als auch stark belastete Szenarien, um zu verstehen, wie Lastschwankungen die Frequenzreaktion beeinflussen.
Kontaktresonanz ist ein weiterer wichtiger Aspekt, der in diesem Handbuch ausführlich behandelt wird. Wir werfen ein Licht auf das Phänomen und seine Auswirkungen auf genaue Messungen. Darüber hinaus diskutieren wir die Anwendung von Kalibrierlasten, betonen die Bedeutung der Konditionierung der Zelle und gehen auf Stöße und Hysterese während der Kalibrierungsvorgänge ein.
Testprotokolle und Kalibrierungen werden gründlich geprüft und bieten sinnvolle Richtlinien zur Gewährleistung von Präzision und Zuverlässigkeit bei Messvorgängen. Wir befassen uns auch mit der Anwendung von Lasten im Einsatz und konzentrieren uns dabei auf Techniken zur Belastung auf der Achse und Strategien zur Kontrolle außeraxialer Lasten zur Verbesserung der Messgenauigkeit.
Darüber hinaus untersuchen wir Methoden zur Reduzierung externer Belastungseffekte durch Optimierung des Designs und bieten wertvolle Einblicke in die Abschwächung externer Einflüsse auf die Leistung von Wägezellen. Die Überlastfähigkeit bei externer Belastung und der Umgang mit Stoßbelastungen werden ebenfalls ausführlich erörtert, um Ingenieuren das nötige Wissen zum Schutz von Wägezellen vor widrigen Bedingungen zu vermitteln.
Das Handbuch „Interface Load Cell 301“ bietet wertvolle Informationen zur Optimierung der Leistung, Verbesserung der Genauigkeit und Gewährleistung der Zuverlässigkeit von Messsystemen in verschiedenen Anwendungen.
Ihr Interface-Team

