لودسل ها ابزارهای دقیق اندازه گیری نیرو هستند. آنها یک راه حل نسبتا کم هزینه، با دوام و نصب آسان برای تقریباً هر کاربرد اندازه گیری بار ارائه می دهند. لودسل ها برای چندین دهه است که اندازه گیری های کیفی را در هوافضا، کشاورزی و گلخانه، پزشکی و داروسازی، توزین صنعتی و بسیاری از کاربردهای دیگر ارائه می دهند. پیشرفت های مداوم در فناوری لودسل استفاده از آنها را بیشتر گسترش داده است. این مقاله انواع گوناگونی لودسل های موجود، عملکرد اصلی آنها و اینکه کدام نوع برای مصارف عمومی گوناگون بهترین هستند را توضیح می دهد.
لودسل یک ترنسدیوسر یا حسگر است که انرژی جنبشی یک نیرو را به یک خروجی قابل اندازه گیری مانند یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. هر نوع از برخی ویژگی های فیزیکی مواد تشکیل دهنده خود برای ایجاد این خروجی قابل اندازه گیری استفاده می کند. قدرت خروجی متناسب با نیروی (فشرده، کشش، فشار و غیره) اعمال شده به لودسل است. سپس این داده های خروجی می توانند نمایش داده شوند، ذخیره شوند یا برای کنترل سیستم های پیچیده استفاده شوند. توجه داشته باشید که بدون این تبدیل انرژی، اندازه گیری نیرو غیرممکن خواهد بود، بنابراین لودسل ها عملکرد بسیار مهمی را ایفا می کنند.
لودسل ها بیشتر در کاربردهای توزین صنعتی مانند ترازو استفاده می شوند. از آنجایی که لودسل ها می توانند نیروها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کنند، اغلب در سیستم های کنترلی که نیروی وارد بر یک سیستم بر رفتار آن تأثیر می گذارد نیز استفاده می شود. برای نمونه، یک لودسل ممکن است کشش ماشینی را که کابل را روی یک قرقره میپیچد اندازهگیری کند تا اطمینان حاصل شود که سیستم از یک کشش ثابت در طول فرآیند خود استفاده میکند.
اساساً، لودسل ها در سیستم هایی هستند که ماشین آلات صنعتی، دستگاه های پزشکی، بارهای هواپیما و بسیاری از کاربردهای دیگر را آزمایش، نظارت و اجرا می کنند.
لودسل های فشارسنج رایج ترین نوع لودسل هستند. برخلاف طرحهای هیدرولیکی و پنوماتیکی که در زیر توضیح داده شدهاند و تفاضل فشار را به اندازهگیری تبدیل میکنند، لودسل فشارسنج از طریق تغییر در مقاومت الکتریکی عمل میکند.
در داخل هر لودسل فشارسنج حداقل یک دستگاه فشارسنج وجود دارد. فشارسنج یک سیم نازک است که در یک الگوی عقب و جلو بر روی یک ماده بستر غیر رسانا با اتصالات در هر انتهای سیم جانمایی شده است. عملکرد فشارسنج بر روی خواص کشسانی سیم. یعنی وقتی سیم کشیده می شود طول آن زیاد می شود و سطح مقطع کم می شود و در صورت فشرده شدن برعکس اتفاق می افتد. در حالت کشش، مقاومت سیم افزایش می یابد، در حالی که در حالت فشرده سازی، مقاومت سیم کاهش می یابد.
لودسل های فشارسنج این تغییر در مقاومت را به اندازه گیری بار تبدیل می کنند. سیستم هایی که از این نوع لودسل ها استفاده می کنند، نیروی اندازه گیری شده را به گونه ای هدایت می کنند که باعث انحراف (کشش یا فشار) در کرنش سنج ها می شود. از آنجایی که این دستگاهها در شکلها و پیکربندیهای نصب بسیار متنوع هستند، جهتهای بار احتمالی (و بنابراین اندازهگیری برنامههایی که از آنها استفاده میکنند) متعدد است.
