لودسل چیست؟ + انواع لودسل ها

لودسل چیست؟ در این آموزش قرار است که با هم و با بیانی ساده و گام‌به گام، با لودسل‌ها و طرز کار آن‌ها آشنا شویم. افراد بسیاری به عنوان یک عادت روزمره هر صبح که از خواب بیدار می‌شوند روی ترازو رفته و وزن‌شان را چک می‌کنند. اما بسیاری از آن‌ها مطلع نیستند – و البته طبیعی است – که چیزی که در درون آن ترازو وزن آن‌ها را اندازه‌گیری می‌کند، ابزاری به نام لودسل (Load Cell) است.

ترازوهای دوکفه‌ای قدیمی را یادتان هست؟ شیوه‌ی آن‌ها در اندازه‌گیری وزن به این ترتیب بود که با قرار دادن وزنه‌هایی با اندازه از قبل مشخص، سعی می‌کردند دو کفه را با هم همتراز کنند. اما حالا با وجود لودسل‌ها کار اندازه‌گیری وزن به صورتی اتوماتیک و پیشرفته‌تر انجام می‌شود. بنابراین در اولین قدم این آموزش، باید با تعریف دقیقی از لودسل‌ها شروع کنیم تا بدانیم که در مورد چه چیزی داریم صحبت می‌کنیم. یک لوسل در واقع چیزی نیست به جز یک فشارسنج که از مبدلی استفاده می‌کند که متناسب با اندازه‌ی نیروی فشار وارد آمده و اندازه‌گیری شده، یک سیگنال الکتریکی تولید می‌کند.

انواع لودسل ها

به طور کلی، این سنسورها را می‌توان به چهار دسته‌ی کلی تقسیم کرد:

• پنوماتیک
• هیدرولیک
• استرین گیج (کرنش سنج)
• خازنی

1. لودسل های پنوماتیک (Pneumatic)

خب بیایید با طرز کار آن‌ها شروع کنیم.

همانطور که از اسم آن‌ها برمی‌آید ؛ پنوماتیک، می‌توانیم حدس بزنیم که با فشار هوا سروکار داریم. این نوع لوسل‌ها از یک صفحه‌ی دیافراگمی کشسان تشکیل شده‌اند که بر روی سطحی که نیروی وزن قرار است بر آن وارد شده و اندازه‌گیری شود نصب می‌شود.

همچنین یک فشارسنج و یک رگولاتور هوا که فشار هوای جاری در سیستم را محدود نگه می‌دارد نیز درون آن وجود دارند. به این ترتیب زمانی که شیئی بر روی لودسل پنوماتیک قرار می‌گیرد، لودسل تلاش می‌کند تا به صورت خودکار میان جریان هوا یا گاز تحت فشار، و وزنی که بر روی آن قرار گرفته است نوعی تعادل ایجاد کند. میزان فشار و تراکم هوا یا گازی که برای این پروسه‌ی ایجاد تعادل نیاز باشد، متناسب با وزن آن شیئ و به نوعی رهیافتی برای سنجش آن خواهد بود. فشار سنج وظیفه‌ی تبدیل میزان فشارهایی که اندازه می‌گیرد به سیگنالی الکتریکی و قابل فهم برای ماست.

2. لودسل های هیدرولیک (Hydraulic)

دسته بعدی ای که بررسی می‌کنیم، لودسل های هیدرولیک هستند. وقتی نام هیدرولیک را می‌شنویم، طبیعتا آن چه در ذهن‌مان تداعی می‌شود این است که احتمالا عملکرد این نوع سنسور مبتنی بر مایعات است؛ یا آب یا نوعی روغن. و بله، دقیقا همین طور است. این نوع لودسل‌ها دقیقا مشابه دسته ی قبلی یعنی پنوماتیک‌ها کار می‌کنند با این تفاوت که به جای فشار هوا، از فشار مایعات بهره می‌برند.

اما اجزای تشکیل‌دهنده یک لودسل‌های هیدرولیک چه هستند؟

• یک صفحه دیافراگم الاستیک.
• پیستونی که بر بالای دیافراگم قرار دارد و بالای آن صفحه‌ای برای قرار گرفتن بار تعبیه شده است.
• آب یا روغنی که درون پیستون است.
• یک فشار سنج لوله بوردون.

زمانی که باری بر روی صفحه‌ی بار قرار می‌گیرد، بواسطه‌ی پیستون فشاری را بر مایع درون لودسل اعمال می‌کند. بنابراین افزایش فشار مایع درون مخزن، متناسب با میزان نیروی وارده یا وزن آن بار خواهد بود و پس از کالیبره کردن فشار، می‌توانید میزان نیرو یا وزن مد نظر را به دقت اندازه‌گیری کنید. اما خواندن اندازه فشار می‌تواند از طریق یک عقربه‌ی آنالوگ انجام شود و یا از طریق تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی که توسط یک سنسور فشار تولید می‌شود.

