Kraftmesszellen für Gewichtsmessungen
Kraftmesszellen werden auch häufig als Wägezellen bezeichnet und bilden die Herzstücke elektrischer bzw. elektronischer
Waagen. Für die unterschiedlichsten Gewichtsklassen geeignet decken sie einen sehr weiten Anwendungsbereich ab. Die Wägezellen werden zum größten Teil für industrielle Anwendungen zur Gewichtsbestimmung und
Messung hergestellt und ermöglichen einen sicheren, zuverlässigen Betrieb mit genauen Ergebnissen. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen zählen:
- Waagen für Behälter oder Plattformen
- Band- oder Kranwaagen
- Gewichtsmessungen in Abfüll-, Verpackungs- und Dosieranlagen
- Füllstandmessungen
Aufbau und Funktionsweise der Kraftmesszellen
Die Grundelemente der Wägezellen bestehen aus speziellen Federkörpern, die sich bei einer Krafteinwirkung verformen. Sie besitzen als Kernstücke sogenannte
Dehnungsmessstreifen (DMS) und werden daher oft auch als DMS-Wägezellen bezeichnet. Dehnungsmessstreifen sind Umformer für mechanische Kräfte in elektrische Signale. Sie bestehen aus Widerstandselementen mit einem bestimmten Nennwiderstand, den das Bauteil ohne Krafteinwirkung besitzt. Wird eine mechanische Kraft auf das Bauteil ausgeübt (beispielsweise durch das Gewicht eines Gegenstandes), so hat dies eine geringe Verformung des Federkörpers und damit auch des Dehnungsmessstreifens zur Folge, durch die eine Widerstandänderung erfolgt. Wird ein DMS zum Beispiel gedehnt, so erhöht sich dessen elektrischer Widerstand. Durch eine Stauchung nimmt der Widerstand ab. Die Wägezellen enthalten in der Regel mindestens vier DMS, welche zu einer sogenannten Wheatstonebrücke verschaltet wurden. Dadurch addieren sich die einzelnen positiven bzw. negativen Widerstandsänderungen zu einer Gesamtverstimmung der Brücke. An zwei Anschlüsse der Brücke wird dazu eine konstante Speisespannung angelegt. Die beiden anderen Anschlüsse liefern die Messspannung, deren Höhe sich je nach Krafteinwirkung bzw. Gewicht ändert. Bei Sechsleiter-Technik können zwei zusätzliche Anschlüsse zur Kontrolle der Speisespannung dienen.
Parallelschaltungen von Messzellen
Werden Messzellen in wägetechnischen Systemen eingesetzt, sind Parallelschaltungen einzelner Wägezellen keine Seltenheit. Die Ausgänge liefern dabei ein gemeinsames Signal. Selbstverständlich dürfen nur Messzellen mit gleichen Kennwerten parallelgeschaltet werden. Der Minimalwiderstand des Wägemoduls muss dabei stets geringer sein als der Gesamtwiderstand der zusammengeschalteten Wägezellen.
Messfehler durch zu hohe Temperaturen
Um einwandfreie Messergebnisse zu erzielen, sollte die maximale Betriebstemperatur der Messzelle nicht überschritten werden. Überhitzungen können durch eine direkte Sonneneinstrahlung entstehen sowie auch durch das Anlegen einer zu hohen Speisespannung.
Überlasten vermeiden
Es versteht sich von selbst, das Überlastungen der Messzellen dringend vermieden werden sollten. In bestimmten Anwendungen jedoch kann es vorkommen, dass sogenannte Laststöße während des Betriebs nicht auszuschließen sind, beispielsweise dann, wenn das Aufbringen der Last im freien Fall solche Laststöße erzeugt. In diesen Fällen sollten entsprechende Vorkehrungen getroffen werden, um Beschädigungen der Wägezellen zu vermeiden. Es können zum Beispiel für höhere Lasten ausgelegte Wägezellen eingesetzt werden. Ein entsprechender Sicherheitszuschlag ist immer ratsam. Die Lasten sollten übrigens immer genau in die Messrichtung der Wägezellen aufgelegt werden. Außermittige Belastungen sowie Querkräfte sollten dringend vermieden werden.
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