Wägemodule, Wägezellen, Wägesensoren

Einfach ausgedrückt: Ein Wägemodul macht aus einer Struktur (z.B. Tank, Silo, Förderband) eine Waage. Und eine Wägezelle oder ein Wägesensor ist das, was in jeder "traditionellen Waage" zu finden ist - lassen Sie uns das noch ein wenig weiter aufschlüsseln. 

Wenn wir also Wägemodule unter Tankfüßen anbringen, wird der Tank von einem Gefäss, das eine Substanz enthält, zu einer Waage, die misst, wie viel Substanz sich im Tank selbst befindet.

Eine Wägezelle/Wägesensor hingegen ist, einfach ausgedrückt, das Herzstück einer jeden Waage. Wägezellen sind in allen Waagen zu finden, von einer hochempfindlichen Laborwaage bis hin zu einer Bodenwaage für schwere Lasten und allem, was dazwischen liegt. Dank der Wägezellen/-sensoren wird eine Waage von einer bloßen Plattform zu einem Messgerät.

METTLER TOLEDO verfolgt bei allen Projekten einen beratenden Ansatz. Unser Team aus erfahrenen Vertriebs- und Servicetechnikern arbeitet hart daran, sicherzustellen, dass Sie die Lösung erhalten, die für Ihren Zweck geeignet ist, mit der erforderlichen Genauigkeit und Langlebigkeit für Ihre Applikation.

Die Grundlage der Wägezellentechnologie ist die Umwandlung einer Last - also einer Kraft, die auf eine beliebige Masse auf der Erde ausgeübt wird - in ein elektrisches Signal. Die meisten Wägezellen haben so genannte Wägesensoren, die eine mechanische Belastung in eine Widerstandsänderung umwandeln. Im Folgenden erfahren Sie mehr über Wägesensoren. Die Masse übt eine durch die Erdanziehungskraft erzwungene Last aus, die den Körper der Wägezelle belastet und zu einer Verformung - Dehnung - führt. Der Wägesensor wandelt diese in eine Widerstandsänderung und schließlich in eine Ausgangsspannung um. Dieser Ausgang ist proportional zu der aufgebrachten Masse.

Eine Wägezelle oder ein Wägesensor wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, in denen präzise Messungen erforderlich sind. Wägezellen messen genau das Gewicht von Tanks, Behältern, Trichtern oder Förderanlagen. Wägezellen sind so gebaut, dass sie den Anforderungen einer Vielzahl von robusten industriellen Anwendungen standhalten. Die Kapazität von Wägezellen kann sehr unterschiedlich sein. Einige Wägezellen sind eher für Laboranwendungen geeignet, während andere eher für Schwerlast- oder Logistikanwendungen geeignet sind. 

Wägezellen egal ob elektronisch, analog oder hydraulisch müssen alle weltweit erforderlichen Zulassungen und Normen erfüllen. Sie werden z.B. in Bodenwaagen, Wägesystemen, Palettenwaagen, Kontrollwaagen und Förderbandwaagen eingesetzt. Die Wägezellentechnologie von METTLER TOLEDO zeichnet sich durch Robustheit auch in rauen Umgebungen aus. Sie werden typischerweise in Tankwaagen, Behälterwaagen, Silowaagen und Fahrzeugwaagen eingesetzt.

Single-Point-Wägezellen werden für kleine und mittelgroße Anwendungen verwendet. Dehnungsmessstreifen-Wägezellen werden für Bodenwaagen und mittelgroße Tankwaagen verwendet. Kanisterwägezellen werden für Anwendungen mit hoher Tragfähigkeit verwendet. Ein weiteres Unterscheidungskriterium für Wägezellentypen und -anwendungen ist der benötigte Ausgang. Analoge Wägezellen benötigen ein externes Terminal zur Verstärkung und A/D-Wandlung, während digitale Wägezellen oder elektronische Wägezellen über eine eingebaute "Intelligenz" verfügen, die den Vorteil hat, dass sie genauer ist, eine viel robustere Datenübertragung ermöglicht und den Zustand der Wägezelle überwachen kann, um die Wartung zu erleichtern. Unabhängig von Bauart und Kosten können Sie bei METTLER TOLEDO Wägezellen jeder Art kaufen.