Eigenschaften und Anwendungen von Wägezellen

Steifigkeit der Wägezelle

Kunden möchten eine Wägezelle häufig als Element in der physischen Struktur einer Maschine oder Baugruppe einsetzen. Sie möchten daher wissen, wie die Zelle auf die bei der Montage und dem Betrieb der Maschine auftretenden Kräfte reagiert.
Bei den anderen Teilen einer solchen Maschine, die aus Standardmaterialien hergestellt werden, kann der Konstrukteur die physikalischen Eigenschaften (wie Wärmeausdehnung, Härte und Steifheit) in Handbüchern nachschlagen und die Wechselwirkungen seiner Teile anhand seines Entwurfs bestimmen. Da eine Lastzelle jedoch auf einem Biegeelement aufgebaut ist, einem komplexen bearbeiteten Teil, dessen Details dem Kunden unbekannt sind, wird es für den Kunden schwierig sein, seine Reaktion auf Kräfte zu bestimmen.Es ist eine nützliche Übung, zu untersuchen, wie eine einfache Biegung auf Lasten reagiert, die in verschiedene Richtungen ausgeübt werden. Abbildung 1 zeigt ein Beispielamples einer einfachen Biegung, die durch das Schleifen einer zylindrischen Nut in beide Seiten eines Stücks Stahl hergestellt wird. Variationen dieser Idee werden häufig in Maschinen und Prüfständen verwendet, um Lastzellen von seitlichen Lasten zu isolieren. In diesem BeispielampDas einfache Biegeelement stellt ein Element in einer Maschinenkonstruktion dar, nicht eine tatsächliche Lastmesszelle. Der dünne Abschnitt des einfachen Biegeelements wirkt wie ein virtuelles reibungsloses Lager mit einer kleinen Rotationsfederkonstante. Daher muss die Federkonstante des Materials möglicherweise gemessen und in die Reaktionseigenschaften der Maschine einbezogen werden. Wenn wir eine Zugkraft (FT) oder eine Druckkraft (FC) in einem Winkel von der Mittellinie auf die Biegung anwenden, wird die Biegung seitlich um die Vektorkomponente (F TX) oder (FCX) verzerrt, wie durch die gepunktete Umrandung dargestellt. Obwohl die Ergebnisse in beiden Fällen recht ähnlich aussehen, unterscheiden sie sich doch drastisch.
Im Zugfall in Abbildung 1 neigt das Biegeelement dazu, sich in die Ausrichtung mit der außeraxialen Kraft zu biegen, und das Biegeelement nimmt auch unter erheblicher Spannung sicher eine Gleichgewichtsposition ein.
Im Fall einer Druckbelastung kann die Reaktion der Biegung, wie in Abbildung 2 dargestellt, äußerst zerstörerisch sein, selbst wenn die angewandte Kraft genau dieselbe Größe hat und entlang derselben Wirkungslinie wie die Zugkraft angewendet wird, da sich die Biegung von der Wirkungslinie der angewandten Kraft weg biegt. Dies neigt dazu, die Seitenkraft (F CX) zu erhöhen, mit dem Ergebnis, dass die Biegung
biegt sich noch mehr. Wenn die Seitenkraft die Fähigkeit des Biegeelements übersteigt, der Drehbewegung zu widerstehen, wird sich das Biegeelement weiter biegen und schließlich versagen. Der Versagensmodus bei Druckbelastung ist also ein Biegekollaps und tritt bei einer viel geringeren Kraft auf, als bei Zugbelastung sicher angewendet werden kann.
Die Lektion, die wir aus diesem Beispiel lernen könnenampBei der Entwicklung von Drucklastzellenanwendungen mit säulenförmigen Strukturen ist äußerste Vorsicht geboten. Leichte Fehlausrichtungen können durch die Bewegung der Säule unter Druckbelastung vergrößert werden, und das Ergebnis kann von Messfehlern bis hin zum vollständigen Versagen der Struktur reichen.