لودسل های فشارسنج به دلیل دقت بالا، قیمت پایین و سهولت استفاده، محبوب ترین ها هستند. آنها پاسخ فرکانس بالایی برای بارهای دینامیکی دارند و به تغییرات دما حساس نیستند. از آنجا که آنها می توانند در طیف گسترده ای از پیکربندی های قرار دادن بار قرار بگیرند، تقریباً خود را برای هر کاربرد صنعتی مناسب هستند.
لودسل های فشارسنج ترسندیوسرهای پسیو هستند به این معنی که برای کار کردن به ولتاژ تحریک نیاز دارند. این می تواند استفاده از آنها را در مناطقی که منبع الکتریکی محدودی دارند یا در مناطقی که احتراق ممکن است مشکل ساز باشد، محدود کند.
لودسل های هیدرولیک یک بار را به فشار هیدرولیک تبدیل می کنند. بار اندازه گیری شده به سکوی بار متصل به پیستون اعمال می شود. پیستون در یک محفظه بسته پر از مایع قرار می گیرد. هنگامی که بار وارد می شود، عمل پیستون بر روی دیافراگم، مایع را تحت فشار قرار می دهد. تغییر فشار مایع به طور مستقیم با نیروی اعمال شده توسط بار متناسب است. این فشار مایع از طریق فشار سنج لوله بوردون متصل قابل خواندن است.
لودسل های پنوماتیکی مشابه نمونه های هیدرولیکی خود عمل می کنند زیرا فشار سیال را به اندازه گیری بار تبدیل می کنند. با این حال، سیال تحت فشار در یک لودسل پنوماتیکی نوعی گاز و اغلب هوا است.
نیرویی که باید اندازهگیری شود به یک سکوی بارگیری در یک طرف دیافراگم اعمال میشود و یک تنظیمکننده تامین فشار، یک گاز تحت فشار را به محفظهای در طرف مقابل دیافراگم وارد میکند تا نیرو را متعادل کند. یک نازل متصل به یک فشار سنج به مقداری از گاز تحت فشار اجازه می دهد تا از محفظه خارج شود. فشار گازی که از این نازل عبور می کند اندازه گیری می شود. این فشار متناسب با نیروی اعمال شده است.
لودسل های هیدرولیک یک بار را به فشار هیدرولیک تبدیل می کنند. بار اندازه گیری شده به سکوی بار متصل به پیستون اعمال می شود. پیستون در یک محفظه بسته پر از مایع قرار می گیرد. هنگامی که بار وارد می شود، عمل پیستون بر روی دیافراگم، مایع را تحت فشار قرار می دهد. تغییر فشار مایع به طور مستقیم با نیروی اعمال شده توسط بار متناسب است. این فشار مایع از طریق فشار سنج لوله بوردون متصل قابل خواندن است.
لودسل های پنیوماتیکی دربردارنده موارد زیر است:
لودسل های پنوماتیکی مانند نمونه های هیدرولیکی خود، در برابر انفجار مقاوم هستند و عموماً در کاربردهایی با نگرانی های ایمنی ذاتی استفاده می شوند. لودسل پنوماتیکی در برابر تغییرات دما نیز ایمن است. در نهایت این نوع لودسل به بارهای کوچک حساس است. این باعث می شود که آنها برای سیستم هایی که نیاز به دقت بلادرنگ با سبک ترین بار دارند، مانند توزیع مایعات IV، کاربردی باشند.
لودسل های خازنی بر اساس توانایی یک ماده یا سیستم برای ذخیره بار کار می کنند. آنها از دو صفحه موازی با فاصله بین آنها تشکیل شده اند. جریان الکتریکی به صفحات می رسد تا زمانی که یک بار پایدار بر روی هر یک تشکیل شود: یکی با بار مثبت و دیگری منفی. هنگامی که یک بار به یکی از صفحات اعمال می شود، فاصله باریک می شود و باعث ایجاد بار (یا ظرفیت) ذخیره شده بین صفحات می شود. این شارژ خروجی لودسل را ایجاد می کند که سپس به اندازه گیری بار منجر می شود.
