Load cells

 

Load cells uitgelegd

Load cells worden gebruikt voor het meten van krachten, massa of mechanische spanningen.
De aantrekkingskracht van de aarde wordt omgezet in een meetbaar signaal wat gebruikt kan worden voor controle, proces sturing, beveiliging enzovoort.

 

Constructie

Op het dunste deel van de load cell body/constructie zijn weerstandsdraadjes aangebracht.
De weerstand verandert als gevolg van de vervorming van de body door de kracht die op de constructie wordt uitgeoefend.
De loadcell verbuigt enigszins en de verandering van de 4 weerstanden resulteert in een spanningsverschil.
Dit spanningsverschil komt overeen met de kracht of massa.

Een load cell is een sensor of transducer die gebruikt wordt om een kracht, meestal een gewicht, om te zetten in een elektrisch signaal.
Deze omzetting is indirect en gebeurt in twee fasen.
Fase 1: door een mechanische constructie wordt een metalen element een klein beetje vervormd (de wet van Hooke).
Het element moet meer kunnen vervormen dan de constructie waarin het is opgenomen.
Fase 2: de vervorming van het element (de rek) wordt gemeten met een hervormingssensor, die deze rek in een elektrisch signaal omzet.

Afbeelding 1. Load cell

 

Toepassingen

Load cells worden gebruikt in de volgende toepassingen:

  • Elektronische weegschalen.
  • Wegen van transportbanden.
  • Wegen van silo’s, tanks en containers.
  • Wegen van voertuigen (auto’s, treinen, boten etc.).
  • Wegen van vliegtuigen en helikopters.
  • Bepaling van zwaartepunt.
  • Meten van krachten.

 

Soorten load cells

Afhankelijk van de toepassing wordt een keuze voor een bepaald type load cell gemaakt:

  • Single point Bending Beams (plateauweegschaal).
  • Single Ended Shear Beams (weegplatform).
  • Double Ended Shear Beams (zware silo’s).
  • S-Type Load Cells (kabelspanning).
  • Tension/Compression Disks (testbanken).
  • Olie gedempte Load Cells.

 

Benamingen

De capaciteit van een load cell wordt aangeduid in gram, kilogram of ton.
Het bereik van een load cell is van onbelast (nul), tot het maximum bereik (capaciteit).
De nauwkeurigheid van de load cell wordt in het algemeen aangegeven als een percentage van de totale capaciteit.
Als een load cell van 100 kg bijvoorbeeld een algehele nauwkeurigheid van ± 0,03% heeft, meet de load cell het gewicht van nul tot 100 kg, met een nauwkeurigheid van ± 30 gram.
Dit geldt ook als de load cell een gewicht van 5 kg of 95 kg meet.

 

Datasheets

Een load cell datasheet geeft belangrijke informatie weer:

  • Capaciteit: Het totale meetbereik van de load cell.
  • Overbelasting: Het maximale percentage volledige lading dat de load cell aan kan.
  • Nauwkeurigheid: Dit wordt uitgedrukt in termen van lineariteit, hysteresis, herhaalbaarheid en kruip. Deze cijfers worden allemaal uitgedrukt als een percentage van de totale capaciteit van de load cell.
  • Gevoeligheid: De gevoeligheid van de load cell bepaalt de werkelijke spanningsuitgang, wanneer de load cell wordt belast. Deze cijfers worden uitgedrukt in mV/V (millivolt per volt).
  • Thermische gevoeligheid: Hoeveel de output zal wijzigen met een verandering in temperatuur. Dit is vaak uitgedrukt in procent van de volledige belasting/°C.

 

Brug van Wheatstone

De wetmatigheid waarop het load cell principe is gebaseerd, de zgn. “Brug van Wheatstone” bestaat uit 4 geschakelde weerstanden (een weerstand is een rekstrookje ofwel weerstandsdraadje).

Afbeelding 2. Weerstandsdraadje

De spanningsmeters, meestal vier of een veelvoud van vier, zijn verbonden in een Brug van Wheatstone om de zeer kleine verandering in weerstand om te zetten in een bruikbaar elektrisch signaal.
Weegcellen hebben meestal 4 of 6 aansluitdraden.
Twee van deze draden moeten de load cell voeden.
Dit wordt “excitatie” genoemd.
Twee van de andere draden sturen een signaal terug naar de gewichtsindicator.
Deze worden de “signaaldraden” genoemd.
Als de load cell een 6-draads verbinding heeft, worden de extra 2 draden “detectiedraden” genoemd.
Deze worden gebruikt door de gewichtsindicator om spanningsval in de excitatie over lange afstanden te compenseren.
De detectiedraden zijn verbonden met hetzelfde punt als de excitatiedraden.

Afbeelding 3.  4-draadsbrug                        Afbeelding 4.  6-draadsbrug

Als de meters in een load cell zijn aangesloten in een gebalanceerd Wheatstone Bridge-circuit en worden geëxciteerd door een bron van AC- of DC-spanning, zal de transducer een elektrische output produceren die een directe lineaire functie van de excitatiespanning is.
Load cells hebben meestal een excitatiespanning tussen 3 en 15 Volt DC.
De signaaluitvoer van de load cell hangt af van de load cell zelf, maar ligt meestal in het bereik van 0 tot 50 mV.
De signaaluitvoer van de load cells wordt uitgedrukt in milli-volt per volt (mV/V).
Dit betekent dat voor elke volt excitatie die op de load cell wordt toegepast, een aantal millivolt op volle schaal wordt uitgevoerd.
Deze waarde wordt de gevoeligheid van de load cell genoemd.
Typische gevoeligheidsbereiken zijn van 1 mV/V tot 3 mV/V.

 

Meer info?

Bekijk hier ons aanbod aan load cells.

Lees hier meer over load cells in de praktijk.

Neem contact met ons op.