لودسل کششی و کاربردهای گسترده آن در صنعت توزین

در دنیای پیچیده و دقیق صنایع مختلف اندازه گیری دقیق وزن و نیرو از اهمیت حیاتی برخوردار است. از خطوط تولید گرفته تا سیستم های کنترل کیفیت و ایمنی به سنسورهایی قابل اعتماد برای این منظور همواره نیاز است. در میان انواع مختلف حسگرهای نیرو و لودسل‌ها به عنوان ابزارهای کلیدی شناخته می شوند.

لودسل ها سنسورهایی الکترونیکی هستند که نیروی وارد شده (کشش فشار خمش یا برش) را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. این سیگنال سپس توسط نمایشگر یا سیستم های کنترل خوانده و به واحد وزن یا نیرو تبدیل می شود. در این میان لودسل کششی با ساختار و ویژگی های منحصر به فرد خود نقش ویژه ای در کاربردهای خاص توزین صنعتی ایفا می کند.

این مقاله به صورت تخصصی به معرفی لودسل کششی اصول کارکرد آن انواع مشخصات فنی و مهم تر از همه کاربردهای گسترده آن در صنایع مختلف می پردازد. هدف ما ارائه یک راهنمای جامع و کاربردی برای مهندسان مدیران فنی و فعالان حوزه توزین صنعتی است تا بتوانند با درک عمیق تر این سنسور حیاتی بهترین انتخاب را برای نیازهای خود داشته باشند.

لودسل چیست و چگونه کار می کند؟

لودسل (loadcell) یک سنسور وزن است که نیروی فیزیکی وارد شده به آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. این نیرو می تواند به صورت کشش فشار خمش یا برش باشد. اساس کار اکثر لودسل های مدرن بر پایه پدیده مقاومت کششی یا همان استرین گیج است.

استرین گیج ها المان های حساسی هستند که مقاومت الکتریکی آن‌ها با تغییر شکل مکانیکی (کشش یا فشار) تغییر می‌کند. این تغییر مقاومت بسیار ناچیز است و برای اندازه گیری دقیق چندین استرین گیج به صورت پل وتسون به هم متصل می‌شوند. با اعمال نیرو به لودسل بدنه آن تغییر شکل بسیار کوچکی می‌دهد که این تغییر شکل باعث کشیدگی یا فشردگی استرین گیج های نصب شده روی آن می‌شود.

اصول اولیه عملکرد لودسل

هنگامی که استرین گیج ها تغییر شکل می دهند مقاومت الکتریکی آن ها متناسب با میزان تغییر شکل تغییر می‌کند. این تغییر مقاومت باعث تغییر ولتاژ در پل وتسون می‌شود و یک ولتاژ خروجی کوچک (معمولاً در حد میلی ولت) ایجاد می‌کند. این ولتاژ خروجی متناسب با نیروی اعمال شده به لودسل است.

سیگنال خروجی لودسل بسیار ضعیف است و نیاز به تقویت کننده دارد. پس از تقویت سیگنال توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال به داده‌های دیجیتالی تبدیل می شود. این داده ها سپس توسط یک پردازنده یا نمایشگر لودسل پردازش شده و به صورت مقدار نیرو یا وزن نمایش داده می‌شوند. کالیبراسیون لودسل فرآیندی است که رابطه دقیق بین نیروی اعمال شده و سیگنال خروجی را تعیین می کند.

لودسل کششی: تعریف ویژگی ها و مزایا

لودسل کششی نوع خاصی از لودسل است که برای اندازه گیری نیروی اعمال شده در جهت کشش (Tension) طراحی شده است. به عبارت دیگر این لودسلها زمانی استفاده می‌شوند که قرار است باری از آن ها آویزان شود یا نیرویی در جهت کشیدن اعمال گردد. ساختار فیزیکی لودسل کششی به گونه ای است که در برابر نیروهای فشاری مقاومت کمتری نشان می دهد و برای اندازه گیری دقیق نیروی کشش بهینه شده است.

