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Herstellung einer resistiven Wägezelle

Herstellung einer resistiven Wägezelle

Anzahl Durchsuchen:67     Autor:Wandlertechniken.     veröffentlichen Zeit: 2017-09-14      Herkunft:Wandlertechniken.

Entwerfen
Abhängig von der Anwendung wird der Typ (Biegebalken, Stütze, Schubbalken usw.) festgelegt. Lastbereich und Leistung sind wichtige Faktoren, die bei der Auswahl des zu verwendenden Materials zu berücksichtigen sind. Während Aluminium für niedrigere Lastbereiche verwendet wird, wird Stahl für höhere Lasten bevorzugt. Für Waagenanwendungen werden Biegebalken-Wägezellen verwendet. Zugkraftmesszellen werden in Verpackungsautomaten zur Messung von Zugkräften eingesetzt. Säulen- oder Scherbalken-Wägezellen mit hoher Kapazität werden für Brücken- / LKW-Waagen verwendet.

Eine Wägezellen-Konstruktionssoftware reduziert den Arbeitsaufwand erheblich. Die meisten Programme bieten Abmessungen für den kritischsten Teil der Wägezelle. Für Scherbalken-Wägezellen ist die Stegdicke am kritischsten. Für Säulenwägezellen ist die Spaltenbreite und -breite wichtig. Und für binokulare Strahlwägezellen ist die Dicke des dünnsten Teils des Profils & Der Abstand zwischen den Löchern ist wichtig.

Materialbeschaffung
Bei der Materialbeschaffung werden Metall (Stahl oder Aluminium), Dehnungsmessstreifen (Messwandlerklasse), Kleber, Klemmen, Leiterplatten, Kabel, Bälge, Befestigungselemente und Typenschilder eingekauft.

Dehnungsmessstreifen werden je nach Anwendung ausgewählt. linear oder scherend. Dehnungsmessstreifen sind in verschiedenen Größen wie 3 mm, 6 mm usw. erhältlich. Dehnungsmessstreifen können von namhaften Herstellern wie HBM, Micro-Measurements (MM), Shinkoh, BLH usw. bezogen werden , Drähte für interne Verkabelung, Kabelverschraubungen usw. werden ebenfalls beschafft. Teflonbeschichtetes mehradriges Kabel (4-adrig oder 6-adrig) mit dem richtigen Farbcode (rot, schwarz, weiß, grün, gelb und blau) wird vom richtigen Anbieter bezogen. Das Kabel sollte auf Durchgang und Qualität der Litzen innerhalb der Adern geprüft werden. Die Litzen sollten versilbert und flexibel sein.

Legierung mit rechtem Querschnitt (kreisförmig oder quadratisch oder rechteckig) wird so ausgewählt, dass der Materialverlust am geringsten ist. Die meisten Hersteller bevorzugen die Verwendung von Rundprofilen nach EN24 für Stahlwägezellen. Der nächste Schritt ist die Prüfung der chemischen Zusammensetzung und der inneren Risse des Metalls (Ultraschallprüfung) durch einen renommierten Prüfdienstleister. Legierungen, die nicht den Industriestandards entsprechen, werden abgelehnt. Auch Material mit inneren Rissen kann nicht zur Herstellung von Wägezellen verwendet werden.

Bearbeitung und Wärmebehandlung
Die Bearbeitung des Rohmaterials in die gewünschte Form erfolgt mit großer Sorgfalt. Üblicherweise verwendete Maschinen sind Formmaschine, Fräsmaschine, Drehmaschine, Säulenbohrmaschine und Flachschleifmaschine. Die Maschinen müssen unter guten Arbeitsbedingungen und in der Lage sein, genaue Abmessungen zu erzielen. In allen Phasen wird das richtige Kühlmittel verwendet, um eine übermäßige Erwärmung während des Prozesses zu vermeiden. Die Abmessungen werden in jeder Phase mit Präzisionsmessgeräten wie Höhenmesser, digitalem Nonius, Tiefenmesser, Mikrometer usw. mit einer Genauigkeit von 1 Mikrometer überprüft. Das Material im Prozess (Stahl) wird geölt, um Oxidation zu vermeiden. Das Flachschleifen ist die letzte Bearbeitungsstufe, die nach dem Aushärten durchgeführt wird.

