Az alábbi általános útmutató célja, hogy segítséget nyújtson a súlymérési rendszerek tervezése, kivitelezése és üzembe helyezése során. A súlymérés (tömeg- vagy erőmérés) kulcsfontosságú számos ipari, kereskedelmi vagy laboratóriumi alkalmazásban, ezért a megfelelő szenzorok, hardver- és szoftverelemek kiválasztása, valamint a rendszer gondos tervezése elengedhetetlen a pontos, megbízható és költséghatékony mérési eredmények eléréséhez.
A segédlet elkészítése során támaszkodtunk a www.zemic.com és www.laumas.com oldalakon található szakmai információkra, termékleírásokra és útmutatókra. Az alábbiakban bemutatjuk a legfontosabb szempontokat, melyeket figyelembe kell venni egy korszerű és megbízható súlymérési rendszer tervezésénél, kiegészítve valós alkalmazási példákkal.
1. Alapfogalmak és célok meghatározása
-
Szenzortípus – mérlegcella (load cell)
A mérőcellák (load cell) elterjedt típusai: nyúlásmérő bélyeges (strain gauge) cellák, kapacitív cellák, hidraulikus megoldások stb. Ipari alkalmazásokban leggyakoribbak a nyúlásmérő bélyeges cellák, melyek kiválóan alkalmasak a pontos és stabil súlymérésre. -
Mérési tartomány, pontosság
- A mérési tartomány (kapacitás) meghatározza azt a súly- vagy erőintervallumot, amelyen belül a szenzor biztonsággal használható.
- A pontossági osztály (akár OIML, akár gyártói specifikáció alapján) megadja, hogy mennyire finom felbontással és mekkora megengedett hibahatáron belül mérhető a súly.
- A cél az, hogy a tervezett alkalmazásnak megfelelő kapacitású és pontosságú érzékelőt (mérlegcellát) válasszunk.
-
Alkalmazási cél, körülmények
- Milyen iparágban használjuk (pl. élelmiszeripar, gyógyszeripar, raktározás, szállítmányozás)?
- Milyen környezeti hőmérsékletet, páratartalmat, mechanikai behatásokat (rezgés, rázkódás), kémiai hatásokat (maró anyagok, nedvesség) kell figyelembe venni?
- Ezek mind befolyásolják a mérlegcella anyagát, védettségi szintjét (IP-védettség), valamint az elektronikával szemben támasztott követelményeket.
-
Gyakorlati példák
- Raktári mérleg: Nagy teherbírású platform, 2–4 mérlegvellával, akár több tonnás kapacitással.
- Gyógyszeripari adagolórendszer: Kisebb kapacitású, nagy pontosságú mérőcella, amelyet könnyen sterilizálni lehet, és ellenáll a gyakori tisztításnak.
- Élelmiszeripari töltő- és csomagológép: Rozsdamentes acél ház, IP67/68-as védettség, gyors mintavételi sebesség az automatizált folyamatokhoz.
2. Mérlegcellák kiválasztása
-
Anyag és védettség
- A rozsdamentes acél ház ellenállóbb maró anyagokkal, nedvességgel szemben.
- Alumínium ház könnyebb, ugyanakkor kevésbé ellenálló, de sokszor költséghatékonyabb megoldás.
- IP65 fölötti (IP67, IP68) védelemmel ellátott load cell-ek szükségesek, ha nedves vagy poros környezetben használják őket.
-
Szerelhetőség és geometria
- Platform- vagy gerenda mérlegcellák (single point load cell, shear beam load cell) jellemzően mérlegeknél, pódium-, asztali- vagy laboratóriumi mérlegeknél alkalmazott megoldások.
- Nyúlásmérő bélyeges oszlopcellák (column type load cell) nagy teherbírásra képesek, gyakran használatosak silók, nagy ipari tartályok mérésénél.
- Kettős nyírású gerenda mérlegcellák (double shear beam) szintén alkalmasak nehézipari mérőplatformokba.
-
Kapacitás és pontossági osztály
- A Zemic és Laumas kínálatában széles skálán mozognak a kapacitások (néhány grammos tartománytól egészen több tíz tonnáig).
- OIML R60 szerinti C3, C4, C5 osztályú cellákat gyakran alkalmaznak mérleges és kereskedelmi célokra. A laboratóriumi és precíziós felhasználáshoz akár még magasabb osztályú cellák is rendelkezésre állhatnak.
- Fontos figyelembe venni a szükséges túlterhelhetőséget és a biztonsági tényezőket (safe overload és ultimate overload).
