Was ist eine Wägezelle und wie funktioniert sie?
Sehen wir uns an, woraus sie besteht und wie sie die Gewichtskraft misst.
Wägezellen mit Dehnungsmessstreifen sind Sensoren, die für die Messung der Gewichtskraft verwendet werden. Sie werden allgemein in Wägesystemen oder zur Messung der Kraft, Drucklast und Zuglast eingesetzt.
Die Ermittlung der auf die Wägezelle angewandten Kraft erfolgt durch das Erfassen einer Deformation mechanischer Art, die der Sensor in ein elektrisches Signal in mV umwandelt, das proportional zur Deformation selbst ist.
Aber wie genau funktioniert eine Wägezelle?
Aufbau
Um die Funktion einer Wägezelle verstehen zu können, muss man zuerst berücksichtigen, wie sie aufgebaut ist.
Die Wägezelle besteht aus zwei Teilen: dem mechanischen Körper und dem Stromkreis.
Der Körper ist jener Teil, der das Gewicht trägt oder die auf den Sensor ausgeübte Kraft aufnimmt.
Er besteht im Allgemeinen aus hochwertigem Stahl oder Aluminium, robusten, aber auch elastischen Materialien, die imstande sind, unter Belastung einer leichten Deformation standzuhalten und dann in die Ausgangsposition zurückzukehren, indem sie auf die Beanspruchung reagieren.
Es handelt sich also um Materialien, die eine mechanische Zuverlässigkeit und homogene Verteilung der Deformation gewährleisten.
Diese mechanische Eigenschaft nennt sich Belastbarkeit: je höher sie ist, umso größer ist die Fähigkeit des Materials, Energie zu absorbieren und sich zu verformen, ohne jedoch dauerhaft verformt zu bleiben.
Im Körper der Wägezelle befinden sich Dehnungsmessstreifen, elektrische Leiter aus äußerst dünnen Metalldrähten aus Konstantan, die gitterförmig in einem engen Zick-Zack-Muster angeordnet und auf einer Folie aus isolierendem Material angebracht sind.
Die Dehnungsmessstreifen werden fest in den Bereich mit der höchsten Deformation des Wägezellenkörpers geklebt und sind durch einen Kreislauf mit Wheatstone-Brücke miteinander verbunden.
Die Wägezelle wird aus der Kombination zwischen dem mechanischen Gehäuse und den Dehnungsmessstreifen gebildet.
→ Lesen Sie auch Wie entsteht eine Wägezelle ? um Details über den Herstellungsprozess zu erfahren.
Funktionsweise
Wenn eine Kraft auf die Wägezelle ausgeübt wird, verbiegt sich diese leicht: das Metall verformt sich und kehrt nach Entfernung des Gewichts wieder in die Originalform zurück.
Die fest mit dem Zellenkörper verbundenen Dehnungsmessstreifen verformen sich gemeinsam mit der Oberfläche, indem sie sich verlängern oder zusammenziehen.
Diese leichten Größenänderungen werden in Tausendstel Millimetern (Mikrometer oder Mikron) ausgedrückt und verursachen eine Änderung des elektrischen Widerstands der Leiter, aus denen die Dehnungsmessstreifen bestehen: wenn ein Leiter verlängert wird, erhöht sich sein Widerstand; wird er zusammengepresst, so verringert sich sein Widerstand.
Beispiel einer vollständigen Wheatstone-Brücke auf einer Biegestab-Wägezelle.
Die Änderung des Widerstands wird gemessen und durch die Verbindung der Dehnungsmessstreifen mit einer Wheatstone-Brücke in ein proportionales, in mV ausgedrücktes Signal umgewandelt.
Bei analogen Wägezellen wird das Signal der Wägezelle in mV von einem externen Transmitter oder Wägeindikator durch Umwandlung in ein digitales Signal verarbeitet, und ein Gewichtswert wird angezeigt.
Bei digitalen Wägezellen erfolgt diese Umwandlung direkt in der Wägezelle.
Der Gewichtswert kann schließlich durch den Analogausgang oder Feldbus an einen PC oder eine SPS übertragen werden.
Unterschiedliche Typen von Wägezellen
Die Wägezellen, deren Aufbau und grundlegenden Funktionen wir kurz erläutert haben, sind sehr vielseitige Sensoren.
Sie bieten in vielen unterschiedlichen Bereichen eine präzise Leistung und sind für viele Branchen unerlässlich:
- Industrielle Automatisierung und Automobilbranche;
- Chemisch-pharmazeutische Industrie, Viehzucht und Lebensmittelbranche;
- Bauwesen, Hebesysteme, Verpackung, Textil- und Papierbranche;
- Transport und Bewegung;
- Handel (Waagen für den Verkauf nach Gewicht).
Die Wägezellen werden je nach ihrer spezifischen Anwendung mit sehr unterschiedlichen Formen, Abmessungen und Eigenschaften konzipiert.
→ Lesen Sie auch Die wichtigsten Arten von Wägezellen
→ Lesen Sie auch Wie wählt man eine Wägezelle aus? Leitfaden zu den technischen Eigenschaften
→ Lesen Sie auch Wie wählt man eine Wägezelle aus? Zu bewertende Faktoren
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