מתמר עומס (Load Cell)
מתמר העומס הוא הלב של רוב מערכות השקילה המודרניות.
תפקידו של מתמר העומס הוא למדוד את הכוח המופעל עליו ולהמיר אותו לאות חשמלי שניתן לעיבוד על ידי ראש השקילה או מערכת הבקרה.
למרות שמרבית אנשי המקצוע מתייחסים למתמר העומס כאל "החלק שמודד את המשקל", בפועל המתמר אינו מודד מסה ואינו מודד משקל במובן הפיזיקלי. הוא מודד כוח בלבד.
מטרת מערכת השקילה היא להמיר את הכוח הנמדד לערך מסה באמצעות תהליך כיול ועיבוד אות.
תוכן העניינים
- מהו מתמר עומס
- כיצד פועל מתמר עומס
- מדידי מעוות (Strain Gauge)
- גשר ויטסטון (Wheatstone Bridge)
- פלט המתמר
- סוגי מתמרי עומס
- כיצד בוחרים מתמר עומס
- הקשר בין המתמר למבנה המכני
- גורמים המשפיעים על ביצועי המתמר
- שאלות נפוצות
- המשך קריאה
מהו מתמר עומס?
מתמר עומס (Load Cell) הוא חיישן המיועד להמיר כוח מכני לאות חשמלי.
כאשר מופעל כוח על גוף האלסטי של המתמר, נוצר עיוות מכני קטן מאוד. עיוות זה נמדד באמצעות מדידי מעוות ומומר לשינוי בהתנגדות החשמלית של הגשר.
ראש השקילה מודד את השינוי החשמלי הזה ומחשב ממנו את הכוח שהופעל על המתמר.
ברוב מערכות השקילה התעשייתיות נעשה שימוש במתמרי עומס המבוססים על מדידי מעוות, אך קיימות גם טכנולוגיות נוספות כגון:
- מתמרים הידראוליים.
- מתמרים פנאומטיים.
- מתמרים קיבוליים.
- מתמרים מבוססי טכנולוגיה אלקטרומגנטית.
כיצד פועל מתמר עומס?
עקרון הפעולה הבסיסי של מתמר עומס מבוסס על ארבעה שלבים:
- מופעל כוח על גוף המתמר.
- המתמר עובר עיוות אלסטי קטן מאוד.
- מדידי המעוות מזהים את השינוי המכני.
- השינוי מומר לאות חשמלי פרופורציונלי לכוח המופעל.
ברוב המקרים מדובר בעיוותים של מיקרונים בודדים בלבד.
מדידי מעוות (Strain Gauge)
מדיד המעוות הוא רכיב התנגדות חשמלית המודבק על גוף האלסטי של מתמר העומס.
כאשר מופעל כוח על המתמר, גוף המתמר עובר עיוות אלסטי קטן מאוד. מדיד המעוות המחובר אליו עובר את אותו העיוות.
כאשר מדיד המעוות נמתח, ההתנגדות החשמלית שלו גדלה. כאשר הוא נדחס, ההתנגדות שלו קטנה.
השינויים בהתנגדות קטנים מאוד ולכן אינם ניתנים למדידה ישירה ברוב היישומים.
מסיבה זו נעשה שימוש בגשר ויטסטון.
גשר ויטסטון (Wheatstone Bridge)
רוב מתמרי העומס התעשייתיים מבוססים על ארבעה מדידי מעוות המחוברים בתצורת גשר ויטסטון מלא.
חלק ממדידי המעוות ממוקמים באזורים הנמצאים במתיחה וחלקם באזורים הנמצאים בלחיצה.
כאשר מופעל עומס על המתמר:
- מדידי המעוות הנמצאים במתיחה מעלים את התנגדותם.
- מדידי המעוות הנמצאים בלחיצה מורידים את התנגדותם.
שינויים אלו יוצרים חוסר איזון בגשר ויטסטון, אשר מתורגם למתח דיפרנציאלי קטן מאוד.
מתח זה פרופורציונלי לכוח המופעל על המתמר ומהווה את אות המדידה שמועבר לראש השקילה.
מבנה זה מאפשר:
- הגדלת רגישות המדידה.
- שיפור הליניאריות.
- פיצוי תרמי חלקי.
- הקטנת השפעת רעשים חיצוניים.
פלט הגשר הוא מתח דיפרנציאלי קטן מאוד הנמדד בדרך כלל במיליוולטים.
פלט המתמר
פלט מתמר עומס מוגדר בדרך כלל ביחידות של mV/V.
לדוגמה:
- מתמר בעל רגישות של 2 mV/V.
