คานยื่นชนิดเซ็นเซอร์ชั่งน้ำหนักคืออะไร

การวิเคราะห์โครงสร้างหลัก

โหลดเซลล์แบบคานยื่นเป็นคานโลหะที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งถูกยึดแน่นไว้ที่ปลายหนึ่งข้าง และอีกปลายหนึ่งปล่อยให้เคลื่อนตัวได้อย่างอิสระ โดยประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังนี้:

1. ตัวเรือนยืดหยุ่น (คานไวต่อแรง)

● วัสดุ: มักใช้เหล็กกล้าผสมเกรด 40CrNiMoA หรือเหล็กสแตนเลสเกรด 17-4PH ซึ่งให้สมบัติการยืดหยุ่นและความต้านทานต่อการล้าได้ดีเยี่ยม

● รูปทรง: รูปร่างเป็นก้อนสี่เหลี่ยมผืนผ้า หรือคานแบบขั้นบันไดที่มีหน้าตัดแปรผัน โดยทั่วไปมีความยาวระหว่าง 50 ถึง 300 มิลลิเมตร

● การออกแบบหลัก: ส่วนกลางของคานมักมีบริเวณที่บางลง (โซนการเปลี่ยนรูป) เพื่อรวมการเปลี่ยนรูปไว้บริเวณนั้น จึงเพิ่มความไวในการวัด

● ปลายที่ยึดแน่น: ยึดติดกับฐานอย่างแข็งแรงด้วยสลักเกลียว 2 ถึง 4 ตัว

● ปลายที่รับแรง: มีหัวรับแรง (ลูกบอลเหล็ก หรือหัวกด) ติดตั้งอยู่ด้านบน ซึ่งใช้ถ่ายโอนแรงลงในแนวตั้งไปยังปลายคาน

2. เครื่องวัดความเครียดแบบต้านทาน

โดยทั่วไปจะใช้เกจความเครียด 4 ตัวเพื่อสร้างสะพานวีตส์ตันแบบเต็มรูปแบบ

ตำแหน่งการติดตั้ง:

● ติดตั้งเกจ 2 ตัวบนผิวด้านบนของคาน (บริเวณที่รับแรงดึง)

● ติดตั้งเกจ 2 ตัวบนผิวด้านล่างของคาน (บริเวณที่รับแรงกด)

● หรืออาจติดตั้งใกล้แกนกลางของคานที่ด้านข้างของคาน (โหมดแรงเฉือน) ซึ่งให้ความต้านทานต่อโหลดที่ไม่อยู่กึ่งกลางได้ดีกว่า

● ค่าความต้านทานตามชื่อเรียกมักอยู่ที่ 350 โอห์ม แต่ยังมีรุ่นที่มีค่า 120 โอห์ม และ 700 โอห์มให้เลือกด้วย

● ความยาวของกริดโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1 มม. ถึง 6 มม. โดยเลือกตามขนาดของคาน

3. การชดเชยและการปิดผนึก

มีตัวต้านทานภายในสำหรับการชดเชยอุณหภูมิ (เพื่อชดเชยศูนย์และชดเชยความไว)

ใช้การปิดผนึกแบบเชื่อมแบบจุดหรือการปิดผนึกด้วยกาว สามารถบรรลุระดับการป้องกัน IP67 หรือ IP68 ได้

ตัวเลือกของสายเคเบิล: สายเคเบิลหรือขั้วต่อแบบเชื่อมต่อโดยตรง (เช่น ปลั๊กการบิน M12)

พารามิเตอร์ทางเทคนิคสำคัญ

คำแนะนำในการติดตั้งและการใช้งาน

วิธีการติดตั้งที่เหมาะสม

ปลายที่ยึดต้องแน่นหนาและมั่นคง โดยผิวหน้าที่ใช้ยึดต้องเรียบเสมอกันไม่เกิน 0.05 มิลลิเมตร

ควรรักษาการสัมผัสแบบจุดหรือแบบเส้นระหว่างหัวรับแรงกับวัตถุที่ชั่ง เพื่อป้องกันแรงข้าง

สายเคเบิลต้องยึดและจัดเส้นทางอย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการรบกวนสัญญาณจากความเคลื่อนไหวขณะแกว่ง

เมื่อใช้เซ็นเซอร์หลายตัวแบบขนานกัน (เช่น ตาชั่งแพลตฟอร์มแบบ 4 มุม) จำเป็นต้องให้การกระจายโหลดมีความสม่ำเสมอทั่วทุกเซ็นเซอร์

แหล่งที่มาของความคลาดเคลื่อนที่พบบ่อย

● ข้อผิดพลาดจากการโหลดที่ไม่อยู่กึ่งกลาง: การโหลดที่เบี่ยงเบนจากจุดโหลดจะสร้างโมเมนต์ดัดเพิ่มเติม ทำให้ค่าที่อ่านได้คลาดเคลื่อน

● แรงด้านข้าง / แรงบิด: คานแบบยื่นออกมา (cantilever beams) มีความไวต่อแรงด้านข้าง การติดตั้งที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้ค่าศูนย์เปลี่ยนแปลง

● ผลกระทบจากอุณหภูมิ: การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแวดล้อมส่งผลให้ค่าศูนย์และค่าความไวเปลี่ยนแปลง

● การไหลช้า (creep): การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณเอาต์พุตอย่างช้าๆ ภายใต้สภาวะโหลดเต็มเป็นเวลานาน

● การสั่นสะเทือนเชิงกล: จำเป็นต้องใช้ตัวลดแรงกระแทกหรือการกรองสัญญาณแบบดิจิทัลในสภาพแวดล้อมที่มีการเคลื่อนไหว

การเปรียบเทียบกับเซลล์รับน้ำหนักชนิดอื่น

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานจริง: เครื่องชั่งแพลตฟอร์มขนาดเล็ก

เครื่องชั่งแบบแพลตฟอร์มขนาด 1 ตัน มักใช้เซลล์รับน้ำหนักแบบคานยื่น 4 ตัว จัดวางที่มุมทั้งสี่ของเครื่องชั่ง

ความสามารถในการรับน้ำหนักต่อเซ็นเซอร์: ตัวละ 500 กิโลกรัม (4 × 500 กก. = 2 ตัน รวมทั้งหมด ซึ่งเหลือระยะปลอดภัย 50%

● เซ็นเซอร์ทั้ง 4 ตัวเชื่อมต่อแบบขนานกัน และส่งสัญญาณมารวมกันที่กล่องรวมสัญญาณ (junction box)

● ใช้โพเทนชิออมิเตอร์แบบปรับค่าได้ภายในกล่องรวมสัญญาณ เพื่อแก้ไขความคลาดเคลื่อนที่มุมแต่ละมุม

● สัญญาณขาออกถูกส่งเข้าไปยังเครื่องแสดงค่าน้ำหนัก (weighing indicator) ซึ่งจะแสดงค่าน้ำหนักหลังจากแปลงสัญญาณจากอะนาล็อกเป็นดิจิทัล (A/D conversion) และทำการปรับค่าให้แม่นยำ (calibration)

ขั้นตอนการปรับเทียบ: ตั้งค่าศูนย์ขณะไม่มีน้ำหนัก → วางน้ำหนักมาตรฐานสำหรับการทดสอบ → ป้อนค่ามวลของน้ำหนักนั้น → เครื่องแสดงค่าน้ำหนักจะคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การปรับค่าให้แม่นยำโดยอัตโนมัติ