Der vorherige Example demonstriert einen der größten Vorteiletage des Interface® LowProfile®-Zellendesign. Da die Zelle im Verhältnis zu ihrem Durchmesser so kurz ist, verhält sie sich unter Druckbelastung nicht wie eine Säulenzelle. Sie ist gegenüber falsch ausgerichteter Belastung viel toleranter als eine Säulenzelle.
Die Steifigkeit einer Wägezelle entlang ihrer Hauptachse, der normalen Messachse, kann leicht berechnet werden, wenn die Nennkapazität der Zelle und ihre Auslenkung bei Nennlast gegeben sind. Daten zur Auslenkung von Wägezellen finden Sie im Interface®-Katalog und webWebsite.
NOTIZ:
Beachten Sie, dass diese Werte typisch sind, aber keine kontrollierten Spezifikationen für die Wägezellen darstellen. Im Allgemeinen sind die Auslenkungen Eigenschaften des Biegedesigns, des Biegematerials, der Messfaktoren und der endgültigen Kalibrierung der Zelle. Diese Parameter werden jeweils einzeln kontrolliert, aber der kumulative Effekt kann eine gewisse Variabilität aufweisen.
Unter Verwendung der SSM-100-Flexur in Abbildung 3 als BeispielampDie Steifigkeit in der Hauptachse (Z) kann also wie folgt berechnet werden:Diese Art der Berechnung gilt für jede lineare Lastzelle auf ihrer Hauptachse. Im Gegensatz dazu sind die Steifigkeiten der Achsen (X) und (Y) theoretisch viel komplizierter zu bestimmen und sie sind für Benutzer von Mini Cells normalerweise nicht von Interesse, aus dem einfachen Grund, dass die Reaktion der Zellen auf diesen beiden Achsen nicht so kontrolliert wird wie bei der LowProfile®-Serie. Bei Minizellen ist es immer ratsam, die Anwendung seitlicher Lasten so weit wie möglich zu vermeiden, da die Kopplung außeraxialer Lasten in den primären Achsenausgang zu Messfehlern führen kann.
Zum BeispielampDas heißt, die Anwendung der Seitenlast (FX ) führt dazu, dass die Messinstrumente bei A Zugspannung und die Messinstrumente bei (B) Druckspannung aufweisen. Wenn die Biegungen bei (A) und (B) identisch wären und die Messfaktoren der Messinstrumente bei (A) und (B) übereinstimmen würden, würden wir erwarten, dass die Leistung der Zelle die Wirkung der Seitenlast aufhebt. Da es sich bei der SSM-Serie jedoch um eine kostengünstige Nutzzelle handelt, die typischerweise in Anwendungen mit geringer Seitenlast eingesetzt wird, sind die Mehrkosten für den Kunden zum Ausgleich der Seitenlastempfindlichkeit normalerweise nicht gerechtfertigt.
Die richtige Lösung bei möglichen Seiten- oder Momentbelastungen besteht darin, die Wägezelle durch den Einsatz eines Stangenkopflagers an einem oder beiden Enden der Wägezelle von diesen äußeren Kräften zu entkoppeln.
Zum BeispielampAbbildung 4 zeigt eine typische Wägezelleninstallation zum Messen des Gewichts eines auf einer Waagschale stehenden Fasses Kraftstoff, um den bei Motortests verwendeten Kraftstoff zu wiegen.Eine Gabel ist mit ihrem Bolzen fest am Stützbalken montiert. Das Stangenendlager kann sich frei um die Achse seines Stützbolzens drehen und sich außerdem um etwa ±10 Grad sowohl in die Seite hinein als auch aus ihr heraus und um die Hauptachse der Wägezelle drehen. Diese Bewegungsfreiheiten stellen sicher, dass die Zuglast auf derselben Mittellinie wie die Hauptachse der Wägezelle bleibt, selbst wenn die Last nicht richtig auf der Waagschale zentriert ist.
Beachten Sie, dass das Typenschild auf der Wägezelle verkehrt herum steht, da das tote Ende der Zelle am Stützende des Systems montiert werden muss.

