Een loadcel zet mechanische kracht (gewicht) om in een elektrisch signaal. In elke loadcel bevindt zich een metalen element dat onder belasting enigszins vervormt. Aan dat element zijn rekstrookjes bevestigd: dunne weerstandsfolies waarvan de elektrische weerstand verandert als ze uitrekken of samendrukken. Die verandering in weerstand produceert een meetbare uitgangsspanning die evenredig is met de uitgeoefende kracht. In een weegbrug Er worden meerdere loadcellen onder het dek geplaatst en hun gecombineerde elektrische signalen worden verwerkt door een indicator of aansluitdoos om een gewichtsaflezing weer te geven.
Dat is het kernmechanisme. Al het andere – hermetische afdichting, temperatuurcompensatie, bescherming tegen overbelasting, digitale uitvoer – is techniek die rond dat fundamentele principe is gebouwd. Het begrijpen van de details is van belang omdat de selectie, installatie en onderhoud van loadcellen rechtstreeks bepalen hoe nauwkeurig en betrouwbaar een weegbrug gedurende jarenlang gebruik presteert.
De rekstrookje is het sensorelement dat load cell-technologie mogelijk maakt. Het bestaat uit een fijn metaalfoliepatroon, meestal een nikkel-chroomlegering, dat met lijm is bevestigd aan het oppervlak van een elastisch metalen lichaam, meestal hoogwaardig gelegeerd staal of roestvrij staal. Wanneer het metalen lichaam onder gewicht vervormt, vervormt de folie mee. Hierdoor verandert de elektrische weerstand van de folie volgens een relatie die wordt beschreven door de ijkfactor (GF).
De meetfactor voor de meeste metalen rekstrookjes is ongeveer 2.0 , wat betekent dat een spanning van 0,1% een weerstandsverandering van 0,2% oplevert. Voor een standaard rekstrookje van 350 ohm vertaalt zich dit in een weerstandsverandering van ongeveer 0,7 ohm – een kleine waarde die een zorgvuldig circuitontwerp vereist om nauwkeurig te kunnen meten.
Loadcellen gebruiken vier rekstrookjes die zijn gerangschikt in een Wheatstone-brugconfiguratie. Twee meters worden onder spanning geplaatst (ze worden langer onder belasting) en twee onder druk (ze worden korter onder belasting). Deze regeling biedt verschillende cruciale voordelen:
Een standaard excitatiespanning van 5 tot 15 volt gelijkstroom wordt over de brug toegepast. Bij nominaal vermogen produceert de brug doorgaans een uitgangsvermogen op millivoltniveau 2 mV/V , wat betekent dat een excitatie van 10 V 20 mV produceert bij volledige belasting. Dit signaal wordt vervolgens versterkt en verwerkt.
Niet alle loadcellen hebben dezelfde geometrie. De interne vorm van het elastische element bepaalt hoe het vervormt, wat de nauwkeurigheid, het capaciteitsbereik en de geschiktheid voor verschillende weegbrugconfiguraties beïnvloedt.
Dit zijn de meest voorkomende typen in weegbruggen voor inbouw- en opbouwmontage. Ze zijn ontworpen om de belasting in één as te dragen (recht naar beneden) en zijn doorgaans cilindrisch of pannenkoekvormig. Compressiecellen die in weegbruggen worden gebruikt, kunnen capaciteiten vanaf 50 ton tot ruim 150 ton per cel , met zes tot twaalf cellen die gewoonlijk een volledig weegbrugdek ondersteunen. Ze zijn robuust, eenvoudig te installeren en kunnen redelijk goed zijbelastingen aan als ze zijn uitgerust met het juiste bevestigingsmateriaal.
Buigbalkcellen werken volgens het principe van een vrijdragende of dubbelzijdige ligger. Er wordt belasting uitgeoefend op een of twee punten langs een balk die aan het andere uiteinde is bevestigd, waardoor deze gaat buigen. Rekstrookjes die op de locatie met het maximale buigmoment zijn geplaatst, vangen deze vervorming op. Deze cellen zijn populair in platformweegschalen met laag profiel en bepaalde draagbare weegbrugontwerpen, omdat ze in een zeer ondiep dekprofiel kunnen worden geïnstalleerd. Ze worden doorgaans gebruikt voor capaciteiten onder 20 ton per cel .