Sehr oft werden die Begriffe Genauigkeit und Auflösung verwechselt, wenn es um Wägezellen geht. Die Auflösung gibt an, mit wie vielen Ziffern der Gewichstwert angezeigt wird. Mehr Ziffern bedeuten aber nicht größere Genauigkeit. Die Genauigkeit beschreibt, wie genau die Wägeergebnisse sind (Berechnung der Wägezellengenauigkeit und Berechnung der Wägezellenkapazität). Aus gutem Grund begrenzen eichfähige Wägezellen die Auflösung, um die Interpretation der Ergebnisse nicht zu beeinträchtigen. Daher sind die besten Maßstäbe für die Genauigkeit die eichpflichtigen Zulassungen. Wägezellensensoren bieten in der Regel eine Genauigkeit von 1/3.000d bis zu 1/10.000d (auch in den Wägezellenspezifikationen angegeben). Wägezellen mit Kraftrückgewinnung erreichen 1/200.000 oder noch besser. Unter idealen Bedingungen, d. h. bei konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit, kann die Genauigkeit 5-10 Mal besser sein.

Es ist jedoch ziemlich kompliziert, die endgültige Systemgenauigkeit einer Wägezelle zu berechnen. Viele Einflüsse wie Temperatur, Zeit, Auflösung usw. müssen berücksichtigt werden. Es wird empfohlen, die Hersteller von Wägezellen um Rat zu fragen. Der Weighing Component Selector bietet diese Berechnungen auf professionelle Weise.

Ausfälle von Wägezellen können mehrere Gründe haben. Die häufigste Fehlerquelle sind Anschlussdosen in analogen Wägezellensystemen. Wenn ein solches analoges Wägezellensystem ausfällt, kann die Fehlersuche mühsam sein, da jedes Wägezellenkabel, jede Wägezelle und die Anschlussdose überprüft werden muss. Digitale Wägezellen beseitigen diese und viele andere Fehlerquellen durch die Bereitstellung von Diagnosedaten. Durch die Verarbeitung der Daten können Sie sicher sein, dass Ihr System in Betrieb ist, und falls eine Wägezelle ausfällt, wird Ihnen das System mitteilen, welche Wägezelle nicht reagiert.

Wägezellen werden verwendet, um das Gewicht aller möglichen Materialien zu messen (z. B. mit einer 50-kg-Wägezelle, einer 10-Tonnen-Wägezelle, einer 50-Tonnen-Wägezelle, einer 100-Tonnen-Wägezelle oder einer anderen Kapazität). Sie reichen von Mikrogramm bei Wägezellensensoren bis zu mehreren 100 Tonnen bei Waagen mit hoher Kapazität. Niedrige Kapazitäten werden für Pharmaanwendungen benötigt, bei denen Bruchteile von Gramm einen entscheidenden Unterschied ausmachen können. Wägezellen mittlerer Größe werden typischerweise für die Verarbeitung und den Handel mit Materialien verwendet (z. B. 5-Tonnen-Wägezellen). Große Kapazitäten werden für Lageranwendungen gebraucht.

Ein häufiges Problem bei der Verwendung von Wägezellen ist die Wahl des falschen Schutzes. Wägezellen sind sehr empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und regelmäßigem Abwaschen. Auch wenn sie eine hohe IP-Schutzart aufweisen, ist der Schutz bei feuchter Hitze nicht gut. Bei hoher Luftfeuchtigkeit und plötzlichen Temperaturschwankungen (kalte Umgebung, heißes Abwaschen) wird empfohlen, immer hermetisch versiegelte Wägezellen aus Edelstahl zu wählen. Beim Kauf von Wägezellen müssen also verschiedene Parameter berücksichtigt werden.

Die Kalibrierungskosten für Wägezellensysteme werden häufig unterschätzt. Wenn Ihr QM-System regelmäßige Kalibrierungen solcher Wägesysteme erfordert, lassen Sie sich von METTLER TOLEDO über die effizienteste Methode beraten. Eine ISO9001-konforme Methode erfordert unabhängige Kalibrierungsausrüstung, die auf internationale Standards rückführbar ist. Es kann keinesfalls davon ausgegangen werden, dass sich die Kalibrierung nie ändert und eine Wägesystem überhaupt nicht neu kalibriert werden muss.  Eine effiziente Methode zur Kalibrierung größerer Behälter-/Tankwaagen ist RapidCal™.

Die Auswirkungen der Installation auf die Genauigkeit von Wägezellen/Wägesystemen werden oft unterschätzt. In jedem Fall werden abgeschirmte Kabel empfohlen, da das Wägezellensignal eine sehr niedrige Spannung aufweist und leicht gestört werden kann. Wählen Sie möglichst kurze Kabel, da sich der Kupferwiderstand mit der Temperatur ändert und je geringer der Kabelwiderstand, desto besser.

Die Integration von Wägezellen ist oft umständlich und erfordert technische Kenntnisse. Sehen Sie sich an, wie Sie die richtigen Wägemodule auswählen und die passende Wägezelle für Ihre Anwendung finden.