3. Az elektronika és jelfeldolgozás tervezése
-
Jelátalakító (amplifier, transmitter)
- A nyúlásmérő bélyeges mérlegcella alapvetően kisfeszültségű, tipikusan millivolt-szintű jelet szolgáltat.
- Erősítőre (amplifier) vagy jelátalakítóra (transmitter) van szükség, amely továbbítja a jelet egy PLC, PC, adatgyűjtő vagy kijelző felé.
- Kimeneti protokollok: analóg (4–20 mA, 0–10 V), digitális (RS232, RS485, Modbus, CAN, PROFINET stb.). A választás függ az ipari hálózati igényektől, a vezérlőrendszer típusától és a rendelkezésre álló szoftveres háttértől.
-
Digitális jelkezelés, ADC
- Ha digitális mérlegcellát választunk, a beépített ADC (Analóg-Digitális Átalakító) már a szenzor belsejében végzi a digitalizálást, amely csökkentheti a külső zavarok hatását, és könnyebb integrációt nyújthat ipari rendszerekhez.
- A megfelelő mintavételi frekvencia (sampling rate) kiválasztása függ a folyamat gyorsaságától és a kívánt pontosságtól.
-
Kijelző és vezérlés
- Sok esetben a rendszernek szüksége lehet helyi kijelzőre, ami mutatja a lemért tömeget, és kezelői feladatokat (tara, nullázás, kalibrálás) is ellát.
- Komplexebb megoldásoknál a PLC-hez vagy ipari PC-hez való csatlakozás a teljes folyamatirányítási rendszerbe integrálja a súlymérési adatokat (pl. automatikus adagolás, riasztások, statisztika, folyamatoptimalizálás).
4. Mechanikai kialakítás
-
Terhelésátadás és mérőcellák elhelyezése
- Fontos, hogy a terhelés egyenletesen, tengelyirányú nyomással (vagy húzással) kerüljön a mérlegcellára, minimalizálva az oldalirányú erőket és a csavaró nyomatékot.
- A mérőplatform rögzítésekor figyelni kell a tágulásra, hőmozgásra, rezgések csillapítására.
- Nagyobb rakodótereknél, silóknál gyakran több mérőcella szükséges (pl. 3 vagy 4 mérőcella), ekkor gondosan kell figyelni a platform szerkezeti merevségére és a cellák kalibrálására.
-
Környezeti hatások csillapítása
- Mechanikai alátétek (rugóstagok, lengéscsillapítók) védhetik a cellát ütődéstől, hirtelen terheléstől (pl. leeső raklap).
- Korrózióálló vagy rozsdamentes alkatrészek alkalmazása segít megnövelni a rendszer élettartamát.
-
Kábelezés és árnyékolás
- Egy ipari környezetben jelentős elektromos zavarforrások (nagyfrekvenciás motorok, hegesztőgépek, inverterek stb.) fordulhatnak elő, ami megzavarhatja a kis jelszintű jelátvitelt.
- Az árnyékolt, rövid és megfelelően rögzített kábelút, valamint a földelési protokollok betartása kulcsfontosságú a zavartalan méréshez.
5. Kalibrálás, üzembe helyezés és hitelesítés
-
Alapkalibrálás
- Új mérlegcella vásárlásakor a gyártó tipikusan gyári kalibrálást végez. Ehhez azonban gyakran helyszíni kalibrálás is szükséges, különösen több cellából álló rendszerek esetén.
- A platformra ismert tömegű súlyokkal (kalibráló súlyok) terhelve, lépésenként (pl. a névleges terhelés 20%, 40%, 60%, 80%, 100%-án) ellenőrizhető és korrigálható a szenzor kijelzett értéke.
-
Hitelesítés
- Kereskedelmi mérlegeknél (pl. üzletek, hivatalos mérlegelések) törvényi szabályozás vonatkozik a hitelesítési eljárásra. Erről a helyi akkreditált kalibráló labor vagy a mérésügyi hivatal gondoskodhat.
- Fontos a nemzeti és nemzetközi szabványok (pl. OIML, MID) betartása, ha a mérésből számlázás, eladás vagy jogilag kötelezően elfogadott adat származik.
-
Felhasználói beállítások és tesztelés
- A telepítést követően mindig végezzünk próbaméréseket, ellenőrizzük a linearitást és a szoftver által számolt értékeket (tara, átlagolás, riasztási küszöbértékek).
- Érdemes rögzíteni a mérleg audit nyomtatását, a szoftver logokat, hogy hiba esetén legyen miből kiindulni.
6. Karbantartás és hibaelhárítás
-
Rendszeres felülvizsgálat
- Nagy forgalmú rendszerek (pl. raktári mérleg, csomagoló sor) esetén javasolt időszakos ellenőrzést és karbantartást végezni.