Schuifbalkcellen meten schuifspanning in plaats van buiging of directe compressie. De rekstrookjes zijn onder een hoek van 45 graden ten opzichte van de straalas georiënteerd om maximale schuifspanning op te vangen. Dit ontwerp is zeer ongevoelig voor het punt waarop de belasting wordt uitgeoefend - een aanzienlijk voordeel bij weegbrugtoepassingen waarbij de aslast van een voertuig mogelijk niet op een exacte positie terechtkomt. Schuifbalken bieden een uitstekende nauwkeurigheid en worden doorgaans bereikt OIML-klasse C3 of beter en worden veel gebruikt in zowel draagbare aswegers als permanente weegbruginstallaties.
Eénpuntscellen zijn ontworpen om nauwkeurige metingen te geven, ongeacht waar de lading op een platform wordt geplaatst – binnen bepaalde grenzen. Ze worden voornamelijk gebruikt in kleinere platformweegschalen en worden zelden aangetroffen in weegbruggen voor vrachtwagens op ware grootte. Ze komen echter voor in sommige aspadwegers die worden gebruikt voor snelle controles langs de weg.
| Type laadcel | Typisch capaciteitsbereik | Gemeenschappelijk gebruik van weegbruggen | Belangrijkste voordeel |
|---|---|---|---|
| Compressie | 50–150 ton per cel | Inbouwweegschalen voor vrachtwagens | Hoge capaciteit, robuust |
| Buigende balk | Tot 20 t per cel | Platformen met laag profiel | Compacte installatie |
| Shear Beam | 5–50 t per cel | Draagbare en vaste aswegers | Ongevoeligheid van het belastingspunt |
| Enkel punt | Tot 5 t | Aspadwegers | Uniforme respons op het hele platform |
Begrijpen hoe een loadcel afzonderlijk werkt, is slechts een deel van het plaatje. In een weegbruginstallatie werken meerdere loadcellen samen en doorlopen hun signalen verschillende verwerkingsfasen voordat er een gewichtswaarde op het display verschijnt.
Elke loadcel onder het weegbrugdek produceert een signaal op millivoltniveau dat evenredig is aan de kracht die het draagt. Omdat de lading van een voertuig nooit perfect gecentreerd is, dragen individuele cellen een ongelijk aandeel. Een vrachtwagen van 60 ton die asymmetrisch geparkeerd staat, kan 12 ton op de ene hoekcel leggen en 8 ton op de andere.
Alle individuele celkabels lopen naar een aansluitdoos (ook wel sommatiedoos genoemd). Binnenin worden de signalen gecombineerd – hetzij passief via resistieve somnetwerken, hetzij actief via versterking. Passieve sommerende aansluitdozen maken gebruik van trimweerstanden om verschillen in celgevoeligheid aan te passen, zodat een belasting van 1 ton op een enkele cel een identieke bijdrage levert aan de opgetelde output. Deze kalibratiestap is van cruciaal belang: zonder deze stap zou de positie van de lading op het weegbrugdek de uiteindelijke aflezing beïnvloeden.
Het opgetelde millivoltsignaal – nog steeds erg klein – gaat naar de gewichtsindicator. Binnenin versterkt een precisie-instrumentatieversterker het signaal, doorgaans tot een bereik van 0–10 volt. Een analoog-digitaalomzetter (ADC) bemonstert vervolgens het versterkte signaal. Moderne weegbrugindicatoren gebruiken 24-bit ADC's , die meer dan 16 miljoen discrete stappen over het hele meetbereik bieden. Deze resolutie is veel fijner dan de wettelijk vereiste weergaveverhoging en zorgt voor een stabiele en ruisbestendige aflezing.
Ruwe ADC-gegevens bevatten veel ruis. Windbelasting, trillingen van het voertuig en elektrische interferentie veroorzaken allemaal snelle schommelingen. De microprocessor van de indicator past digitale filteralgoritmen toe (vaak configureerbare middelings- of frequentiegebaseerde filters) om een stabiele gewichtswaarde te verkrijgen. De uiteindelijk weergegeven waarde wordt afgerond op het goedgekeurde schaalinterval, wat doorgaans het geval is voor handelsweegbruggen 20 kg voor een schaal van 60 ton.
Bij het selecteren van loadcellen voor een weegbrug voorspellen de datasheetnummers direct de meetkwaliteit. Hier leest u wat elke specificatie in de praktijk feitelijk betekent.