- מתח עירור של 10V.
- עומס מלא של 1,000 ק"ג.
במצב זה המתמר יספק:
- 0 mV ללא עומס.
- 20 mV בעומס מלא.
מדובר באות קטן מאוד ולכן איכות ההגברה, הסינון וההארקה משפיעות באופן משמעותי על ביצועי המערכת.
סוגי מתמרי עומס
קיימים סוגים רבים של מתמרי עומס, וכל אחד מהם מיועד ליישומים שונים.
| סוג מתמר | יישומים נפוצים |
|---|---|
| Single Point | משטחי שקילה ומשקלי שולחן. |
| Shear Beam | משטחי שקילה, משקלי גשר ומערכות תעשייתיות. |
| Double Ended Shear Beam | משקלי גשר ועומסים גבוהים. |
| Compression | סילוים, מיכלים ועומסים גבוהים. |
| S-Type | מערכות תלייה ומתיחה. |
| Canister | משקלי גשר ויישומי עומס גבוה. |
| Ring Torsion | Checkweigher ומערכות שקילה דינמיות. |
כיצד בוחרים מתמר עומס?
בחירת מתמר עומס מבוססת על מספר שיקולים מרכזיים:
- כושר השקילה הנדרש.
- סוג העומס וכיוון הכוחות.
- דיוק נדרש.
- תנאי הסביבה.
- רעידות ועומסים דינמיים.
- דרישות רגולטוריות.
- המבנה המכני של המערכת.
בחירת המתמר אינה יכולה להתבצע בנפרד מתכנון המבנה המכני של מערכת השקילה.
הקשר בין המתמר למבנה המכני
מתמר העומס אינו פועל בחלל ריק.
כל מתמר מתוכנן לעבוד עם סוג מסוים של עומסים, כיווני כוח ותנאי התקנה.
לדוגמה:
- מתמרי S-Type מתאימים בדרך כלל למערכות תלייה.
- מתמרי Compression נפוצים בשקילת מיכלים וסילוים.
- מתמרי Single Point מאפשרים שקילת פלטפורמה שלמה באמצעות מתמר יחיד (בדר"כ משטחים עד מידות 60X80).
- מתמרי Shear Beam מאפשרים העמסה של פלטפורמה על מספר נקודות שונות וחלוקת העומסים ביניהם.
מסיבה זו בחירת המתמר ותכנון המבנה המכני מתבצעים בדרך כלל יחד.
למידע נוסף ראו:
- המבנה המכני של מערכת שקילה.
- מהי מערכת שקילה?
גורמים המשפיעים על ביצועי המתמר
מספר גורמים עשויים להשפיע על ביצועי מתמר העומס:
- עומסים צדיים.
- עומסי פיתול.
- טמפרטורה.
- רעידות.
- עומסי יתר.
- התקנה לא נכונה.
- חדירת מים או לחות.
- קורוזיה.
ביישומים רבים הגורמים המכניים משפיעים על הדיוק יותר מאשר מאפייני המתמר עצמו.
שאלות נפוצות – FAQ
האם מתמר עומס מודד מסה?
לא. מתמר העומס מודד כוח בלבד. מערכת השקילה ממירה את הכוח הנמדד לערך מסה באמצעות כיול.
האם כל מתמרי העומס עובדים באותה טכנולוגיה?
רוב מתמרי העומס התעשייתיים מבוססים על מדידי מעוות, אך קיימות גם טכנולוגיות אחרות.
האם ניתן להחליף מתמר בעומס שונה?
לעיתים כן, אך הדבר מחייב בדיקה של התאמת המבנה המכני, ראש השקילה ודרישות הדיוק.
האם מתמר מדויק יותר מבטיח מערכת מדויקת יותר?
לא בהכרח. במקרים רבים המבנה המכני, ההתקנה וההשפעות החיצוניות משפיעים על הדיוק יותר מאשר רמת הדיוק הנומינלית של המתמר.
המשך קריאה
- יסודות עולם השקילה
- מהי מערכת שקילה?
- המבנה המכני של מערכת שקילה
- ראש שקילה
- דיוק במערכות שקילה
- כיצד לבחור מתמר עומס
סיכום
מתמר העומס הוא הרכיב הממיר את הכוח המכני לאות חשמלי ומהווה את בסיס המדידה של רוב מערכות השקילה המודרניות.
הבנת אופן פעולתו, מגבלותיו והקשר שלו למבנה המכני חיונית לתכנון, להפעלה ולאיתור תקלות במערכות שקילה תעשייתיות.