In einer Wärmebehandlungsanlage werden nur Stahlelemente gehärtet. Die Elemente werden langsam auf eine hohe Temperatur erhitzt und schnell in einem Ölbad abgekühlt, gefolgt von einer weiteren Abkühlung in einem Wasserbad. Der Kabelbaum wird in einem Rockwell-Härteprüfgerät geprüft. Der Härtewert sollte zwischen HRC 40 und 45 liegen. Wenn der Wert unter 45 liegt, müssen die Elemente erneut gehärtet werden, oder wenn der Wert über 45 liegt, werden die Elemente erweicht. Einige Stahlpartien härten nicht auf den gewünschten Wert aus, Elemente müssen in solchen Fällen verworfen werden.

Flachschleifen erreicht zwei Ziele; exakte abmessungen und glatte oberfläche. Das dabei entfernte Material beträgt in der Regel wenige Mikrometer. Die Elemente werden ein letztes Mal entgratet und sind bereit für die nächste Stufe.

Galvanisieren
In früheren Jahren wurde häufig die Verzinkung verwendet. In den letzten 2 Jahrzehnten ist jedoch stromloses Nickel die bevorzugte Schutzbeschichtung, da es einen guten Schutz bietet und die Elemente auch ästhetisch gut macht. Die Elemente werden poliert, um die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern. Anschließend wird es gereinigt und mit Chemikalien gespült, um Fett und andere Substanzen zu entfernen. Die Elemente werden für einen bestimmten Zeitraum, in dem Nickel an den Elementen haftet, in ein chemisches Bad getaucht. Der letzte Schritt ist das Polieren, um die Ästhetik zu verbessern.

Bonding DMS und interne Verdrahtung
Dies ist eine entscheidende Phase der Wägezellenherstellung. Auf dem Element wird die Oberfläche, auf der der Dehnungsmessstreifen befestigt werden soll, durch Polieren mit Wasserschmirgel in kreisenden Bewegungen vorbereitet. Mit Hilfe eines Höhenmessers und einer Oberflächenplatte werden die Fadenkreuze gezeichnet, um die genaue Position des Dehnungsmessers auf den gegenüberliegenden Seiten des Elements zu markieren. Die DMS-Oberfläche wird gründlich mit chemischen Mitteln wie Trichlorethylen (TCE) und Aceton gereinigt. Alternative Chemikalien werden anstelle von TCE verwendet, da es in vielen Ländern verboten ist.

Sobald das Element frei von Fett und anderen Verunreinigungen ist, wird Klebstoff auf das Fadenkreuz aufgetragen (entsprechend der ungefähren Fläche, die der Dehnungsmessstreifen einnimmt). Klebstoff wird auch auf die Unterseite von Dehnungsmessstreifen und Lötanschlüssen aufgetragen und einige Minuten lang absetzen gelassen. Es ist wichtig, genau die richtige Menge anzuwenden.

Unter einem Mikroskop wird der Dehnungsmessstreifen positioniert, indem die Markierungen mit dem Fadenkreuz ausgerichtet und dann abgeklebt werden, um ihn in Position zu halten. Das verwendete Klebeband ist von besonderer Qualität und hält Temperaturen im Bereich von 250 Grad Celsius etwa 2 Stunden lang stand. Mit Dehnungsmessstreifen an einigen Stellen werden Druckstücke und Klemmen befestigt. Dies geschieht, um die Bewegung anzuhalten und auch die Klebstoffdicke zwischen dem Dehnungsmessstreifen & Element. Wenn die Klemmen in Position sind, werden die Elemente in einen elektrischen Ofen (mit einem Luftgebläse) gestellt und etwa eine Stunde lang auf etwa 180 Grad erhitzt. Der Vorgang wird üblicherweise als Aushärten bezeichnet. Temperatur und Dauer der Wärmebehandlung hängen vom verwendeten Klebstoff ab. Die Elemente benötigen etwa 12 Stunden, um auf Raumtemperatur abzukühlen, und sollten natürlich vorkommen. Nach dem Aushärten werden Klammern und Klebebänder entfernt. Die Elemente werden einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen, die als Nachhärten bezeichnet wird. Dies geschieht, um Stärkemesser und Klebstoff zu zerstören.