De maximale belasting van de cel is ontworpen om nauwkeurig te meten. Om veiligheidsredenen zijn loadcellen doorgaans ook geschikt voor een veilige overbelasting 150% van de nominale capaciteit – en meestal een ultieme overbelasting voordat er blijvende schade ontstaat 300% . Een weegbrug die een bruto voertuiggewicht van 60 ton kan verwerken, ondersteund door zes cellen, heeft cellen nodig die elk minimaal 15 ton kunnen dragen als rekening wordt gehouden met de verdeling van de lading, plus voldoende overbelastingsmarge voor dynamisch laden tijdens het binnenkomen van het voertuig.
OIML (International Organization of Legal Metrology) classificeert loadcellen van klasse A (hoogste nauwkeurigheid) tot klasse D (laagste). Weegbrug-loadcellen zijn dat doorgaans Klasse C3 of C4 , waarbij het getal het maximale aantal verificatie-intervallen aangeeft: respectievelijk 3.000 of 4.000. Een C3-loadcel die in een weegbrug van 60 ton wordt gebruikt, kan een weergavegrootte van 60.000 kg ÷ 3.000 = 20 kg ondersteunen, wat overeenkomt met de standaardvereisten voor weegbruggen.
Deze specificatie combineert niet-lineariteits- en hysteresisfouten in één enkele waarde, meestal uitgedrukt als een percentage van het nominale vermogen. Voor een C3-loadcel is de gecombineerde fout doorgaans: ±0,023% van het nominale vermogen of beter . Op een cel met een capaciteit van 20 ton die bij volledige belasting 2 mV/V produceert, komt dit overeen met een fout van minder dan 0,9 microvolt – een buitengewoon kleine waarde die zorgvuldige afscherming en bedrading vereist om de signaalketen te behouden.
Loadcellen die in weegbruginstallaties buiten worden gebruikt, hebben te maken met aanzienlijke temperatuurschommelingen. Twee temperatuurcoëfficiënten zijn van belang:
In een buitenweegbrug die werkt bij -10°C tot 50°C (een bereik van 60 graden) zou een cel met een TK-spanwijdte van 0,008%/10°C een spanverschuiving ervaren van 0,048% . Op een schaal van 60 ton is dat een afwijking van 29 kg die alleen aan de temperatuur kan worden toegeschreven. Dit is de reden waarom de weegbrugkalibratie altijd wordt uitgevoerd op bedrijfstemperatuur en waarom periodieke herverificatie wettelijk vereist is.
Weegbrug-loadcellen worden permanent buiten geïnstalleerd, vaak in putomgevingen die onderhevig zijn aan overstromingen, modder en hogedrukreiniging. De minimaal aanvaardbare IP-waarde voor loadcellen van weegbruggen is IP67 (stofdicht en bestand tegen tijdelijke onderdompeling tot 1 meter). Veel installaties specificeren IP68 of IP69K , waarbij de laatste classificatie waterstralen onder hoge druk en hoge temperatuur mogelijk maakt - relevant voor locaties waar het weegbrugdek regelmatig wordt schoongemaakt.
Traditionele loadcellen geven een analoog millivoltsignaal af. De afgelopen twintig jaar zijn digitale loadcellen – waarbij een ADC en een microprocessor direct in de body van de loadcel zijn geïntegreerd – steeds gebruikelijker geworden in weegbruginstallaties. Het verschil is praktisch gezien aanzienlijk.
Analoge cellen zijn eenvoudiger, goedkoper en compatibel met vrijwel elke weegindicator op de markt. Hun millivoltsignalen zijn kwetsbaar voor elektromagnetische interferentie (EMI) over lange kabeltrajecten – een reëel probleem op grote industriële locaties met zware machines. De maximale praktische kabellengte voordat signaalverslechtering problematisch wordt, is ongeveer 100 tot 150 meter met standaard afgeschermde kabel.
Digitale loadcellen zetten het spanningsmetersignaal om naar een digitale waarde in de celbehuizing en verzenden de gegevens via een seriële bus, meestal RS-485 of CAN-bus. De belangrijkste voordelen zijn onder meer:
De wisselwerking is de kosten (digitale loadcellen zijn aanzienlijk duurder) en de afhankelijkheid van een leverancier, omdat cellen van verschillende fabrikanten vaak incompatibele communicatieprotocollen gebruiken.
Correcte montage is net zo belangrijk als celkwaliteit. Een perfect gespecificeerde loadcel die verkeerd is geïnstalleerd, zal onnauwkeurige en onstabiele metingen opleveren. Montagesystemen voor loadcellen op weegbruggen moeten verschillende dingen tegelijkertijd bereiken.
