معرفی لودسل و انواع آن

مکانیزم اندازه­ گیری وزن با استفاده از سنسور لودسل، معرفی انواع مدل­ های لودسل

فهرست مطالب

لودسل

لودسل، ابراز اندازه­ گیری وزن و نیرو در صنعت می ­باشد. در این نوشتار سعی شده است که به طور مختصر نحوه عملکرد لودسل در انواع مختلف آن معرفی ­شود. به طور کلی چهار نوع متداول لودسل در صنعت وجود دارد. این چهار نوع عبارتند از:

  • لودسل­ های پنوماتیکی
  • لودسل­ های هیدرولیکی
  • لودسل­ های با عملکرد کرنش سنجی
  • لودسل­ های خازنی

در ادامه ساختار و مکانیزم عملکردی این لودسل­ ها توضیح داده شده است.

لودسل ­های پنوماتیکی

لودسل­ های پنوماتیکی همانطور که از نام آنها مشخص است؛ بر اساس مبانی مرتبط با فشار هوا کار می­کنند. این مدل لودسل­ از سه قسمت اصلی رگولاتور ورودی هوا، دیافراگم کشسان و فشارسنج خروجی تشکیل شده است. همانطور که در شکل زیر آمده است، در این نوع لودسل رگولاتور، جریان هوا را با یک فشار مشخص به داخل محفظه لودسل تزریق می­ کند.

همچنین نیروی مورد نظر جهت اندازه­ گیری به دیافراگم کشسان وارد می­ شود. این نیرو باعث می ­شود که هوای خروجی با فشاری بیشتر نسبت به آنچه در ورودی به آن تزریق شده از محفظه خارج شود. در نهایت، با استفاده از اختلاف فشار در ورودی و خروجی محفظه­، پردازنده یا PLC مقدار نیروی وارده به دیافراگم کشسان را محاسبه می ­کند.

معرفی لودسل و انواع آن

لودسل­ های هیدرولیکی

لودسل ­های هیدرولیکی همانطور که از نام آن ها مشخص است ساختاری مبتنی بر فشار مایعات دارند. در این نوع لودسل­ ها معمولاً از آب یا روغن برای انتقال فشار استفاده می شود. درشکل زیر ساختار این نوع لودسل به صورت شماتیکی آورده شده است.

انواع-لودسل-لودسل-هیدرولیکی

همانطور که در شکل بالا ملاحظه می­ کنید، ساختار لودسل­ های هیدرولیکی بسیار شبیه ساختار لودسل­ های پنوماتیکی است؛ با این تفاوت که در این نوع لودسل به جای هوا از مایعات استفاده می ­شود. به طور کلّی اجزاء تشکیل ­دهنده ­ی لودسل هیدرولیکی عبارتند از:

  • دیافراگم کشسان
  • پیستون برای انتقال نیرو از سکوی بار به دیافراگم
  • مایع انتقال فشار (آب یا روغن)
  • گیج فشار برای اندازه­ گیری فشار

ساختار لودسل هیدرولیکی به این صورت است که زمانی جسم بر روی سکوی بار قرار می گیرد؛ وزن جسم منجر به انتقال فشار به پیستون و در ادامه به مایع خواهد شد. از آنجایی که این افزایش فشار مایع با وزن جسم متناسب است؛ بنابراین با کالیبره کردن صحیح تجهیز و اندازه ­گیری فشار مایع می­توان میزان وزن جسم را به صورت دقیق بدست آورد. در نهایت اندازه گیری فشار می­تواند توسط یک گیج فشارسنج ساده یا توسط یک سنسور فشارسنج با خروجی سیگنال الکتریکی انجام گیرد.

 

لودسل­ های با عملکرد کرنش سنجی

 

لودسل­ های با عملکرد کرنش سنجی (Strain Gauge Load Cell) از متداولترین و پرکاربردترین نوع لودسل هستند. در این نوع لودسل­ ها همانطور که از نام آن قابل فهم است از کرنش سنج برای اندازه­ گیری نیرو استفاده می ­شود. کرنش سنج ها در واقع مبدل ­های الکتریکی هستند که مقاومت الکتریکی آنها در شرایط فشار و کشش تغییر می­ کند. در شکل زیر یک نمونه استرین گیج و رفتار تغییر مقاومت آن در شرایط فشار و کشش نمایش داده شده است.

لودسل

همانطور که در شکل بالا نمایش داده شده است؛ اعمال فشار بر روی کرنش سنج منجر به کاهش مسیر و درنتیجه کاهش مقاومت آن می­شود. در مقابل اعمال کشش بر روی کرنش سنج باعث افزایش طول مسیر و افزایش مقاومت آن خواهد شد.

این خصوصیت کرنش سنج در اندازه ­گیری میزان فشار و کشش به صورت تغییرات در مقاومت باعث شده است تا از این المان برای اندازه­ گیری نیرو در لودسل نیز مورد استفاده قرار بگیرد.

در لودسل­ های با عملکرد کرنش سنجی معمولاً از چهار کرنش سنج قرارگرفته به صورت پل ویتستون (Wheatstone bridge) برای اندازه ­گیری نیرو استفاده می­شود. نحوه قرارگیری کرنش سنج ها در این نوع لودسل به صورت شماتیکی در شکل زیر  نمایش داده شده است.

اونواع لودسل

لودسل ­های خازنی

 

لودسل­ های خازنی بر اساس مبانی ظرفیت خازنی کار می­ کنند. این مدل از لودسل از دو صفحه­ ی موازی بر هم تشکیل شده است. با اعمال جریان به این دو صفحه، یک شارژ ثابت بین این دو صفحه ایجاد خواهد شد. این شارژ ذخیره شده بین دو صفحه با توجه به فاصله ­ی بین دو صفحه متفاوت خواهد بود. به این صورت که با قرار گرفتن بار بر روی یکی از صفحات، فضای خالی بین دو صفحه کوچک­تر شده و درنتیجه ظرفیت خازنی تغییر خواهد کرد. در ادامه، این تغییر در ظرفیت خازنی به صورت نیرو یا وزن وارد شده بر لودسل محاسبه می­ گردد.

 جمع بندی و مقایسه دقت عملکرد لودسل­ ها

 

در این مقاله، اصول عملکردی چهار نوع مختلف لودسل پنوماتیکی، هیرولیکی، با عملکرد کرنش سنجی و خازنی بررسی شد. لودسل­ های معرفی شده در بالا هر کدام از دقت عملکردی متفاوتی نسبت به هم برخوردار هستند. در رتبه­ بندی لودسل­ ها از لحاظ دقت عملکرد و حساسیت لودسل­ های خازنی در رتبه­ ی اول قرار دارند. لودسل­ های با عملکرد کرنش سنجی در این رتبه­ بندی در مرحله­ ی بعد قرار می­ گیرند. در نهایت لودسل­ های پنوماتیکی و هیدرولیکی از کمترین دقت در مقابل دو نوع خازنی و با عملکرد کرنش سنجی برخوردار هستند. البته این سنسور­ها با وجود دقت پایین­تر در بعضی از کاربردها نسبت به دو نوع دیگر ترجیح داده می شوند.