Loadcell ( Yük Hücresi ) , Wheatstone köprü denklemi ve gerinim ölçerin bir kombinasyonunu kullanarak çalışır. Wheatstone köprü denklemi, 1833’te Samuel Hunter Christie ve 1843’te Sir Charles Wheatstone tarafından geliştirilen loadcell’in temelidir. Bugün, yük hücreleri genellikle bir Wheatstone konfigürasyonunda dört gerinim ölçerden oluşur.

Gerinim ölçerden önce insanlar endüstriyel tartım uygulamalarını mekanik kaldıraçlı teraziler ile yürütmüşlerdir.Daha sonra hem hidrolik hem de pneumatic kuvvet sensörleri tercih edilmiştir. Bahsettiğimiz gibi Wheatstone köprü denklemi 1800’lerin ortalarında icat edilmiş olsa da etkili yük hücreleri yapmak için gerinim ölçer ile birleştirilmesi 1900’lerin ortalarına kadar sürmüştür.

İlk bağlı direnç teli gerinim ölçer 1940’larda geliştirilmiştir. Yıllar sonra, modern elektronikler geliştiğinde, yük hücreleri’de hem teknik hem de ekonomik olarak uygun hale gelmiştir.

Son olarak Dr. Hans-Joachim Henss 1967 yılında ilk yük hücresini geliştirmiş ve load cell ismini topluma kazandırmıştır. Peki Yük Hücresi tam olarak nedir? Nasıl çalışır ve ne işe yarar?
Hep birlikte inceleyelim.

Yük Hücresi Nedir ?

Loadcell veya yük hücresi tanım olarak, bir tür dönüştürücüdür. Ancak daha çok kuvvet dönüştürücüsü olarak bilinir.

Yük, ağırlık (ağırlık sensörleri olarak da bilinir), gerilim, sıkıştırma veya basınç gibi mekanik bir kuvveti başka bir fiziksel değişkene dönüştürür, bu durumda ölçülebilen, dönüştürülebilen ve standardize edilebilen bir elektriksel çıkış sinyalidir.

Kuvvet sensörüne uygulanan kuvvet arttıkça, elektrik sinyali orantılı olarak değişir. Başka bir ifadeyle yük hücreleri, o sensöre uygulanan kuvveti veya kütleyi bir elektronik devre aracılığıyla okunabilir bir sinyale dönüştüren özel sensörlerdir. Çoğunlukla Wheatstone köprüsü üzerinden çalışır. Çıkış sinyali, bir tartım yükselticisi veya tartım göstergesi aracılığıyla doğrusallaştırma ve ölçekleme sonrasında ‘ağırlık’ veya ‘kuvvet’ biriminde görüntülenebilir.

Yük Hücresi Nerelerde Kullanılır ?

Yük hücrelerinin uygulaması çok yönlüdür. Örneğin banyonuzdaki basit kişisel tartılar, bu prensiple çalışır.

Bunun bir örneği, köprüler ve viyadükler gibi ağır inşaat yapılarına dahil edilen kuvvet sensörleri veya hidrolik basınç vericilerindeki kuvvet transdüserleridir. Hidrolik basınç vericilerindeki sensörler, sıvının basınç sensöründeki bir diyaframa uyguladığı kuvveti de ölçer. Kuvvet transdüserlerinin birçok uygulaması, basınç kutularının genellikle ayakların altına yerleştirildiği silolar veya kantarlar gibi sabit ve kalıcı montajları içerir. Yük hücreleri olarak da adlandırılan bu basınç kutuları, genellikle seri olarak bağlanır ve basınç kutularından çıkan çıktıların toplamı, içeriği yük hücrelerinin üzerinde duran silonun toplam ağırlığına dönüştürülebilir.

Kuvvet transdüserleri, otomotiv, yüksek hassasiyetli imalat, havacılık ve savunma, endüstriyel otomasyon, medikal ve farmasötik ve robotik gibi güvenilir son derece hassas yük ölçümünün çok önemli olduğu birçok endüstride temel bir unsurdur. Son zamanlarda, işbirlikçi robotlar ve cerrahi robotikteki gelişmelerle birlikte minyatür medikal sensörler gibi birçok yeni kuvvet ölçüm uygulamasında önemli rol oynar. Ayrıca yerleşik kantarlar, akıllı alışveriş arabaları, süpermarketlerde raf tartımı, asansörler ve vinçlerde aşırı yük koruması, silo yönetimi, otonom mobil robotlar, yumurta tartım makineleri, gerçek zamanlı stok, arı kovanı izleme gibi alanlarda da sık tercih edilir.

Load cell Çalışma Prensibi Nedir ?

Load cell çalışma mantığını anlamak için öncelikle yük hücresi çalışma prensibi olan gerinim ölçerin arkasındaki fizik ve malzeme bilimini ele almak gerekir.