- Ellenőrizzük a mérőcella rögzítéseit, a mechanikai szerkezet épségét, korróziót, esetleges mechanikai ütközést vagy deformációt.
-
Tisztítás és védelem
- A lerakódott por, folyadék vagy egyéb anyagok befolyásolhatják a mérés pontosságát, vagy akár meghibásodáshoz vezethetnek.
- Rendszeres tisztítás, esetlegesen védőburkolatok alkalmazása növeli a rendszer élettartamát.
-
Elektromos hibák és jelzavarok
- A hirtelen pontatlanság vagy zajos mérési értékek rendszerint kábel- vagy földelési hibára, esetleg a kalibráció elállítódására utalnak.
- Digitális load cell alkalmazása esetén a diagnosztikai funkciók (hibakód, feszültség ellenőrzése) gyorsabb hibakeresést tesznek lehetővé.
-
Szerviz és alkatrészcserék
- Sok gyártó (Zemic, Laumas, stb.) biztosít felújítási vagy csereprogramot, amikor a load cell meghibásodik. Érdemes gyártói támogatást kérni a legrövidebb állásidő és legbiztosabb minőség érdekében.
7. Valós felhasználási példák
-
Gabonaipari silómérés
- Több oszlopcellát (column type) alkalmaznak, általában silónként 3–4 darab load cell-el.
- Fontos az állandó, időjárástól függő hőtágulási mozgások kompenzálása, és a megfelelő alátámasztás.
- A mérési jelet jellemzően PLC feldolgozza, megjelenítve a töltöttségi szintet, riasztást indítva a tele állapotnál.
-
Élelmiszeripari adagolórendszer
- Kisebb kapacitású, magas IP-védettségű (IP67/IP68) single point load cell-eket építenek az adagolófejek alá.
- Gyors mintavételi sebességre (pl. 50–200 Hz) van szükség, hogy a folyamatos mozgás és adagolási folyamat mellett is pontos legyen a kimérés.
- A vezérlő PLC valós időben korrigálja az adagolást, így minimalizálva az anyagveszteséget.
-
Platformmérleg logisztikai központban
- Négy sarokba szerelt gerendamérő cella (shear beam load cell) közös platformmal.
- Közepesen nagy (2–5 tonnás) kapacitás, gyakori igénybevétel (raklapok, konténerek mérése).
- Fontos a mechanikai behatások (pl. targonca ráfutás) elleni védelem.
-
Laboratóriumi mintamérés
- Kisebb, nagy pontosságú single point load cell.
- Alacsony kapacitás (általában grammos tartományig), de magas érzékenység és stabilitás.
- Szigorú kalibrálási és hitelesítési protokollok, teljes árnyékolás a külső zavarokkal szemben.
8. Összefoglaló tanácsok a tervezéshez
- Alapos igényfelmérés: Pontosan meg kell határozni, milyen súlyokat kívánunk mérni, mekkora pontossággal, milyen környezeti viszonyok között.
- Megfelelő szenzor és elektronika kiválasztása: Fontos a gyártói adatlapok alapos áttanulmányozása, és nemcsak az ár, hanem a garancia, a minősítések és a gyártói support is mérlegelendő.
- Profi mechanikai kialakítás: A terhelésnek megfelelően kell kialakítani a platformot, rögzítéseket, csillapításokat. A rossz mechanikai kialakítás drasztikusan rontja a mérés pontosságát.
- Környezeti védelem: Nedvesség, por, vegyi anyagok, rezgés, hőmérsékletváltozás – mindent figyelembe kell venni a tervezésnél.
- Helyszíni kalibrálás és hitelesítés: A rendszer csak akkor lesz ténylegesen pontos és jogszerűen használható, ha szabályos kalibráláson és hitelesítésen megy át.
- Rendszeres karbantartás: A megbízható működés érdekében időszakos ellenőrzést, tisztítást és próbaterhelést kell végezni, így előzve meg a váratlan meghibásodásokat.
A fent bemutatott szempontok betartásával olyan súlymérési rendszert tervezhetünk és építhetünk, amely pontos, stabil és megfelel az adott iparág követelményeinek. A www.zemic.com és www.laumas.com oldalakon további részletes műszaki leírások, termékkatalógusok és alkalmazási példák találhatók, amelyek segítségével könnyebben kiválasztható a célfeladathoz ideális érzékelő és kiegészítő elektronika. A gondos tervezés, a minőségi alkatrészek és a szabályszerű kalibrálás jelentősen meghosszabbítja a rendszer élettartamát, és megbízható mérést biztosít a legkülönfélébb ipari és kereskedelmi körülmények között.