3. لودسل های استرین گیج (Strain Gauge)

دسته سوم از لودسل‌هایی که بررسی می‌کنیم لودسل‌های کرنش‌سنج هستند که البته محبوب‌ترین نوع لودسل‌ها هم همین دسته هستند. اما لودسل استرین گیج چیزی نیست به جز مبدلی که در زمانی که تحت تاثیر فشار یا هرگونه نیروی کششی قرار می‌گیرد، متناسب با اندازه آن نیرو، یک مقاومت الکتریکی قابل خوانش تولید می‌کند. این امر ؛ یعنی تبدیل فشار به مقاومت الکتریکی باعث می‌شود که اندازه‌گیری به راحتی قابل کالیبراسیون و هم‌چنین دقیق باشد. لازم به ذکر است مقاومت الکتریکی سنسورهای کرنش سنج یک مقاومت خطی است و به همین دلیل قابل تبدیل به فشار و نیرو (و بالعکس) هستند.

اما ساختار داخلی یک لودسل استرین گیج به این شکل است که از چهار سنسور استرین گیج که در آرایش پل وتستون قرار گرفته‌اند تشکیل شده است. و اگر در این لحظه دارید در مورد پل وتستون و چیستی آن فکر می‌کنید؛ باید بگوییم که پل وتستون نوعی مدار الکتریکی است با آرایشی مشهور و مشخص که می‌توان به کمک آن اندازه‌ی یک مقاومت الکتریکی نامشخص را تعیین نمود.

به این ترتیب که مدار از دو شاخه‌ی مقاومتی تشکیل می‌شود و مقاومت نامعلوم در یکی از این شاخه‌ها قرار می‌گیرد. از طریق روابط تعادلی که بر مقدار مقاومت‌های این نوع آرایش مداری حاکم است، مقدار مقاومت نامعلوم مشخص می‌شود. جالب است بدانید که پل وتستون نتایج بسیار دقیقی در اندازه‌گیری مقاومت‌های نامعلوم بدست می‌دهد. در لودسل استرین گیج، سنسورهای استرین گیج با آرایش پل وتستون بر روی میله‌هایی تعبیه شده اند و با وارد آمدن نیرو یا فشار، تغییر شکل می‌دهند.

4. لودسل های خازنی (Capacitive)

و اما آخرین گروه از لودسل‌هایی که باید در مورد آن‌ها صحبت کنیم، لودسل‌های خازنی هستند. همان‌طور که از نام آن‌ها برمی‌آید، این گروه از لودسل ها مبتنی بر اصول خازن‌ها عمل می‌کنند؛ یعنی توانایی یک سیستم در ذخیره بار الکتریکی.

این لودسل‌ها از دو صفحه‌ی تخت موازی با هم تشکیل می‌شوند. به این صفحات جریان الکتریکی اعمال می‌شود و بار الکتریکی پس از به پایداری رسیدن در میان آن‌ها، بر روی صفحات ذخیره می‌شود. و همان‌طور که می‌دانیم میزان بار ذخیره شده و به عبارتی ظرفیت خازنی، به فاصله میان صفحات وابسته است. زمانی که باری بر روی صفحه‌ی لودسل قرار می‌گیرد یا نیروی به آن وارد می‌شود، صفحات به هم نزدیک شده و این فاصله کم می‌شود. در نتیجه میزان بار ذخیره شده و ظرفیت خازن تغییر خواهد کرد. میزان این تغییر متناسب با نیروی اعمال شده است و ما را از اندازه‌ی آن مطلع خواهد کرد.

حالا که انواع مختلف لودسل‌ها را با هم بررسی کردیم، سری هم به کاربردهای آن‌ها بزنیم.

کاربرد های لودسل ها

اولین کاربردی که به صورت نمادین به سراغ آن می‌رویم، فرآیند پرکردن خودکار کیسه‌های نمک در یک خط تولید است!

1. فرآیند پرکردن کیسه‌ های نمک

خب روال کار این خط تولید به این شکل است که ابتدا کیسه‌های خالی درون دستگاهی قرار می‌گیرند. این دستگاه دارای بازوهای متحرکی است که به سمت پایین حرکت کرده، کیسه‌های خالی را دانه به دانه برمی‌دارند و آن‌ها را به منظور پر شدن زیر یک قیف قرار می‌دهند.