Metal folyo gerinim ölçerler, elektrik direnci gerinim ölçere uygulanan gerinim veya sıkıştırmaya göre değişen bir malzemedir. Gerinim ölçer, kuvvetin uygulandığı metal bir gövdeye uygulanır.

Metal gövde deforme olur ve bu da gerinim ölçerin gövdeye özel bir yapıştırıcı ile çok sıkı bir şekilde yapıştırıldığı için gerilmesine veya sıkışmasına neden olur.

Böylece gerinim ölçer artık kuvveti, basıncı, gerilimi, sıkıştırmayı, torku, ağırlığı vs. elektrik direncindeki bir değişikliğe dönüştürür ve ölçülebilir hale getirir. Bu nedenle, metal folyo gerinim ölçerler, kuvvet sensörünün çalışma prensibinin temelidir.

Gerinim ölçerler, bir filme zikzak şeklinde sıkıca tutturulmuş elektrik iletkenleridir. Bu film çekildiğinde iletkenler uzar.

İtildiğinde kasılır ve kısalır. Bu şekil değişikliği nedeniyle elektrik iletkenlerindeki direnç de değişir. Gerinim ölçerin direnci uygulanan gerilimle arttığından ve büzülmeyle azaldığından, yük hücresine uygulanan gerilim bu prensibe göre belirlenebilir.

Yük Hücresi Nasıl Çalışır ?

Gerinim ölçerler, Wheatstone Köprü prensibi ile çalışır.

Çoğu yük hücresi, çıkışı mV cinsinden gösteren bir kalibrasyon raporuyla birlikte gelir. Sensör, ölçüm amplifikatöründen bir DC voltajı ile beslenir, ardından yüksüz durumda xx mV olarak ifade edilen bir çıkış verilir.

Yük hücrelerinin genellikle mV/V cinsinden bir çıkışı vardır. Çıkış ne kadar yüksek olursa, gerinim ölçer, yani load cell o kadar doğru olur.

Daha sonra yük hücresini bilinen bir değerle yüklerseniz, yüksüz değerden daha yüksek ikinci bir çıktı elde edersiniz.

Artık yüksüz durumdaki değeri ölçüm amplifikatörünüzde sıfır (0) olarak ve bilinen kuvvet veya ağırlığın en yüksek değerini belirterek, doğru değeri iyi bir ölçüm amplifikatöründe “ölçeklendirebilir” ve amplifikatöre kaydedebilirsiniz. Bu şekilde 2 noktalı bir kalibrasyon gerçekleştirebilmeniz mümkündür.

Yüksek hassasiyetli fabrika otomasyonu, cerrahi robotik, havacılık, uzay ve yük hücresi gibi uygulamalarda, hassas kuvvet ölçümü ile PLC veya DAQ kontrol sistemini doğru şekilde beslemek için loadcell ölçülerinin doğrusallığı çok önemlidir.

Loadcell Çeşitleri Nelerdir ?
Mukavemet ve Hassasiyet söz konusu olduğunda Yapıştırılmış gerinim ölçerli yük hücreleri en sık kullanılan tiptir. Loadcell çeşitleri ayrıca frekans, tork, sıkıştırma veya basınç gibi diğer kuvvetleri ölçmek için de kullanılır. Bununla birlikte kategorize edildiğinde hidrolik, piezodinamik, pnömatik, optik, elastomer yük hücreleri mevcuttur. Tüm yük hücresi çeşitleri ise şunlardır:

Aşırı Yük Kontrol Yük Hücresi – Dinamik, statik veya kaldırma kuvveti ölçüm uygulamalarında kullanılır.
Baskı Tipi Yük Hücreleri – Düşük montaj yüksekliği ve yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda kullanılır. 1-500 ton arasında değişen büyük kuvvetler.
Çift Lama Tip – Mobil Araç Tartımı, tank ve tartım bunkerlerinde kullanılır.
Çok Eksenli Yük Hücreleri – Birden fazla vektör eksenindeki kuvvetin ölçülmesi gerektiği durumlarda çok eksenli yük hücreleri kullanılmaktadır.
Gerinim Sensörleri – Gergi Tipi Loadcell , sarma ve boşaltma makaralarda yer alan ruloların gerginliğini ölçmeyi sağlayan yük hücreleridir.
Körüklü Tip Yük Hücresi – Körüklü tip Loadcell , bir kuvvete veya ağırlığı maruz kaldığında hafifçe esneyen yay ekipmanına sahip yük hücreleridir.
Lama Tipi Yük Hücresi – Lama Tipi Loadcell , bir kuvvete maruz kaldığında hafifçe bükülen yapılarıyla ölçüm yapan yük hücreleridir.
Pin Tipi Yük Hücreleri ( Load Pin ) – Mobil tartım uygulamaları ve vinç aşırı yük kontrol sistemlerinde kullanılan yüksek hassasiyete sahip yük hücreleridir.
Platform Tipi Yük Hücresi – Single Point Loadcell farklı uygulama türlerine uyum sağlamak için farklı şekil ve boyutlarda üretilen, merkez dışına kayan yüklemelere uyum sağlama özellikleriyle öne çıkan yük hücreleridir.
S Tipi Yük Hücresi – S tipi yük hücresi, basma ve çekme kuvvetlerinin ölçülmesinde kullanılan bir yük hücresidir.
Mobil Tip Yem Karma Yük Hücresi – Loadpin Load cell, hayvan baskülleri ve mobil tartım sistemlerinde kullanılabilen modellere sahip bir yük hücresidir.
Yük hücrelerinin çeşitleri fark etmeksizin her biri temel özelliklere sahiptir. Farklı spefikasyon ve özellikler ise şöyledir:

Malzeme; alaşımlı çelik, alüminyum veya paslanmaz çelik sensörler.
Yük hücresi kapasitesi; 20 gram ila 1000 ton
Yük hücresi doğruluğu; C3, C4, C5, C6
Kabuller; OIML, NTEP, Gost, FM, ATEX
Koruma derecesi (IP değeri); IP64, IP65, IP66, IP67, IP68, IP69K
Gerinim Ölçer Tabanlı Yük Hücrelerinin Faydaları Nelerdir?
Gerinim ölçerler, yüksek doğruluğu, uzun vadeli güvenilirliği, çeşitli şekiller ve sensör geometrisi ve diğer kuvvet ölçüm teknolojilerine kıyasla maliyet etkinliği göz önüne alındığında en yaygın kullanılan teknolojidir. Ayrıca gerinim ölçerleri değerlendirmek için kullanılan sensörler, sıcaklık dalgalanmalarından daha az etkilenir. Diğer faydaları ise şöyle sıralanabilir:

Cerrahi robotlardan havacılığa kadar pek çok standardı karşılayabilecek en yüksek doğruluk sağlar.
Yüksek dirençli ve küçük sapmalı paslanmaz çelik veya alüminyumdan yapılmış sağlam yapıya sahiptir.
En zorlu koşullar altında bile yüksek performans gösterir ve uzun ömürlüdür. Bazı yük hücresi tasarımları milyarlarca tam döngüye (ömre) ulaşabilir.
Çok sayıda geometri ve özel şeklin yanı sıra her ölçek ve neredeyse her konum için montaj seçenekleri bulunur.
Loadcell fiyatı ölçüm hassasiyeti ve kullanım alanlarına göre değişkenlik gösterse de uygun fiyat aralıkları sayesinde bütçe dostu alternatiflere sahiptir.
Loadcell Seçerken Nelere Dikkat Edilmelidir ?
Gerinim ölçerler, yüksek doğruluğu, uzun vadeli güvenilirliği, çeşitli şekiller ve sensör geometrisi ve diğer kuvvet ölçüm teknolojilerine kıyasla maliyet etkinliği göz önüne alındığında en yaygın kullanılan teknolojidir. Ayrıca gerinim ölçerleri değerlendirmek için kullanılan sensörler, sıcaklık dalgalanmalarından daha az etkilenir. Diğer faydaları ise şöyle sıralanabilir:

Cerrahi robotlardan havacılığa kadar pek çok standardı karşılayabilecek en yüksek doğruluk sağlar.
Yüksek dirençli ve küçük sapmalı paslanmaz çelik veya alüminyumdan yapılmış sağlam yapıya sahiptir.
En zorlu koşullar altında bile yüksek performans gösterir ve uzun ömürlüdür. Bazı yük hücresi tasarımları milyarlarca tam döngüye (ömre) ulaşabilir.
Çok sayıda geometri ve özel şeklin yanı sıra her ölçek ve neredeyse her konum için montaj seçenekleri bulunur.
Yük Hücresi fiyatı ölçüm hassasiyeti ve kullanım alanlarına göre değişkenlik gösterse de uygun fiyat aralıkları sayesinde bütçe dostu alternatiflere sahiptir.
Loadcell Modülü Nedir ?
Load cell Modülü ( Transmitter ) Olarak bilinmektedir.Transmitter Yük Hücresinden aldığı mV/V cinsinden gelen değeri 0-10/4-20 – CanBus – Modbus – Profibus – Profinet gibi haberleşme protokollerine dönüştürmektedir.

Yük Hücresi Seçimi Yaparken Dikkat Edilmesi Gerekenler ?
Loadcell seçimi yaparken öncelikle kullanım alanı net olarak bilinmelidir.

Doğruluk Sınıfı
Malzeme Kalitesi
Süreklilik ve Lineerlik
Kapasite
Verifikasyon ve Test Yöntemleri
Çevre Koşulları
Weilo, çeşitli elektronik ve mekanik tartı sistemlerinin yanı sıra %100 yerli yük hücreleri üretimi yaparak, kalite ve işlevselliği bir arada sunar. Siz de Weilo ürün ve çözümlerinden yararlanmak isterseniz hizmetlerimize göz atabilirsiniz.

teraziustasi.com