Eigenfrequenz der Wägezelle: Leicht belastetes Gehäuse

Häufig wird eine Wägezelle in Situationen verwendet, in denen eine leichte Last, wie eine Waagschale oder eine kleine Prüfvorrichtung, an das aktive Ende der Zelle angeschlossen wird. Der Benutzer möchte wissen, wie schnell die Zelle auf eine Änderung der Belastung reagiert. Indem wir den Ausgang einer Wägezelle an ein Oszilloskop anschließen und einen einfachen Test durchführen, können wir einige Fakten über die dynamische Reaktion der Zelle erfahren. Wenn wir die Zelle fest auf einem massiven Block montieren und dann ganz leicht mit einem kleinen Hammer auf das aktive Ende der Zelle klopfen, sehen wir eine
damped Sinuswellenzug (eine Reihe von Sinuswellen, die schrittweise bis auf Null abnehmen).
NOTIZ:
Gehen Sie beim Einwirken von Stößen auf eine Wägezelle mit äußerster Vorsicht vor. Die Krafteinwirkung kann die Zelle selbst bei sehr kurzer Einwirkungszeit beschädigen.Die Frequenz (Anzahl der Zyklen pro Sekunde) der Schwingung kann durch Messen der Zeit (T) eines vollständigen Zyklus von einem positiven Nulldurchgang bis zum nächsten bestimmt werden. Ein Zyklus wird im Oszilloskopbild in Abbildung 5 durch die fette Linie angezeigt. Wenn wir die Periode (Zeit für einen Zyklus) kennen, können wir die Eigenfrequenz der freien Schwingung der Lastzelle (fO) mit der folgenden Formel berechnen:Die Eigenfrequenz einer Wägezelle ist von Interesse, da wir ihren Wert verwenden können, um die dynamische Reaktion der Wägezelle in einem leicht belasteten System abzuschätzen.
NOTIZ:
Eigenfrequenzen sind typische Werte, stellen aber keine kontrollierte Spezifikation dar. Sie sind im Interface®-Katalog nur als Hilfestellung für den Anwender angegeben.
Das äquivalente Feder-Masse-System einer Wägezelle ist in Abbildung 6 dargestellt. Die Masse (M1) entspricht der Masse des aktiven Endes der Zelle, vom Befestigungspunkt bis zu den dünnen Abschnitten der Biegung. Die Feder mit der Federkonstante (K) stellt die Federrate des dünnen Messabschnitts der Biegung dar. Die Masse (M2) stellt die zusätzliche Masse aller Vorrichtungen dar, die am aktiven Ende der Wägezelle befestigt sind.
Abbildung 7 setzt diese theoretischen Massen ins Verhältnis zu den tatsächlichen Massen in einem realen Lastzellensystem. Beachten Sie, dass die Federkonstante (K ) auf der Trennlinie am dünnen Abschnitt der Biegung liegt.Die Eigenfrequenz ist ein grundlegender Parameter, der sich aus der Konstruktion der Wägezelle ergibt. Der Benutzer muss sich daher darüber im Klaren sein, dass das Hinzufügen einer Masse am aktiven Ende der Wägezelle die Eigenfrequenz des Gesamtsystems senkt. Zum BeispielampWir können uns vorstellen, dass wir die Masse M1 in Abbildung 6 leicht nach unten ziehen und dann loslassen. Die Masse schwingt mit einer Frequenz auf und ab, die durch die Federkonstante (K) und die Masse von M1 bestimmt wird.
Tatsächlich werden die Schwingungen damp im Laufe der Zeit auf die gleiche Weise wie in Abbildung 5.
Wenn wir nun die Masse (M2 ) an (M1) anschrauben,
die erhöhte Massenbelastung senkt die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems. Wenn wir die Massen von (M1) und (M2) und die Eigenfrequenz der ursprünglichen Feder-Masse-Kombination kennen, können wir glücklicherweise den Betrag berechnen, um den die Eigenfrequenz durch das Hinzufügen von (M2) gesenkt wird, und zwar gemäß der Formel:Für einen Elektro- oder Elektronikingenieur ist die statische Kalibrierung ein (DC-)Parameter, während die dynamische Reaktion ein (AC-)Parameter ist. Dies ist in Abbildung 7 dargestellt, wo die DC-Kalibrierung auf dem Werkskalibrierungszertifikat angezeigt wird und Benutzer wissen möchten, wie die Reaktion der Zelle bei einer Antriebsfrequenz sein wird, die sie in ihren Tests verwenden werden.
Beachten Sie den gleichmäßigen Abstand der Gitterlinien „Frequenz“ und „Ausgabe“ im Diagramm in Abbildung 7. Beide sind logarithmische Funktionen, d. h. sie stellen einen Faktor von 10 von einer Gitterlinie zur nächsten dar. Zum BeispielampBeispielsweise bedeutet „0 db“ „keine Änderung“, „+20 db“ bedeutet „10-mal so viel wie 0 db“, „–20 db“ bedeutet „1/10 so viel wie 0 db“ und „–40 db“ bedeutet „1/100 so viel wie 0 db“.
Durch die Verwendung einer logarithmischen Skalierung können wir einen größeren Wertebereich anzeigen, und die häufigeren Merkmale stellen sich im Diagramm als gerade Linien heraus. Zum BeispielampLinks zeigt die gestrichelte Linie die allgemeine Steigung der Reaktionskurve über der Eigenfrequenz. Wenn wir die Grafik nach unten und rechts fortsetzen würden, würde die Reaktion asymptotisch (immer näher) an die gestrichelte gerade Linie herankommen.
NOTIZ:
Die Kurve in Abbildung 63 dient nur zur Darstellung der typischen Reaktion einer leicht belasteten Lastzelle unter optimalen Bedingungen. In den meisten Installationen überwiegen die Resonanzen in den Befestigungsvorrichtungen, dem Prüfrahmen, dem Antriebsmechanismus und der zu prüfenden Einheit die Reaktion der Lastzelle.

Eigenfrequenz der Wägezelle: Stark belasteter Fall

In Fällen, in denen die Wägezelle mechanisch fest in ein System eingekoppelt ist, in dem die Masse der Komponenten wesentlich größer ist als die Eigenmasse der Wägezelle, verhält sich die Wägezelle eher wie eine einfache Feder, die das Antriebselement mit dem angetriebenen Element im System verbindet.
Das Problem für den Systemdesigner besteht darin, die Massen im System und ihre Wechselwirkung mit der sehr steifen Federkonstante der Wägezelle zu analysieren. Es besteht keine direkte Korrelation zwischen der unbelasteten Eigenfrequenz der Wägezelle und den stark belasteten Resonanzen, die im System des Benutzers auftreten.