Loadcellen zijn ontworpen om kracht in één as te meten. Zijwaartse belastingen (veroorzaakt door remmen van het voertuig, thermische uitzetting van het dek of een verkeerde uitlijning van het dek) veroorzaken fouten en versnellen vermoeidheid. Montageconstructies maken gebruik van tuimelaarpennen, belastingsknoppen of zelfuitlijnende loadcelbasissen om ervoor te zorgen dat krachten buiten de as mechanisch worden afgewezen. Dankzij een rocker pin-montage kan de cel lichtjes in elke richting kantelen, waardoor alleen de verticale component van de uitgeoefende kracht op het sensorelement wordt overgedragen.
Een stalen weegbrugdek van 18 meter lang zal ongeveer uitzetten 10 mm tussen winter- en zomertemperaturen in een gematigd klimaat (met behulp van een thermische uitzettingscoëfficiënt van ongeveer 11,7 × 10⁻⁶ /°C en een temperatuurbereik van 50°C). Het bevestigingsmateriaal moet deze beweging zonder binding mogelijk maken. Montageconfiguraties met vaste en vrije uiteinden pakken dit aan door het dek aan het ene uiteinde te bevestigen en aan het andere uiteinde een beperkte schuifbeweging toe te staan, waardoor wordt voorkomen dat de thermische uitzetting wordt geïnterpreteerd als een verandering van de belasting.
Bij sommige montageontwerpen voor loadcellen worden bevestigingsbouten of bevestigingsclips gebruikt om te voorkomen dat het dek van de cellen loskomt tijdens excentrisch laden. Zonder opheffingsbeperking zou een excentrische belasting nabij het ene uiteinde van een weegbrug ervoor kunnen zorgen dat het andere uiteinde omhoog gaat, waardoor de cellen ontlast worden en er een aanzienlijke fout ontstaat. Controlestangconstructies die de opwaartse beweging van het dek beperken tot 2-3 mm zijn een standaardonderdeel van hoogwaardige weegbruginstallaties.
Loadcellen zijn robuust maar niet onverwoestbaar. Als onderhoudsteams weten hoe ze falen, kunnen ze problemen identificeren voordat deze aanzienlijke weegfouten of volledige systeemstoringen veroorzaken.
Zelfs cellen met een IP68-classificatie kunnen in gevaar komen als de kabelingangen beschadigd zijn, als de kabelconnectoren niet goed zijn afgedicht of als het cellichaam fysiek gebarsten is. Vocht dat de rekstrookjes bereikt, veroorzaakt corrosie van de folie, veranderingen in de kleefeigenschappen en uiteindelijk elektrische lekkage tussen brugarmen. Het symptoom is doorgaans een geleidelijke afwijking van de nulwaarde en toegenomen instabiliteit. Controle van de isolatieweerstand tussen brugcircuits en het cellichaam (moet hoger zijn dan 5.000 MΩ op een gezonde cel) is een standaard diagnostische stap.
Een enkele ernstige overbelasting – doordat een voertuig met hoge snelheid tegen het dek botst, of doordat een kraan onverwacht een zware lading landt – kan het elastische element plastisch vervormen. Eenmaal vervormd verschuift het nulpunt van de cel permanent en kan niet meer worden weggekalibreerd. Vermoeidheid stapelt zich op gedurende miljoenen belastingscycli; de meeste hoogwaardige weegbrugcellen zijn geschikt voor 10 miljoen of meer cycli bij nominale capaciteit, maar schokbelasting en overbelasting verkorten de levensduur dramatisch.
Loadcelkabels lopen op blootgestelde locaties onder de weegbrugdekken. Schade door knaagdieren, herhaaldelijk buigen door beweging van het dek en fysiek verpletteren door puin zijn veelvoorkomende oorzaken van kabelstoringen. Een beschadigde afscherming of gedeeltelijke breuk in een signaalgeleider veroorzaakt ruis, offsetfouten of volledig signaalverlies. Kabelgeleidingsbescherming en regelmatige visuele inspectie zijn eenvoudige preventieve maatregelen die de levensduur van het systeem verlengen.
Roestvaststalen loadcelbehuizingen zijn corrosiebestendig, maar het omringende montagemateriaal van zacht staal (loadcelbasis, controlestangen, montagebouten) is dat niet. Gecorrodeerde hardware kan vastlopen, de noodzakelijke kleine bewegingen tijdens thermische uitzetting voorkomen en zijdelingse krachten op de loadcel introduceren. Een jaarlijks inspectie- en smeerschema voor montagemateriaal is een minimale onderhoudsvereiste.
