Technika ważenia

 Ciężar jest obecnie często mierzonym i regulowanym parametrem. W supermarketach ważenie jest podstawą do ustalania ceny produktów. Na drogach i mostach ustala się ograniczenia dla maksymalnego ciężaru pojazdów. Większość materiałów i surowców wprowadzanych do procesów w przemyśle sprzedaje się według wagi. Tak samo jest z metalami i kamieniami szlachetnymi. Ciężar ciała stał się istotnym problemem zdrowotnym, który dał początek wielu wyrobom i usługom mającym na celu jej kontrolowanie.
Jednakże jak dotąd podstawowe mechanizmy służące do stwierdzania ciężaru pozostają takie same: niepozorne wagi. Czy to w domu, czy na stacji załadunkowej waga pomaga wykonać bieżące zadania, a obecnie jest najczęściej wspomagana przez zaawansowane opracowania elektroniczne. To sprawia, że ważenie jest teraz bardziej dokładne i niezawodne.
Nowe badania wskazują na coraz szersze zastosowanie urządzeń ważących.

 

Urządzenia ważące znajdują różnorodne zastosowanie, najwięcej, bo 35%, przypada na ciągłe i nieciągłe procesy przemysłowe

Rozpatrując trendy na rynku użytkowników przemysłowych urządzeń ważących, Control Engineering oraz Reed Research Group – a obie są częścią Reed Business Information, przeprowadziły ankietę pośród prenumeratorów pytając (poprzez pocztę elektroniczną oraz Internet) o ich preferencje dotyczące przemysłowych urządzeń ważących.
W odpowiedziach na to badanie okazało się, że urządzenia ważące znajdują zastosowanie w różnych rodzajach produkcji. 35% respondentów stosuje je zarówno w procesach ciągłych jak i nieciągłych (taktowych, wsadowych). Na procesy nieciągłe przypadło 22,8% całości zastosowań. Urządzenia ważące trafiły również do produkcji liczonej w sztukach (17,1%) oraz do testowania (14,6%). W procesach przemysłowych o czysto ciągłym charakterze stosuje się ważenie jedynie u 7,3% uczestników ankiety, a w kategorii „inne”, do której przyporządkowano pozostałe rodzaje zastosowań, znalazło się tylko 3,3% odpowiedzi. (Patrz wykres: „Podstawowe zastosowania urządzeń ważących”).
Zdefiniowanie zastosowania techniki ważenia w przemyśle ciągłym i wsadowym jest prostsze, niż w przemyśle o produkcji liczonej w sztukach lub w zastosowaniach do testowania. Niezależnie od tego czy składniki są łączone chemicznie, czy też po prostu mieszane ze sobą, zastosowanie dostępnych technik ważenia do określenia i odnotowania proporcji składników jest względnie proste.
Według Teda Kopczynskiego, menadżera ds. urządzeń ważących w firmie Hardy Instruments zastosowanie ważenia w produkcji i porcjowaniu wzrasta na przestrzeni lat. Zmianie ulega również ich zastosowanie w automatyce. T. Hardy dostrzega znaczący trend, polegający na tym, że: – Producenci coraz częściej stosują systemy automatyzacji opartej na typowych sieciach komunikacyjnych, w których coraz więcej danych o procesie wytwórczym jest dostępnych w wewnętrznej sieci firmy (Intranet).
– Dostrzegamy również porównywalny wzrost w skali zastosowania urządzeń ważących w produkcji nieciągłej oraz w operacjach testujących – mówi T. Kopczynski. – Coraz większa liczba przedsiębiorców chce natychmiast wprowadzać wyniki czynności ważenia do baz danych, najlepiej w sposób automatyczny.
W przeciwieństwie do zastosowania ważenia do kontroli i prowadzenia procesu ważenie przy produkcji w jednostkach obejmuje produkcję lub czynności testowania, zazwyczaj małych ilości, ale skomplikowanych wyrobów. Ciekawym przykładem jest maszyna do odlewania wtryskowego. Wykonywana część jest ważona dla zapewnienia, że w formie nie zostały resztki surowca oraz dla stwierdzenia, że część została prawidłowo wykonana, bo ma prawidłową wagę. Innym obszarem zastosowania ważenia w nieciągłej produkcji jest rozróżnianie produktów. Przykładami mogą być: sortowanie brykietów z węgla drzewnego odpowiednio do siły sprasowania; określanie wytrzymałości i twardości testowanych rdzeni betonowych oraz kontrola wytrzymałości gotowych wyrobów, takich jak łańcuchy czy liny. Wszystkie te zastosowania uniwersalnej maszyny do testowania, zazwyczaj będącej mechaniczną czy hydrauliczną prasą wyposażoną w urządzenia ważące (opartą na czujnikach obciążenia lub strategicznie rozmieszczonych mostkach tensometrycznych), których zadaniem jest odnotowywanie obciążenia.