ویژگی اصلی لودسل کششی توانایی آن در اندازه گیری دقیق نیروهای آویز است. این لودسل ها معمولاً دارای نقاط اتصال رزوه دار یا سوراخ هایی برای نصب در سیستم های آویز هستند. بدنه آن ها طوری طراحی شده که تحت نیروی کشش در ناحیه خاصی دچار تغییر شکل الاستیک شود و استرین گیج ها این تغییر شکل را حس کنند.

تفاوت لودسل کششی با سایر انواع

تفاوت اصلی لودسل کششی با انواع دیگر مانند لودسل فشاری خمشی و برشی در جهت نیروی قابل اندازه گیری و ساختار فیزیکی آن هاست:

• لودسل فشاری برای اندازه گیری نیروی فشاری استفاده می شود. معمولاً زیر مخازن ستون ها یا باسکول های کفه ای نصب می شوند. ساختار آن ها محکم و ستونی یا دیسکی شکل است.
• لودسل خمشی برای اندازه گیری نیروهای خمشی استفاده می شود. معمولاً در باسکول های کفه ای کوچک و متوسط توزین نوار نقاله و بسته بندی به کار می روند. شکل آن ها معمولاً مستطیلی با نقاط نصب در دو سر و اعمال نیرو در وسط است.
• لودسل برشی برای اندازه گیری نیروهای برشی استفاده می شود. دقت بالایی دارند و در باسکول های کفه ای بزرگ توزین مخازن و سیستم های بچینگ به کار می روند. شکل آن ها مشابه لودسل خمشی است اما نحوه نصب و اعمال نیرو متفاوت است.
• لودسل کششی صرفاً برای اندازه گیری نیروی کششی طراحی شده است. ساختار آن برای تحمل بارهای آویزان بهینه شده و رایج ترین نوع آن لودسل های S-Type هستند.

انتخاب نوع لودسل بستگی به نحوه اعمال نیرو در سیستم توزین دارد. استفاده از لودسل نامناسب برای نوع نیرو می تواند منجر به خطا در اندازه گیری یا حتی آسیب به لودسل شود.

انواع لودسل کششی بر اساس شکل و کاربرد

اگرچه همه لودسل های کششی برای اندازه گیری نیروی کشش طراحی شده اند اما در شکل و جزئیات ساختاری متفاوت هستند که آن ها را برای کاربردهای خاصی مناسب تر می سازد. رایج ترین و شناخته شده ترین نوع لودسل کششی لودسل S-Type است.

لودسل S-Type پرکاربردترین نوع کششی

لودسل S-Type به دلیل شکل ظاهری که شبیه حرف S انگلیسی است به این نام خوانده می‌شود. این مدل لودسل دارای دو نقطه اتصال رزوه دار در بالا و پایین است. بار کششی به یکی از این نقاط اعمال شده و لودسل از نقطه دیگر آویزان می‌شود. این تیپ لودسل در ظریفت 5 کیلوگرم تا تهایتا 30 تن تولید می‌شود.

طراحی S-Type باعث می شود که تحت نیروی کشش ناحیه میانی لودسل دچار تغییر شکل خمشی شود. استرین گیج ها روی این ناحیه نصب شده اند تا این خمش را اندازه گیری کنند. لودسل های S-Type در طیف وسیعی از ظرفیت ها از چند کیلوگرم تا چندین تن تولید می شوند و به دلیل ابعاد کوچک سهولت نصب و قیمت مناسب بسیار پرکاربرد هستند.

لودسل های استوانه ای

لودسل های استوانه ای خاص برای اندازه گیری نیروی کششی برای ظرفیت های بالا تولید می‌شوند. این لودسل ها معمولاً در کاربردهای سنگین صنعتی مانند توزین جرثقیل به کار می روند. دقت و پایداری آن ها در ظرفیت های بالا از مزایایشان است. لودسل کششی استوانه ای از ظرفیت 10 تن تا 100 تن تولید می‌شود.

