Strain gauge load cell nedir?

Strain gauge load cell, metal gövdesine bağlanan gerinim ölçerlerle kuvveti elektrik sinyaline dönüştüren yük hücresidir. Load cell ailesinin bu türünde yük taşıyan gövde, çalışma aralığında elastik olarak şekil değiştirir. Gövdeye yapıştırılmış strain gauge elemanları bu değişimi izler; elektronik cihaz sinyali kuvvet veya tartım değeri olarak gösterir.

Kuvvetten ölçüm değerine nasıl geçilir?

1. Gövde esner. Uygulanan kuvvet, tasarıma göre çekme, basma veya eğilme oluşturur. Bu hareket genellikle gözle görülemeyecek kadar küçüktür; yük kaldırıldığında gövde elastik çalışma sınırları içinde eski biçimine döner.

2. Elektriksel direnç değişir. Metal folyo ölçer gerildiğinde direnci artar, kısaldığında azalır. Direnç değişimi küçük gerinimler için ΔR/R = GF × ε bağıntısıyla ifade edilir. Burada ε = ΔL/L, GF ise ölçerin gerinim katsayısıdır. Örneğin GF = 2 ve ε = 500 µε için direnç değişimi %0,1 olur.

3. Köprü fark gerilimi üretir. Ölçerler çoğunlukla Wheatstone köprüsü içinde çalışır. Tam köprüde dört aktif ölçer uygun yönlerde yerleştirilir; direnç değişimlerinin etkileri çıkışta birleşir. Ölçüm, köprüyü her okumada yeniden dengelemekle yapılmaz. Yükle değişen gerilim okunur. Ayrıntı için köprü formülü ve köprü gerilimi hesabı sayfalarına bakabilirsiniz.

4. Elektronik cihaz sinyali işler. Köprünün küçük analog sinyali, uygun girişte yükseltilir, filtrelenir ve sayısallaştırılır. Ağırlık kontrol cihazı, kalibrasyon bilgisiyle sonucu gösterir. Load cell çalışma prensibi, mekanik bölüm ile elektronik okumanın neden birlikte değerlendirilmesi gerektiğini açıklar.

2 mV/V ne demektir? Sayısal örnek

mV/V, nominal yükteki çıkış değişiminin besleme gerilimine oranıdır. Örnek sensörün kapasitesi 100 kg, nominal çıkışı 2 mV/V, köprü beslemesi 5 V olsun. Nominal yükte sıfır-yük çıkışına göre 2 × 5 = 10 mV değişim beklenir. Doğrusal davranış varsayımıyla 50 kg için yaklaşık 5 mV değişim oluşur.

Sıfır çıkışı 0,2 mV ise örnekte 50 kg yük altında yaklaşık 5,2 mV okunabilir. Hesap yük ≈ kapasite × (Völçüm − Vsıfır) / (S × Vbesleme) biçimindedir; S, mV/V; gerilim farkı mV cinsinden kullanılır. Bu bir ideal ölçekleme örneğidir; gerçek sensörün kalibrasyon katsayısı esas alınır. 2 mV/V doğruluk sınıfı değildir. Ağırlık ölçümü sırasında kilogram gösterimi, kuvvet ölçümünün tartım için kalibre edilmesiyle elde edilir.

Bağlantı ve cihaz uyumu

Dört telli bağlantıda EXC+/EXC− köprüyü besler; SIG+/SIG− fark gerilimini taşır. Altı telli bağlantıda ek SENSE+/SENSE− hatları, uyumlu cihazın sensördeki gerçek besleme gerilimini izlemesini sağlar. Ekranlama iletkeni bu sayımdan ayrı olabilir. Kablo rengine güvenerek bağlantı yapmayın; sensör ve cihazın bağlantı tablolarını eşleştirin.

Ham köprü çıkışı, standart 0–10 V analog girişe doğrudan uygun kabul edilmez. Load cell girişi olan cihaz veya uygun sinyal şartlandırıcı gerekir. Şartlandırıcı çıkışı sisteme göre 0–10 V gerilim sinyali ya da 4–20 mA akım sinyali olabilir. Analog kontrol cihazı seçerken giriş aralığını, köprü beslemesini ve sensör direncini birlikte kontrol edin.

Seçimde ve montajda dört kritik nokta

Kapasite ve yük yolu: Platformun kendi ağırlığını, en büyük ürün yükünü ve darbe etkisini hesaba katın. Kuvvet sensörün öngörülen yönünde aktarılmalı; mekanik bir dayanak yükün bir kısmını sensörden kaçırmamalıdır. Load cell tipleri arasında seçim yaparken gövde biçimi kadar montaj düzeni de önemlidir.

Ölçüm hataları: Doğrusallık, tekrarlanabilirlik, sıcaklık etkisi, histerezis ve sürünme (creep) değerlerini okuyun. Histerezis, aynı yüke artan ve azalan yönden gelindiğinde farklı sonuç alınmasıdır; creep, sabit yükte sinyalin zamanla değişmesidir. Ekrandaki fazla basamak, tek başına daha doğru ölçüm anlamına gelmez.

Kalibrasyon: Kurulu sistemde sıfır ve bilinen referans yükle ölçek ayarı yapın; ara yüklerde ve yükü kaldırdıktan sonra sonucu doğrulayın. Çok sensörlü platformda köşelere aynı referans yükü koyarak yük dağılımını da kontrol edin. Hassas terazi uygulamaları ve ağırlık ölçme soruları, tartım sistemini değerlendirirken yardımcı olabilir.

Ortam ve sinyal kararlılığı: IP korumasını, sıcaklık aralığını ve kablo güzergâhını uygulamaya göre seçin. Kabloları güçlü parazit kaynaklarından uzak tutun. Üretim hattında tartım için hızlı tepki ile filtreleme arasında denge gerekir; aşırı filtreleme kısa süreli yük değişimini gizleyebilir.

İlgili konular ve cihazlar

Teknik kaynaklar: NI: strain gauge measurement · FUTEK: strain gauge load cells · FUTEK: measurement glossary · FUTEK: signal conditioners · HBK: electrical connections · TE Connectivity: load cell fundamentals