Co ważymy i w jakim celu?
Przemysłowe urządzenia ważące są mocno zróżnicowane. Przy tym nie wszyscy użytkownicy są zainteresowani wskazywaniem czy zapisywaniem wagi jako końcowej wartości, jako istotnej cechy sterowanego procesu przemysłowego. W tej kategorii znalazły się tylko cztery zastosowania zgłoszone przez respondentów ankiety. Są to:

  • ważenie podstawowe,
  • odmierzanie porcji,
  • ważenie wstępne lub napełnianie do określonego ciężaru,
  • kontrolowanie przez ważenie.

Inne zastosowania, w których używa się urządzeń ważących, ujmują to zupełnie inaczej:

  • mierzenie siły jako zmiennej często stanowiącej część testowania dynamometrycznego,
  • pomiary naprężenia wstęgi, parametru krytycznego w maszynach drukarskich, przy produkcji papieru czy metalowych wyrobów ciągnionych (taśmy, druty itp.).

Na koniec wagi mogą być stosowane do wykonywania porównań. Porównania te obejmują:

  • odmierzanie poprzez ważenie – określanie ilości materiału, surowca lub towaru albo stopnia napełnienia kojarząc wymiar opakowania z wagą netto,
  • liczenie poprzez ważenie – używanie urządzenia ważącego do porównywania ciężaru jednego elementu z łącznym ciężarem pewnej ilości takich samych elementów, w celu określenia ich ilości.

Poszerzona wersja tego artykułu – w języku angielskim, dostępna w sieci, zawiera schemat: „Trzy rodzaje ważenia”, pokazujący wyniki rankingu i rozkład zastosowań (w procentach) według wypowiedzi respondentów.

Elektronika poprawia wyniki
Według wyników badania przemysłowe urządzenia ważące są obecnie naszpikowane elektroniką, zawierają mostki tensometryczne, elektroniczne przetworniki lub inne rodzaje czujników. Zwiększenie zastosowania elektroniki rozpoczęło się wraz z udoskonaleniem techniki czujników obciążenia. Już w późnych latach sześćdziesiątych popularność systemów mechanicznych zaczęła maleć.
Terry Mackin, szef sprzedaży urządzeń ważących w firmie Mettler Toledo przypomina sobie, że odchodzenie od starszych typów wag mechanicznych na technikę ważenia opartą na elektronice zaczęło się na szerszą skalę dopiero w połowie lat siedemdziesiątych. Ta zmiana wymagała zastąpienia mechanicznych zespołów pozwalających na zmierzenie ciężaru elementami elektronicznymi, w których działanie siły powodowało zmianę określonego parametru elektrycznego według ustalonej zależności między zmianą wartości siły, a zmianą tego parametru. Dodatkowo konieczne jeszcze było, aby zmiany elektrycznego parametru mogły być mierzone z większą dokładnością, niż osiągały to urządzenia mechaniczne. Nowa technika w elektronice spełniała te wymagania. W praktycznym zastosowaniu najliczniejszą grupą są różne odmiany mostka tensometrycznego w specjalnej obudowie.
W wersji artykułu dostępnej w sieci internetowej (w języku angielskim), na wykresie: „Rodzaje stosowanych wag przemysłowych, definiowanych przez element rozpoznający obciążenie” są przedstawione różne elementy elektroniczne, spełniające funkcję czujnika siły (ciężaru), o których stosowaniu donoszą uczestnicy ankiety.
Istnieje wiele powodów skłaniających do przejścia z mechanicznych urządzeń ważących na elektroniczne. Do najważniejszych należy zaliczyć to, że wagi elektroniczne są dokładniejsze, a przy tym mniej podatne na błędy spowodowane czynnikami środowiskowymi, takimi jak wibracje czy wstrząsy.
– Obecnie nowe, mechaniczne urządzenia ważące stanową mniej niż 1% naszej produkcji – mówi T. Mackin. – Rozwój wag elektronicznych jest pewny. Nowe wagi elektroniczne i całe systemy ważenia oparte na nich, są niezawodne i tańsze. Ponadto są znacznie łatwiejsze w utrzymaniu, a przy tym umożliwiają proste łączenie ich z istniejącymi systemami automatyzacji. Takie połączenie umożliwia natychmiastowy dostęp do wyniku pomiaru ciężaru dla całej sieci ogólnofirmowego układu automatyzacji i wszystkich połączonych z nim stanowisk decyzyjnych.
Technika ważenia rozwija się. Obecnie nawet najprostsze wagi są oparte na rozwiązaniach elektronicznych. A przyczynił się do tego szybki rozwój techniki w sferze baterii i akumulatorów, gęstości upakowania elementów elektronicznych i wynikającej stąd miniaturyzacji. Te czynniki odegrały olbrzymią rolę w rozwoju urządzeń ważących i to nie tylko przemysłowych. A teraz precyzyjnie i w powtarzalny sposób informują Państwa nawet o skuteczności domowej diety.

PRODUKTY: WAGI I URZĄDZENIAWAŻĄCE

Konfigurowalne interfejsy operatora
Graficzny interfejs operatora Jagextreme firmy Mettler Toledo umożliwia wizualne przedstawienie procesu ważenia tak, aby użytkownicy mogli szybko oraz intuicyjnie sterować tym procesem. Wyświetlacz z 256 kolorami na pierwszym planie i w tle, liczne biblioteki obiektów wizualnych oraz klawisze definiowane przez użytkownika. Wbudowany porty: klawiaturowy Ethernet, PS2 oraz szeregowy RS-232 pozwalają na dużą swobodę w łączeniu z sieciami i systemami automatyki. www.mt.com 
Mettler Toledo

Subminiaturowe czujniki obciążenia
Firma Omega Engineering Incorporation oferuje subminiaturowe, naciskowe czujniki obciążenia (model LCKD) do pomiarów siły (obciążenia) w 9-ciu zakresach pomiarowych od 0–1 kG do 0–450 kG. Te małe urządzenia pomiarowe (średnica poniżej 20 mm, wysokość4–7 mm) zawierają mostek tensometryczny umieszczony w obudowie ze stali nierdzewnej (gat. CrNi 17.4). Wysokiej jakości tensometry zapewniają liniowość charakterystyki oraz stabilność czujnika. Miniaturowe układy elektroniczne umieszczone w kablu przyłączeniowym czujnika kompensują zmiany temperatury otoczenia. www.omegaeng.cz 
Omega Engineering
Moduł dla sterowników
Firma Hardy Instruments opracowała jednokanałowy moduł wagowy HI 1769-WS o architekturze PLC. Jest on dostosowany do działania z regulatorami Rockwell Automation. Urządzenie odczytuje i przetwarza dane otrzymane z czujników ciężaru, komunikuje się poprzez zintegrowaną kartę z procesorem CompactLogix lub MicroLogix 1500 firmy Allen-Bradley. www.hardyinstruments.com
Hardy Instruments
Uniwersalne, wzmocnione wagi dla ciężarówek
Wyprodukowana przez firmę Fairbanks Scales waga dla ciężarówek model 70X10 Titan jest produkowana w wersjach montowanych na stałe do wag naziemnych oraz przenośnych. Oba rodzaje produktów są wyposażone w takie same udogodnienia. Ta stalowa, pomostowa waga dla ciężarówek ma kolumnowe wahacze złożone z czujników obciążenia. Trwałe i precyzyjne czujniki są hermetycznie uszczelnione poprzez wtopienie w szkło i metal. Zakres pomiarowy do 45,5 tony z dopuszczalnym przeciążeniem wynoszącym 300%. www.fairbanks.com
Fairbanks Scale