Der nächste Schritt ist das Löten von DMS-Anschlüssen an Lötfahnen und das Befestigen von Drähten, um einen Schaltkreis zu erstellen, sodass sich die DMS in Wheatstone Bridge-Konfiguration befinden. Für diesen Job werden High-End-Lötstationen (temperaturgesteuert) mit speziellen Lötspitzen verwendet. Die interne Verkabelung endet an einer kleinen Platine, an die das mehradrige Kabel angeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt haben wir eine funktionierende Wägezelle. Ein grundlegender Test wird durchgeführt; 10 V Gleichstrom (oder 12 V Gleichstrom) werden mit einem Multimeter mit einer Mindestspannung von 0,1 V gemessen, und es wird ein Leerlauf- oder Nullausgang festgestellt. Die Last wird in der richtigen Richtung angelegt, um zu überprüfen, ob der Ausgang positiv ist. Im Idealfall ist Leerlauf auf -0,25 mV eingestellt.

Temperaturkompensation
Wägezellen müssen sich über einen festgelegten Temperaturbereich von ~ 0 bis 60 Grad Celsius konstant verhalten. Um dies zu erreichen, werden Wägezellen 6 bis 12 Stunden bei 0 ° C und 60 ° C untersucht. Aufgrund der Leistungsunterschiede wird eine Drahtlänge aus einer speziellen Legierung in den Stromkreis eingeführt, um dem Einfluss der Temperatur entgegenzuwirken. Eine zweite Runde des Temperaturtests wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass das Verhalten der Wägezelle über den gesamten Bereich konstant ist, d. H. Zwischen 0 ° C und 60 ° C. Mit den jüngsten Entwicklungen in der Dehnungsmessstreifen-Technologie haben selbstkompensierende Dehnungsmessstreifen eine Stufe der Wägezellen-Herstellung eingespart. Unternehmen, die Wert auf Qualität legen, überprüfen jedoch das Verhalten von Wägezellen bei unterschiedlichen Temperaturen.

Belastungstests und Kalibrierung
In dieser Phase werden Wägezellen einer Vielzahl von Tests unterzogen: Skalenendwert, Wiederholbarkeit, Linearität, Kriechen, Hysterese und vieles mehr. Die Wägezellenleistung wird bei Nennlast auf 20 mV (oder 10 mV, 30 mV, je nach Spezifikation) eingestellt. Wägezellen werden auch Überlasttests unterzogen, um sicherzustellen, dass sie 150% der Nennlast standhalten.

Wiederholbarkeitstest: Die Wägezelle wird mehrmals einem Skalentest (und auch einem Teillasttest) unterzogen und bei jedem Ladevorgang ausgegeben. Die Ausgabe sollte innerhalb des angegebenen Genauigkeitsniveaus liegen.

Linearitätstest: Die Wägezelle wird inkrementell & Inkrementelles Laden und Ausgeben wird bei jedem Auftreten vermerkt. Das Diagramm Last gegen Ausgabe sollte eine gerade Linie sein.

Kriechtest: Die Wägezelle wird über einen längeren Zeitraum (z. B. eine Stunde) mit voller Leistung geladen und die Ausgangsleistung wird beobachtet. Im Idealfall sollte die Leistung weder steigen noch fallen.

Hermetische Abdichtung
Dies ist die letzte Stufe, in der die Wägezelle staub-, feuchtigkeits- und wasserdicht gemacht wird. Einige Wägezellen am unteren Ende sind aus Kostengründen nicht hermetisch abgedichtet. Größere Wägezellen (höhere Kapazitäten) sind mit Epoxidfarbe beschichtet, um zusätzlichen Schutz zu bieten. Die Wägezelle wird erneut getestet, um sicherzustellen, dass die äußere Abdeckung oder der Faltenbalg das Lastverhalten nicht beeinflusst haben.

Jede Wägezelle wird mit einem Datenblatt geliefert, das die Seriennummer der Wägezelle, das Herstellungsdatum, den Kabelfarbcode, die Außenabmessungen und elektrische Parameter wie Erregerspannung, Eingang & Ausgangsimpedanz, Leerlaufausgang, Nennkapazität, Skalenendwert, Empfindlichkeit usw.


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