Kontakt Resonanz

Fast jeder hat schon einmal einen Basketball aufprallen lassen und dabei festgestellt, dass die Periode (die Zeit zwischen den Zyklen) kürzer ist, wenn der Ball näher am Boden aufprallt.
Jeder, der schon einmal an einem Flipperautomaten gespielt hat, hat gesehen, wie die Kugel zwischen zwei Metallpfosten hin und her klappert. Je näher die Pfosten dem Durchmesser der Kugel kommen, desto schneller klappert die Kugel. Beide Resonanzeffekte werden von denselben Elementen erzeugt: einer Masse, einem freien Spalt und einem federnden Kontakt, der die Bewegungsrichtung umkehrt.
Die Schwingungsfrequenz ist proportional zur Steifigkeit der Rückstellkraft und umgekehrt proportional sowohl zur Größe des Spalts als auch zur Masse. Derselbe Resonanzeffekt ist bei vielen Maschinen zu finden, und die Anhäufung von Schwingungen kann die Maschine im Normalbetrieb beschädigen.Zum BeispielampIn Abbildung 9 wird ein Dynamometer verwendet, um die Leistung eines Benzinmotors zu messen. Der zu testende Motor treibt eine Wasserbremse an, deren Ausgangswelle mit einem Schwingarm verbunden ist. Der Arm kann sich frei drehen, wird jedoch durch die Lastmesszelle eingeschränkt. Wenn wir die Drehzahl des Motors, die Kraft auf die Lastmesszelle und die Länge des Schwingarms kennen, können wir die Leistung des Motors berechnen.
Wenn wir uns das Spiel zwischen der Kugel des Stangenendlagers und der Hülse des Stangenendlagers in Abbildung 9 im Detail ansehen, werden wir aufgrund des Größenunterschieds zwischen der Kugel und ihrer begrenzenden Hülse ein Spielmaß (D) feststellen. Die Summe der beiden Kugelspiele plus etwaiger anderer Spielräume im System ergibt den gesamten „Spalt“, der eine Kontaktresonanz mit der Masse des Schwingarms und der Federrate der Lastmesszelle verursachen kann.Wenn die Motordrehzahl erhöht wird, können wir eine bestimmte Drehzahl finden, bei der die Zündfrequenz der Motorzylinder mit der Kontaktresonanzfrequenz des Dynamometers übereinstimmt. Wenn wir diese Drehzahl beibehalten, tritt eine Vergrößerung (Multiplikation der Kräfte) auf, es baut sich eine Kontaktschwingung auf und es können problemlos Stoßkräfte von zehn oder mehr Mal der durchschnittlichen Kraft auf die Lastmesszelle ausgeübt werden.
Dieser Effekt ist beim Testen eines Einzylinder-Rasenmähermotors stärker ausgeprägt als beim Testen eines Achtzylinder-Automotors, da die Zündimpulse beim Automotor geglättet werden, da sie sich überlappen. Im Allgemeinen verbessert eine Erhöhung der Resonanzfrequenz die dynamische Reaktion des Dynamometers.
Der Effekt der Kontaktresonanz kann wie folgt minimiert werden:

• Verwendung hochwertiger Gelenkköpfe, die ein sehr geringes Spiel zwischen Kugel und Pfanne aufweisen.
• Durch Anziehen der Stangenlagerschraube wird sichergestellt, dass die Kugel fest sitzt.amped an Ort und Stelle.
• Den Rahmen des Prüfstands so steif wie möglich machen.
• Verwenden Sie eine Wägezelle mit höherer Kapazität, um die Wägezellensteifigkeit zu erhöhen.

Aufbringen von Kalibrierlasten: Konditionieren der Zelle

Jeder Wandler, dessen Funktion auf die Verformung eines Metalls angewiesen ist, wie z. B. eine Lastmesszelle, ein Drehmomentwandler oder ein Druckwandler, speichert eine Historie seiner vorherigen Belastungen. Dieser Effekt tritt auf, weil die winzigen Bewegungen der Kristallstruktur des Metalls, so klein sie auch sein mögen, tatsächlich eine Reibungskomponente haben, die sich als Hysterese (Nichtwiederholung von Messungen, die aus verschiedenen Richtungen durchgeführt werden) zeigt.
Vor dem Kalibrierungslauf kann die Historie aus der Lastzelle entfernt werden, indem drei Lasten von Null bis zu einer Last angelegt werden, die die höchste Last im Kalibrierungslauf übersteigt. Normalerweise wird mindestens eine Last von 130 % bis 140 % der Nennkapazität angelegt, um die ordnungsgemäße Einstellung und Verklemmung der Testvorrichtungen in der Lastzelle zu ermöglichen.
Wenn die Wägezelle konditioniert ist und die Belastungen richtig vorgenommen werden, wird eine Kurve mit den Eigenschaften (ABCDEFGHIJA) wie in Abbildung 10 erhalten.
Die Punkte liegen alle auf einer glatten Kurve und die Kurve ist bei der Rückkehr auf Null geschlossen. Wenn der Test wiederholt wird und die Belastungen richtig vorgenommen werden, liegen die entsprechenden Punkte zwischen dem ersten und dem zweiten Durchlauf zudem sehr nahe beieinander, was die Wiederholbarkeit der Messungen belegt.