لودسل های خازنی دربردارنده موارد زیر است:
لودسل های خازنی نسبت به طیف وسیعی از نیروها، بزرگ و کوچک، بسیار حساس و دقیق هستند. آنها همچنین از نظر طراحی نسبتاً ساده هستند و آنها را نسبت به سایر انواع لودسل مقرون به صرفه تر می کند. توانایی آنها در محفظه هرمس بدون به خطر انداختن عملکرد آنها، آنها را به انتخاب خوبی برای کاربردهای توزین غذایی و پزشکی که در آن مسائل بهداشتی مهم است تبدیل می کند.
از آنجایی که لودسل های خازنی با استفاده از بار الکتریکی کار می کنند، ممکن است انتخاب خوبی در محیط های قابل اشتعال نباشند. همچنین برخی از مواد دی الکتریک به دما حساس هستند که می تواند بر دقت لودسل تأثیر بگذارد.
سنسورهای پیزوالکتریک بر اساس اثر پیزوالکتریک کار می کنند. اثر پیزوالکتریک خاصیت طبیعی موادی مانند کریستال کوارتز و سایر سرامیک ها است.
پیزوالکتریک زمانی تولید می شود که این ماده کریستالی پلاریزه تحت تنش یا تغییر شکل قرار گیرد. سپس تنش باعث تغییر جهت دوقطبی های داخلی ماده می شود. شبیه دی الکتریسیته است که زمانی اتفاق می افتد که باری از جابجایی الکترون ها در یک عایق ایجاد می شود. سنسورهای پیزوالکتریک می توانند نیرو، فشار و جابجایی را کمیت کنند. الکترودهای فلزی متصل به سطح ماده یک بار خالص قابل اندازه گیری را تشکیل می دهند. برای عملکرد مناسب، طراحی باید این الکترودها را عمود بر نیروی اعمالی قرار دهد.
هر دو نیروی فشار و کشش این اثر پیزوالکتریک را ایجاد می کنند. نیروهای فشاری قطبیت مخالف نیروهای کششی ایجاد می کنند. ولتاژ خروجی با نیروی اعمال شده نسبت مستقیم دارد.
لودسل های پیزوالکتریک دربردارنده موارد زیر است:
ترسندیوسرها پیزوالکتریک یک ترنسدیوسر اکتیو است، به این معنی که برای تولید سیگنال خروجی نیازی به منبع تغذیه خارجی ندارد. این ویژگی این دستگاه را در کاربردهایی که منبع تغذیه خارجی نامناسب است، مطلوب می کند. با این حال، سیگنال خروجی آن نیاز به تقویت دارد زیرا بسیار کوچک است.
اثر پیزوالکتریک برای نیروهای دینامیکی اتفاق می افتد. هنگامی که یک نیرو ایستا می شود، خروجی سنسور به صفر برمی گردد. بنابراین این ترسندیوسرها خود را به کاربردهایی که نیاز به اندازهگیری نیروی گذرا دارند، میدهند.
ترسندیوسرهای پیزوالکتریک نسبت به لودسل های دیگر دوام بیشتری دارند و پاسخ فرکانس بالایی دارند.
لودسل ها دستگاه های اندازه گیری بسیار دقیقی هستند که در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. و انواع گوناگونی از لودسل امروز در صنایع وجود دارد که تفاوت های آنها را در بالا دیدیم. و انواع مختلفی متناسب با کاربرد وجود دارد. شرکت اتوماسیون صنعتی فریان به عنوان مجری پروژه های صنعتی همه آنها را در صنایع گوناگون پیاده سازی کرده است.