Dehnungsmessstreifen sind Bestandteile von Wägezellen. Analoge Wägezellen bestehen aus einem sogenannten Federkörper (aus Stahl oder Aluminium), der auf einem Dehnungsmesstreifen angebracht ist. Wird Gewicht aufgebracht, wird die Last in eine Dehnung umwandelt. Diese Dehnung wird vom Wägezellensensor aufgenommen, der seinen Widerstand in eine elektrische Größe umwandelt, die gemessen und als Wägeergebnis gemeldet werden kann. Dieses Prinzip gilt für 10-Tonnen-Wägezellen gleichermassen wie für 100-Tonnen-Wägezellen.

Wägezellen messen Kräfte, aber leider keine Masse, was ideal wäre. Das führt zu der Tatsache, dass jede andere zufällig auftretende vertikale Kraft in einer Wägezelle direkte Auswirkungen auf die Genauigkeit hat. Typischerweise werden Rohrleitungskräfte in einem Behälter, Bodenkontakt durch z. B. Schuttansammlung, Kabelberührungen bei Wägezellen und Systemen mit geringer Kapazität, vertikale Vibrationen usw. genannt. Wenden Sie sich an einen Experten, um diese Probleme in Ihrem System zu vermeiden und die richtige Wägezelle für Ihre Anwendung zu finden.

Die meisten Wägezellen werden mit einen Analogausgang von 2-3 mV/V betrieben. Da es sich um passive Geräte handelt, benötigen sie zum Betrieb eine externe Stromquelle. Das Ausgangssignal variiert in Abhängigkeit von der relativen Spannung und der Stromlast. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, ein sehr stabiles Eingangssignal zu haben, welches die durch die Stromquelle verursachten Effekte eliminiert. Eine Wägezelle mit 2mV/V liefert bei voller Kapazität nur 20mV, wenn sie mit 10V versorgt wird. Moderne Terminals bieten sowohl eine stabile Stromquelle als auch eine genaue Verstärkung des Ausgangssignals zur Umwandlung der Ergebnisse in digitale Informationen. Für das Signal ist es wichtig, die Wägezelle richtig zu verdrahten.

Wägezellen sind passive Bauelemente die durch eine externe Stromquelle versorgt werden müssen. Im Zusammenhang mit dieser Versorgung kann sich die Spannung basierend auf der aktuellen Last ändern, was zu Fehlern führt. Daher ist es entscheidend, eine stabiles Eingangssignal zu haben, um Fehler durch die Stromquelle zu vermeiden. Moderne Terminals bieten eine stabile Stromquelle, eine genaue Verstärkung des Ausgangssignals und die Umwandlung der Ergebnisse in digitale Informationen.

Hydraulische Wägezellen nutzen das Prinzip der Druckänderung bei der Belastung einer eingeschlossenen Flüssigkeit. Die Druckänderung wird von einem Druckwandler gemessen. Hydraulische Wägezellen sind nicht sehr genau und heutzutage nicht mehr sehr verbreitet. Der Vorteil der Robustheit, den sie in Zeiten boten, als die Elektronik noch nicht so genau war, ist längst verschwunden.

Wägezellen sind in der Regel auf 0,03 % oder weniger linear. Heutzutage werden Waagen hauptsächlich bei Null und bei maximaler Last kalibriert sodass der Bereich dazwischen linear ist.

Für Flüssigkeitsstandskontrollsysteme können weniger Wägezellen als Tankfüße verwendet werden. Dabei muss sichergestellt werden, dass sich der Schwerpunkt des Systems bei Belastung nicht horizontal verschiebt. Die Genauigkeit eines solchen Systems ist möglicherweise nicht ideal. Verwenden Sie ein solches System nicht für Schüttgut.

Analoge Wägezellen verfügen über eine mV/V-Schnittstelle, die sich von passiven Temperatursensoren wie PT1000 und PT100 unterscheidet, weshalb eine spezielle Elektronik für die Verwendung mit analogen Wägezellen erforderlich ist.

Wägezellen müssen dort kalibriert werden, wo sie zum Einsatz kommen. Der Hauptgrund für die Kalibrierung vor Ort ist, dass sich die Schwerkraft je nach Standort ändert. Eine Wägezelle, die an Ort A hergestellt und an Ort B eingesetzt wird, würde ohne Vor-Ort-Kalibrierung einen Fehler verursachen. Ein weiterer Grund, warum eine Vor-Ort-Kalibrierung wichtig ist, ist der ständige Verschleiß des Geräts selbst, dem alle technischen Instrumente unterworfen sind. Je nachdem, wie wichtig die Genauigkeit in dem Prozess ist, in dem die Waage verwendet wird, ist es sinnvoll, alle 1-2 Jahre zu kalibrieren.