Anwendung von Kalibrierlasten: Stöße und Hysterese

Wenn bei einem Kalibrierungslauf Ergebnisse erzielt werden, die keine glatte Kurve aufweisen, sich nicht gut wiederholen lassen oder nicht auf Null zurückkehren, sollten zuerst der Testaufbau oder das Ladeverfahren überprüft werden.
Zum BeispielampAbbildung 10 zeigt das Ergebnis der Lastanwendung, bei der der Bediener bei der Anwendung der 60 %-Last nicht vorsichtig war. Wenn das Gewicht leicht auf das Ladegestell fallen gelassen und mit einer 80 %-Last belastet und dann zum 60 %-Punkt zurückgeführt würde, würde die Wägezelle in einer kleinen Hystereseschleife arbeiten, die am Punkt (P) statt am Punkt (D) enden würde. Bei Fortsetzung des Tests würde der 80 %-Punkt bei (R) und der 100 %-Punkt bei (S) enden. Die absteigenden Punkte würden alle über den richtigen Punkten liegen und die Rückkehr zum Nullpunkt wäre nicht abgeschlossen.
Derselbe Fehlertyp kann bei einem hydraulischen Prüfrahmen auftreten, wenn der Bediener die korrekte Einstellung überschreitet und der Druck dann wieder auf den korrekten Wert absinkt. Die einzige Möglichkeit, bei einem Überschreiten oder Überschreiten des Sollwerts Abhilfe zu schaffen, besteht darin, die Zelle zu überholen und erneut zu testen.

Testprotokolle und Kalibrierungen

Wägezellen werden routinemäßig in einem Modus (entweder Zug oder Druck) konditioniert und dann in diesem Modus kalibriert. Wenn auch eine Kalibrierung im entgegengesetzten Modus erforderlich ist, wird die Zelle vor der zweiten Kalibrierung zuerst in diesem Modus konditioniert. Somit spiegeln die Kalibrierungsdaten den Betrieb der Zelle nur wider, wenn sie im betreffenden Modus konditioniert wird.
Aus diesem Grund ist es wichtig, das Testprotokoll (die Reihenfolge der Belastungen) festzulegen, das der Kunde verwenden möchte, bevor eine rationale Diskussion über mögliche Fehlerquellen stattfinden kann. In vielen Fällen muss eine spezielle Werksabnahme ausgearbeitet werden, um sicherzustellen, dass die Anforderungen des Benutzers erfüllt werden.
Bei sehr strengen Anwendungen können Benutzer ihre Testdaten im Allgemeinen um die Nichtlinearität der Wägezelle korrigieren und so einen wesentlichen Teil des Gesamtfehlers beseitigen. Wenn dies nicht möglich ist, ist die Nichtlinearität Teil ihres Fehlerbudgets.
Die Nichtwiederholbarkeit ist im Wesentlichen eine Funktion der Auflösung und Stabilität der Signalaufbereitungselektronik des Benutzers. Wägezellen weisen in der Regel eine bessere Nichtwiederholbarkeit auf als die Lastrahmen, Vorrichtungen und Elektronik, die zur Messung verwendet werden.
Die verbleibende Fehlerquelle, die Hysterese, hängt stark von der Ladereihenfolge im Testprotokoll des Benutzers ab. In vielen Fällen ist es möglich, das Testprotokoll zu optimieren, um die Einführung unerwünschter Hysterese in die Messungen zu minimieren.
Es gibt jedoch Fälle, in denen Benutzer entweder durch eine externe Kundenanforderung oder durch eine interne Produktspezifikation gezwungen sind, eine Wägezelle auf undefinierte Weise zu betreiben, was zu unbekannten Hystereseeffekten führt. In solchen Fällen muss der Benutzer die Worst-Case-Hysterese als Betriebsspezifikation akzeptieren.
Außerdem müssen einige Zellen während ihres normalen Nutzungszyklus in beiden Modi (Zug und Kompression) betrieben werden, ohne dass die Zelle vor dem Moduswechsel wiederaufbereitet werden kann. Dies führt zu einem Zustand namens Toggle (keine Rückkehr auf Null nach Durchlaufen beider Modi).
Bei normaler Fabrikausgabe bewegt sich die Größe des Umschaltens in einem breiten Bereich, wobei sie im schlimmsten Fall etwa gleich der Hysterese ist oder etwas darüber hinausgeht, was vom Biegematerial und der Kapazität der Wägezelle abhängt.
Glücklicherweise gibt es mehrere Lösungen für das Umschaltproblem:

• Verwenden Sie eine Wägezelle mit höherer Kapazität, damit diese über einen kleineren Bereich ihrer Kapazität betrieben werden kann. Der Kippschalter ist niedriger, wenn die Verlängerung in den entgegengesetzten Modus ein kleinerer Prozentsatz ist.tage der Nennkapazität.
• Verwenden Sie eine Zelle aus einem Material mit niedrigerem Knebel. Wenden Sie sich für Empfehlungen an den Hersteller.
• Geben Sie ein Auswahlkriterium für die normale Fabrikproduktion an. Die meisten Zellen haben einen Umschaltbereich, der möglicherweise genügend Einheiten aus der Normalverteilung ergibt. Abhängig von der Fabrikbaurate sind die Kosten für diese Auswahl normalerweise recht angemessen.
• Geben Sie eine engere Spezifikation an und lassen Sie sich vom Hersteller einen Sonderlauf anbieten.

Anwendung von Betriebslasten: Axiale Belastung

Alle axialen Belastungen erzeugen ein gewisses Maß an außeraxialen Fremdkomponenten, egal wie klein diese auch sein mögen. Die Höhe dieser Fremdbelastung ist eine Funktion der Toleranzen der Teile im Design der Maschine oder des Lastrahmens, der Präzision, mit der die Komponenten hergestellt werden, der Sorgfalt, mit der die Elemente der Maschine während der Montage ausgerichtet werden, der Steifigkeit der lasttragenden Teile und der Eignung der Befestigungsteile.
Steuerung außeraxialer Lasten
Der Benutzer kann das System so gestalten, dass außeraxiale Belastungen der Wägezellen vermieden oder reduziert werden, selbst wenn die Struktur unter Belastung verformt wird. Im Zugbetrieb ist dies durch die Verwendung von Stangenendlagern mit Gabelköpfen möglich.
Wenn die Lastzelle von der Struktur des Testrahmens getrennt gehalten werden kann, kann sie im Kompressionsmodus verwendet werden, wodurch die Anwendung außeraxialer Lastkomponenten auf die Zelle nahezu ausgeschlossen wird. Außeraxiale Lasten können jedoch in keinem Fall vollständig ausgeschlossen werden, da die Durchbiegung der lasttragenden Elemente immer auftritt und immer eine gewisse Reibung zwischen dem Lastknopf und der Ladeplatte vorhanden ist, die seitliche Lasten auf die Zelle übertragen kann.
Im Zweifelsfall der LowProfile®-Zellen sind immer die Zellen der Wahl, es sei denn, die Gesamtfehlerquote des Systems lässt einen großzügigen Spielraum für externe Belastungen zu.
Reduzierung externer Belastungseffekte durch optimiertes Design
Bei hochpräzisen Testanwendungen kann durch die Verwendung von geschliffenen Biegeelementen zum Bau des Messrahmens eine starre Struktur mit geringer Fremdbelastung erreicht werden. Dies erfordert natürlich eine präzise Bearbeitung und Montage des Rahmens, was erhebliche Kosten verursachen kann.