اما درست در بالای قیف یک مخزن پر از نمک قرار دارد که با قرار گرفتن کیسه ‌ها در زیر قیف، شروع به آزاد کردن مقدار معینی نمک بر روی نوار نقاله می‌کند تا به درون قیف و پس از آن داخل کیسه جاری شوند. اما مخزن از کجا متوجه خواهد شد که هر بار چه مقدار نمک آزاد کند ؟ در حقیقت این ماشین مجهز به یک لودسل است که در درون آن( در داخل نوار نقاله، درست زیر محل ریختن نمک از مخزن) تعبیه شده است و تعیین می‌کند که هر بار چه وزنی از نمک باید آزاد شود. به این ترتیب که با شروع آزاد شدن نمک از مخزن، لودسل یک ورودی (input ) آنالوگ به PLC ارسال می‌کند.

به محض این‌که وزن نمک آزاد شده از مخزن، توسط لودسل به اندازه‌ی از قبل تعیین شده برای یک کیسه می‌رسد، plc پیغامی مبتنی بر بسته شدن برای مخزن ارسال می‌کند و مخزن تا رسیدن کیسه بعدی بسته خواهد ماند. پس از بسته شدن شیر مخزن و دریافت نمک کافی برای یک بسته، نقاله شروع به حرکت کرده و نمک آزاد شده را از طریق قیف به درون کیسه‌ی منتظر می‌ریزد. در کیسه‌ی مذکور پس از پر شدن مهروموم شده و از دستگاه آزاد می‌شود تا نوبت به کیسه‌ی بعدی برسد.

دومین کاربردی که از لودسل‌ها بررسی می‌کنیم، کاربرد آن‌ها در ماشین‌های پرس‌کاری است.

2.دستگاه پرس چهارچوب در

در این مثال می‌خواهیم به دستگاه‌های پرسی که در ساخت درها استفاده می‌شوند نگاهی بیندازیم. صفحات آلومینیومی به دور محور یک قالب پیچیده می‌شوند، قالب به دور آن‌ها بسته‌ می‌شود واز طریق پرس کردن، طرحی را برای چهارچوب در ایجاد می‌کند. با بسته شدن قالب، یک لودسل میزان فشار وارد شده بر روی قالب وصفحات آلومینیومی را اندازه‌گیری می‌کند و زمانی که فشار به یک آستانه‌ی از قبل تعیین شده رسید، قالب باز می‌شود و صفحات آماده شده از درون قالب برداشته می‌شوند. اهمیت وجود لودسل و اندازه‌گیری فشار در این است که اگر فشار بیش از اندازه‌ی تعیین شده وارد شود دستگاه پرس آسیب می‌بیند و اگر کمتر از میزان معین باشد نیز طرح به درستی منتقل نخواهد شد.

نکاتی برای انتخاب درست لودسل ها متناسب با کاربرد مورد نیاز

تشخیص اینکه شما در پروژه‌تان به چه نوع لودسلی نیاز دارید، موقوف بر این است که ابتدا مشخص کنید که در این پروژه به چه میزان دقت و حساسیت در اندازه‌گیری وزن و فشار نیاز دارید. به عنوان مثال نوع خازنی دقت و حساسیت بسیار بالایی دارد که ممکن است همه جا مورد نیاز نباشد. نوع استرین گیج در جایگاه دوم دقت و حساسیت قرار می‌گیرند. از طرفی انواع پنوماتیک و هیدرولیک هرچند دقت و حساسیت کمتری دارند اما در موارد بسیاری انتظار ما را به خوبی و در حد نیاز برآورده می‌کنند.

خلاصه و جمع ‌بندی

خب به انتهای این آموزش رسیدم. همان‌طور که در ابتدا قول داده بودیم و شما هم دیدید، با زبانی ساده و به طور خلاصه ، تلاش کردیم که با کلیات لودسل‌ها و انواع و کاربردهای آن‌ها آشنا شویم. چهار مورد از انواع کلی لودسل‌هایی که بررسی کردیم به شرح زیر بودند:

• لودسل‌های پنوماتیک
• لودسل‌های هیدرولیک
• لودسل‌های استرین گیج
• لودسل‌های خازنی

هم‌چنین بحث مختصری داشتیم که در برخی کاربردهای صنعتی از لودسل‌ها چه استفاده‌هایی می‌شود. و در پایان نیز یادآور شدیم که عامل تعیین کننده در انتخاب نوع لودسل برای یک پروژه، میزان دقت و حساسیتی است که در اندازه‌گیری نیروی وزن و فشار نیاز داریم. توصیه می‌کنم مقالات مرتبط به معرفی و آموزش راه اندازی سنسورها را هم بخوانید.

منبع: ترجمه از وبسایت REALPARS.COM

در ادامه توصیه می‌کنم دیگر مطالب آموزشی اتوماسیون صنعتی را نیز مطالعه کنید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.