لودسل های  دیسکی

این مدل معمولاً به شکل دیسک یا صفحه هستند و بیشتر برای اندازه گیری نیروی فشاری در کاربردهای دقیق و گاهی با ظرفیت بالا استفاده می‌شوند. با این حال برخی مدل های خاص با طراحی مناسب و نقاط اتصال مرکزی یا پیرامونی قابلیت اندازه گیری نیروی کششی را نیز دارند.

این لودسل‌ها به دلیل ارتفاع پایین خود در مکان هایی که محدودیت فضا در ارتفاع وجود دارد مناسب هستند. کاربردهای آن ها می تواند شامل سیستم های تست پرس ها و برخی سیستم های توزین خاص باشد.

کاربردهای لودسل کششی در صنایع مختلف

لودسل های کششی به دلیل قابلیت اندازه گیری دقیق نیروی آویزانی در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی که نیاز به توزین یا کنترل بار معلق وجود دارد مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از مهم ترین کاربردهای آن ها عبارتند از:

توزین مخازن و سیلو

در توزین مخازن و سیلوهایی که محتویات آن ها به صورت مایع یا پودری نگهداری می‌شود میتوان از لودسل های کششی استفاده کرد. در این حالت مخزن از بالا توسط سازه ای معلق می شود و لودسل های کششی در نقاط اتصال آویز نصب می شوند تا وزن کل مخزن و محتویات آن را اندازه گیری کنند.

این روش برای اندازه گیری موجودی کنترل فرآیند و بچینگ مواد در صنایعی مانند شیمیایی غذایی دارویی و ساختمان (سیمان شن و ماسه) بسیار کاربردی است. دقت اندازه گیری در این روش به نحوه نصب و استفاده از کیت های نصب مناسب بستگی دارد.

باسکول های آویز و جرثقیل ها

یکی از رایج ترین کاربردهای لودسل کششی در ساخت باسکول آویز (Crane Scale) است. این باسکول ها مستقیماً به قلاب جرثقیل یا سازه نگهدارنده متصل شده و بار مورد نظر از پایین به آن ها آویزان می شود. لودسل کششی در قلب این دستگاه ها قرار دارد و وزن بار را اندازه گیری می کند.

باسکول های آویز در انبارها کارخانجات تولیدی بنادر و سایت های ساختمانی برای توزین سریع و آسان بارهای سنگین کاربرد دارند. قابلیت حمل و نقل و سهولت استفاده از مزایای آن هاست.

سیستم های تست و کشش مواد

در آزمایشگاه‌های تحقیق و توسعه و خطوط کنترل کیفیت از دستگاه های تست کشش برای تعیین خواص مکانیکی مواد مانند استحکام کششی نقطه تسلیم و ازدیاد طول استفاده می شود. لودسل های کششی جزء حیاتی این دستگاه ها هستند.

این لودسل ها نیروی کششی اعمال شده به نمونه ماده را با دقت بسیار بالا اندازه گیری می‌کنند در حالی که سیستم تغییرات طول نمونه را ثبت می‌کند. ترکیب این دو داده امکان رسم منحنی تنش-کرنش و تعیین خواص مکانیکی مواد مختلف مانند فلزات پلیمرها پارچه ها و کامپوزیت ها را فراهم می آورد.

سیستم های توزین بچینگ

در فرآیندهای بچینگ مواد مختلف با نسبت های دقیق ترکیب می شوند. لودسل های کششی می‌توانند در توزین مواد ورودی به میکسرها یا راکتورها به کار روند به خصوص زمانی که مواد از بالا به داخل مخزن یا میکسر اضافه می شوند و سیستم توزین به صورت آویز طراحی شده است.

دقت لودسل کششی در این کاربرد تضمین کننده کیفیت محصول نهایی و کنترل دقیق فرآیند تولید است. این سیستم ها در صنایعی مانند تولید مواد شیمیایی رنگ چسب مواد غذایی و بتن کاربرد فراوان دارند.