Überlastfähigkeit bei Fremdbelastung

Eine schwerwiegende Auswirkung außeraxialer Belastung ist die Verringerung der Überlastkapazität der Zelle. Die typische Überlastkapazität von 150 % bei einer Standard-Wägezelle oder die Überlastkapazität von 300 % bei einer auf Dauerbelastung ausgelegten Zelle ist die zulässige Belastung auf der Hauptachse, ohne dass gleichzeitig seitliche Belastungen, Momente oder Drehmomente auf die Zelle einwirken. Dies liegt daran, dass sich die außeraxialen Vektoren mit dem axialen Lastvektor addieren und die Vektorsumme eine Überlastung in einem oder mehreren der gemessenen Bereiche in der Biegung verursachen kann.
Um die zulässige axiale Überlastkapazität zu ermitteln, wenn die Fremdlasten bekannt sind, berechnen Sie die axiale Komponente der Fremdlasten und ziehen Sie diese algebraisch von der Nennüberlastkapazität ab. Achten Sie dabei darauf, in welchem ​​Modus (Zug oder Druck) die Zelle belastet wird.

Stoßbelastungen

Neulinge im Umgang mit Wägezellen zerstören diese häufig, bevor ein alter Hase die Chance hat, sie vor Stoßbelastungen zu warnen. Wir alle würden uns wünschen, dass eine Wägezelle zumindest einen sehr kurzen Stoß ohne Beschädigung absorbieren könnte, aber die Realität ist, dass, wenn sich das aktive Ende der Zelle um mehr als 150 % der vollen Kapazitätsauslenkung im Verhältnis zum toten Ende bewegt, die Zelle überlastet werden kann, unabhängig davon, wie kurz das Intervall ist, in dem die Überlastung auftritt.
In Panel 1 des ehemaligenampIn Abbildung 11 wird eine Stahlkugel mit der Masse „m“ aus der Höhe „S“ auf das aktive Ende der Wägezelle fallen gelassen. Während des Falls wird die Kugel durch die Schwerkraft beschleunigt und hat eine Geschwindigkeit „v“ erreicht, wenn sie die Oberfläche der Zelle berührt.
In Feld 2 wird die Geschwindigkeit der Kugel vollständig gestoppt, und in Feld 3 wird die Richtung der Kugel umgekehrt. All dies muss innerhalb der Distanz geschehen, die die Wägezelle benötigt, um die Nennüberlastkapazität zu erreichen, sonst kann die Zelle beschädigt werden.
Im ExampWie gezeigt, haben wir eine Zelle ausgewählt, die sich maximal 0.002 Zoll auslenken kann, bevor sie überlastet wird. Damit der Ball auf so kurzer Distanz vollständig gestoppt werden kann, muss die Zelle eine enorme Kraft auf den Ball ausüben. Wenn der Ball ein Pfund wiegt und einen Fuß auf die Zelle fallen gelassen wird, zeigt das Diagramm in Abbildung 12 an, dass die Zelle einen Aufprall von 6,000 lbf erhält (es wird angenommen, dass die Masse des Balls viel größer ist als die Masse des aktiven Endes der Wägezelle, was normalerweise der Fall ist).
Die Skalierung der Grafik kann gedanklich angepasst werden, indem man im Hinterkopf behält, dass die Aufprallkraft direkt mit der Masse und mit dem Quadrat der Fallstrecke variiert.Interface® ist der vertrauenswürdige weltweit führende Anbieter von Lösungen zur Kraftmessung®.
Wir sind führend, indem wir die leistungsstärksten verfügbaren Lastzellen, Drehmomentwandler, Mehrachsensensoren und zugehörigen Instrumente entwickeln, herstellen und garantieren. Unsere erstklassigen Ingenieure bieten Lösungen für die Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Energie-, Medizin- sowie Test- und Messbranche von Gramm bis Millionen Pfund in Hunderten von Konfigurationen. Wir sind der führende Lieferant für Fortune 100-Unternehmen weltweit, darunter Boeing, Airbus, NASA, Ford, GM, Johnson & Johnson, NIST und Tausende von Messlabors. Unsere hauseigenen Kalibrierungslabors unterstützen eine Vielzahl von Teststandards: ASTM E74, ISO-376, MIL-STD, EN10002-3, ISO-17025 und andere.
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