De output van een loadcel in millivolt is zinloos totdat deze is gekalibreerd tegen bekende referentiegewichten. Bij kalibratie wordt de wiskundige relatie tussen het elektrisch vermogen en het weergegeven gewicht vastgesteld, en periodieke herkalibratie bevestigt dat de relatie niet is verschoven.
De gouden standaard voor het kalibreren van weegbruggen is het laden van het dek met gecertificeerde testgewichten met een bekende massa Klasse M1 of F2 gecertificeerde massa's herleidbaar naar nationale standaarden. De indicator wordt zo aangepast dat de weergegeven waarde overeenkomt met het toegepaste gewicht op meerdere punten over het volledige meetbereik. Voor een weegbrug van 60 ton omvat de kalibratie doorgaans testbelastingen op 0, 20%, 50% en 100% van de maximale capaciteit.
Het transporteren en hanteren van voldoende testgewichten voor een kalibratie op volledige capaciteit is duur en logistiek veeleisend. Vervangende gewichtsmethoden (met behulp van een hydraulisch loadcell-referentieapparaat of een voertuig met geverifieerd gewicht) maken kalibratiecontroles mogelijk tegen lagere kosten. Deze methoden worden door veel nationale autoriteiten voor maten en gewichten geaccepteerd voor periodieke verificatie tussen volledige deadweight-kalibraties, op voorwaarde dat de initiële kalibratie werd uitgevoerd met deadweights.
Weegbruggen die voor de handel worden gebruikt (het factureren van klanten op basis van gewicht, het controleren van de conformiteit van voertuigen of fiscale metingen) moeten periodiek worden geverifieerd door een geautoriseerde inspectie-instantie. In de Europese Unie stelt de richtlijn niet-automatische weegwerktuigen (NAWI) de maximaal toelaatbare fouten (MPE) voor handelsweegbruggen vast: ±0,5 schaalintervallen bij de eerste verificatie en ±1 schaalinterval in dienst. Verificatie-intervallen variëren per rechtsgebied, maar zijn gebruikelijk 1 tot 2 jaar .
Loadcellen in een goed onderhouden weegbrug moeten nauwkeurig blijven 10 tot 20 jaar . Om die levensduur te bereiken, is consistente aandacht op een paar belangrijke gebieden vereist.
Het aantal en de plaatsing van loadcellen onder een weegbrugdek heeft invloed op zowel de meetnauwkeurigheid als de systeemredundantie. Er bestaat niet één universele standaard: configuraties worden gekozen op basis van deklengte, verwachte voertuigtypen en nauwkeurigheidseisen.
Meestal wordt gebruik gemaakt van een standaardweegbrug met één platform van 18 meter 6 loadcellen : twee onder elk van de drie hoofddwarsbalken. Dit zorgt voor een goede verdeling van de belasting en voldoende redundantie. Als één cel uitvalt, kan het systeem de storing vaak detecteren via een onevenwichtige hoekmeting in plaats van catastrofale onnauwkeurigheid. Sommige toepassingen met hoge precisie gebruiken 8 cellen onder vier dwarsbalken voor een betere dekking.
Asweegbruggen met meerdere dekken, waarbij elk dek individuele asgroepen afzonderlijk weegt, vereisen afzonderlijke celsets onder elk dek, waarbij elke celgroep onafhankelijk wordt verwerkt. Er zou gebruik kunnen worden gemaakt van een weegbrug met vier dekken 16 tot 24 loadcellen in totaal wordt elke groep onafhankelijk gekalibreerd om ervoor te zorgen dat de optelling van de individuele aswaarden gelijk is aan het totale voertuiggewicht, gemeten wanneer het voertuig als geheel wordt gewogen.
Symmetrie van celplaatsing is belangrijk. Asymmetrisch geplaatste cellen creëren een ongelijkmatige gevoeligheidskaart over het dekoppervlak: belastingen in de buurt van een celcluster registreren nauwkeuriger dan belastingen die halverwege tussen cellen zijn geplaatst. Bij een kwaliteitsvolle installatiepraktijk wordt de hoekgevoeligheid van een voltooide installatie gecontroleerd met behulp van een referentiemassa die op elke hoek is geplaatst en worden de metingen vergeleken. Een uitgebalanceerde installatie blijkt minder dan ±0,1% variatie over hoekposities.
Toevoegen: Gebouw 3, nr. 355, Xiangshan East Road, Binhai Economic Development Zone, Cixi City, Ningbo, Zhejiang, China.
Tel: +86-18969402526
Telefoon: +86-0574-86864809
E-mail:
