Δυναμοκυψέλες: Τι είναι, κατηγορίες και το φαινόμενο ringing

Οι δυναμοκυψέλες είναι στην ουσία οι αισθητήρες στα συστήματα ζύγισης. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές κατηγορίες αλλά η βασική αρχή λειτουργίας είναι κοινή: Η πίεση που ασκείται από το βάρος μετατρέπεται σε ένα ηλεκτρικό, συνήθως, σήμα του οποίο είναι απευθείας ανάλογο με τη δύναμη που ασκείται. Το σήμα της δυναμοκυψέλης μεταφέρεται σε μια ηλεκτρονική διάταξη και αυτή προβάλλει την τιμή της δύναμης.

Οι βασικές κατηγορίες είναι οι υδραυλικές, οι πνευματικές και οι δυναμοκυψέλες τεχνολογίας strain gauge. Οι εφαρμογές των δυναμοκυψελών είναι πολλές, από εργαστηριακές ζυγαριές ακριβείας, βιομηχανικές πλάστιγγες, πλατφόρμες ζύγισης κ.α. Δυναμοκυψέλες συναντούμε και σε διάφορες εφαρμογές δοκιμής αγωνιστικών αυτοκινήτων.

Πιεζοηλεκτρικές δυναμοκυψέλεςδυναμοκυψελες

Μια από τις πιο συνηθισμένες κατηγορίες είναι οι δυναμοκυψέλες με πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα. Πιεζοηλεκτρισμός είναι η ιδιότητα ορισμένων υλικών να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα όταν τους ασκείται πίεση. Η ένταση του ρεύματος είναι συνήθως ανάλογη της πίεσης που ασκείται στο υλικό της δυναμοκυψέλης και αυτή η κατηγορία είναι χρήσιμη για τη μέτρηση δυνάμεων.

Οι πιεζοηλεκτρικές δυναμοκυψέλες χρησιμοποιούνται σε δυναμικές φορτώσεις (αλλάζει το φορτίο κατά τη διάρκεια της μέτρησης) εκεί που οι δυναμοκυψέλες strain gauge δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν λόγω αστοχίας.

 

Πνευματικές δυναμοκυψέλες

Αυτές οι δυναμοκυψέλες χρησιμοποιούν μια συμβατική διάταξη πιστονιού – κυλίνδρου. Το πιστόνι τοποθετείται σε ένα ελαστικό διάφραγμα και στην ουσία δεν έρχεται σε επαφή με τη δυναμοκυψέλη. Μηχανικά stop αποτρέπουν την άσκηση υπερβολικής πίεση στο διάφραγμα και εμποδίζουν την καταστροφή του. Η δυναμοκυψέλη γεμίζει με λάδι και όταν ασκείται δύναμη από κάποιο φορτίο στο πιστόνι αυξάνει η πίεση του λαδιού. Η πίεση του λαδιού μεταφέρεται σε ένα σωλήνα Bourdon στο εσωτερικό τη δυναμοκυψέλης για να μετρηθεί η το αρχικό φορτίο.

Επειδή αυτή η διάταξη δεν περιλαμβάνει ηλεκτρισμό είναι ευνοϊκή για επικίνδυνα φορτία και εγκατάστασης με κίνδυνο φωτιάς ή έκρηξης π.χ. βυτία καυσίμων. Συνηθισμένες εφαρμογές υδραυλικών δυναμοκυψελών είναι δεξαμενές, χοάνες και κάδους. Μια τέτοια δυναμοκυψέλη είναι ανθεκτική σε αιφνίδια ηλεκτρικά φορτία (π.χ .κεραυνοί) και έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια σε συστήματα ζύγισης εξωτερικών χώρων π.χ. πλάστιγγες. Από όλες τις κατηγορίες, οι υδραυλικές δυναμοκυψέλες είναι αυτές που κοστίζουν περισσότερο.

Πνευματικές δυναμοκυψέλεςδυναμοκυψελες

Οι δυναμοκυψέλες αυτού του τύπου είναι σχεδιασμένες για να λειτουργούν εξισορροπόντας αντίθετες πιέσεις. Από τη διαφορά αυτών των πιέσεων προκύπτει η μέτρηση του φορτίου. Στην μία πλευρά της δυναμοκυψέλης ασκείται πίεση σε ένα διάφραγμα και η πίεση εκτονώνεται από μια βαλβίδα στον πυθμένα της δυναμοκυψέλης. Ενας μετρητής πίεσης εντός της δυναμοκυψέλης χρησιμοποιείται για να μετρήσει την πίεση στο εσωετεικό του διαφφράγματος. Η παραμόρφωση του διαφράγματος επηρεάζει τη ροή του αέρα εντός της βαλβίδας και την πίεση μέσα στο θάλαμο.

Το φαινόμενο της ταλάντωσης στις δυναμοκυψέλες

Οι δυναμοκυψέλες είναι επιρρεπείς στο φαινόμενο του “ringing” όταν υποβάλλονται σε απότομες αλλαγές φορτίου. Στην ουσία πρόκειται για μια συμπεριφορά τύπου ελατηρίου αφού οι δυναμοκυψέλες παραμορφώνονται κατά την άσκηση φορτίων. Με αυτό ως δεδομένο, μία δυναμοκυψέλη πρέπει να είναι σχεδιασμένη ώστε να ταλαντώνεται στην φυσική της συχνότητα. Αυτό το πρότυπο ταλάντωσης είναι το αποτέλεσμα του ringing και πολλές φορές απαιτείται η χρήση ενός συστήματος σίγασης.

ΠΗΓΗ