Wagi o wysokiej rozdzielczości
Wagi pomostowe Combics firmy Sartorius GWT mają higieniczne polerowane powierzchnie ważące ze stali nierdzewnej lub kwasoodpornej (także 316ss jako opcja). Trwałe wykonanie z obudową standardowo spełniającą wymagania stopnia ochrony klasy IP65 przed wnikaniem wody i kurzu oraz przypadkowym dotknięciem, zaś na życzenie nabywcy także IP67 lub NEMA4X, co umożliwia ich mycie strumieniem wody. Dodatkowym zabezpieczeniem mogą być płyty lakierowane lub ryflowane ze stali nierdzewnej. Poszerzone zakresy ważenia dochodzą do 2,25 tony (a nawet więcej), z powodzeniem mogą być stosowane w przemyśle: spożywczym, przetwórstwa spożywczego, farmaceutycznym, chemicznym oraz elektronicznym. www.sartorius.com www.sartopol.pl
Sartorius GWT
Programowalne urządzenia ważące
Programowalny regulator wyświetlający typ 920i firmy Rice Lake Weighing Systems jest przeznaczony do obsługi wielowagowych urządzeń, zapewniając im możliwości zbierania danych, pakietowania ich oraz szeregu innych operacji dla celów automatyki przemysłowej. Jest on wyposażony w duży wyświetlacz LCD, który można skonfigurować odpowiednio do potrzeb; symbole wag o wielkości do 3 cm, aktywne wykresy słupkowe, komunikaty o statusie, ikony, podpowiedzi dla operatora oraz wiele funkcji dostępnych poprzez przyciski na ekranie. Modułowa budowa zapewnia możliwość dołączania regulatora 920i do oddalonych urządzeń We/Wy systemu automatyki oraz do sieci DeviceNet, Profibus DP i Ethernet. www.rlws.com
Rice Lake Weighing Systems
Rodzina czujników obciążenia
Firma Kistler Morse oferuje nabywcom rodzinę czujników obciążenia LD3, które mogą ważyć ciężary od 100 kG do 11 300 kG. Rodzina składa się z 3-ch modeli do ważenia w procesach: suchych i wilgotnych – model LD3xi na podstawie i z płytą górną oraz model LD3xiC ze wzmocnioną obudową klatkową oraz dla procesów mokrych, o wysokich wymaganiach model LD360s (na podstawie i z płytą górną). Ostatni model jest przeznaczony do procesów z użyciem materiałów niebezpiecznych lub materiałów drogich oraz w zastosowaniach sanitarnych (spełnia wymagania standardu CIP/SIP). Technika pomiaru oparta na mostku (lub półmostku) tensometrycznym. Obudowa ze stali nierdzewnej (CrNi 17.4). Czujniki obciążenia można stosować z firmowym sterownikiem SVS 2000, wyposażonym w funkcje „szybkiej konfiguracji”, kalibracji, doboru prędkości czy rozdzielczości. www.kistlermorse.com
Kistler Morse