תא עומס הוא מתמר הממיר כוח לתפוקה חשמלית ניתנת למדידה. למרות שישנם סוגים רבים של חיישני כוח, תאי עומס של מד מתח הם תא העומס הנפוץ ביותר – ולמעט יישומי מעבדה מסוימים שבהם עדיין משתמשים במאזנים מכניים מדויקים, תאי העומס של מד מתח שולטים בתעשיית השקילה. לעתים נעשה שימוש בתאי עומס פנאומטיים היכן שרצוי בטיחות והיגיינה מהותית, ותאי עומס הידראוליים נחשבים במקומות מרוחקים, מכיוון שהם אינם דורשים אספקת חשמל. תאי עומס של מד מתח מציעים דיוקים בטווח של 0.03% עד 0.25% בקנה מידה מלא ומתאימים כמעט לכל היישומים התעשייתיים.
כיצד פועלים תאי עומס?
תא עומס פועל על ידי המרת כוח מכני לערכים דיגיטליים שהמשתמש יכול לקרוא ולתעד. העבודה הפנימית של תא עומס משתנה בהתאם לתא העומס שתבחר – ישנם, למשל, תאי עומס הידראוליים, תאי עומס פנאומטיים ותאי עומס של מד מתח. עם מגוון רחב של תכונות ויכולות שלהם, חיישני עומס של מד מתח הם הנפוץ ביותר מבין שלושת הסוגים, במיוחד עבור יישומי שקילה – כולל משקלים תעשייתיים, מאזניים רפואיים ואפילו משקלים קמעונאיים. תאי עומס של מד מתח מכילים בתוכם מדי מתח ששולחים אי סדרים במתח בעת עומס. מידת שינוי המתח מכוסה לקריאה דיגיטלית כמשקל.
מתי משתמשים בתא עומס?
תא עומס מודד כוח מכני, בעיקר משקלם של עצמים. כיום, כמעט כל מאזני השקילה האלקטרוניים משתמשים בתאי עומס בגלל הדיוק שבו הם יכולים למדוד משקל. תאי עומס מוצאים את היישום שלהם במגוון תחומים הדורשים דיוק. ישנן מחלקות שונות לטעינת תאים (Class A, Class B, Class C ו-Class D), ועם כל מחלקה, חל שינוי הן ברמת הדיוק והן בקיבולת.
סוגי תאים
תאי עומס ייצגו את השינוי העיצובי הגדול הראשון בטכנולוגיית השקילה. במפעלי העיבוד של היום, חיישני כוח אלקטרוניים מועדפים ברוב היישומים. ניתן להבחין בין סוגי תאי עומס לפי סוג אות המוצא שנוצר (פנאומטי, הידראולי, חשמלי) או לפי האופן שבו הם מזהים משקל (כיפוף, גזירה, דחיסה, מתח וכו’).
תאי עומס הידראוליים
תא עומס מיניאטורי של תא עומס בעל קיבולת גבוהה, חיישני תא עומס הידראוליים הם התקני איזון כוח, המודדים משקל כשינוי בלחץ של נוזל המילוי הפנימי. בחיישני כוח הידראוליים מסוג דיאפרגמה מתגלגלת, עומס או כוח הפועלים על ראש טעינה מועברים לבוכנה שבתורה דוחסת נוזל מילוי הכלוא בתוך תא דיאפרגמה אלסטורית.
ככל שהכוח עולה, הלחץ של הנוזל ההידראולי עולה. לחץ זה יכול להיות מסומן מקומית או להעביר עבור חיווי או שליטה מרחוק. הפלט הוא ליניארי ולא מושפע יחסית מכמות נוזל המילוי או מהטמפרטורה שלו.
אם תאי העומס הותקנו כהלכה, הדיוק יכול להיות בטווח של 0.25% בקנה מידה מלא או טוב יותר, מקובל עבור רוב יישומי השקילה בתהליך. מכיוון לחיישן זה אין רכיבים חשמליים, הוא אידיאלי לשימוש באזורים מסוכנים.
יישומי קריאת עומס הידראוליים אופייניים כוללים שקילה של מיכל, פח ושקילה. לדיוק מירבי, יש לקבל את משקל המיכל על ידי מיקום חיישן כוח אחד בכל נקודת תמיכה וסיכום תפוקותיהם.
תאי עומס פניאומטיים
גם תאי עומס פנאומטיים פועלים על פי עקרון איזון הכוח. התקנים אלה משתמשים במספר תאי מנחת כדי לספק דיוק גבוה יותר מתאי עומס הידראוליים. בעיצובים מסוימים, תא הבולמים הראשון משמש כתא משקל טרה.
תאי עומס פנאומטיים משמשים לעתים קרובות למדידת משקלים קטנים יחסית בתעשיות שבהן ניקיון ובטיחות מהווים דאגה מרכזית. תא עומס מיניאטורי של תא עומס עם קיבולת גבוהה
היתרונות של סוג זה של תא עומס כוללים את היותו חסין פיצוץ מטבעו וחסר רגישות לשינויי טמפרטורה. בנוסף, תאי העומס אינם מכילים נוזלים שעלולים לזהם את התהליך אם הדיפאגרמה נקרעת. החסרונות כוללים מהירות תגובה איטית יחסית והצורך באוויר נקי, יבש ומווסת או חנקן.
תאי עומס של מד מתח
תאי עומס של מד מתח הם סוג של תא עומס שבו מכלול מד מתח ממוקם בתוך בית תאי העומס כדי להמיר את העומס הפועל עליהם לאותות חשמליים. על מנת למדוד מתח, תאי עומס מסוג זה חייבים להיות מחוברים למעגל חשמלי המסוגל למדוד את השינויים הקטנים בהתנגדות התואמים למתח. תאי עומס של מד מתח משתמשים בדרך כלל בארבעה אלמנטים של מד מתח המחוברים חשמלית ליצירת מעגל גשר Wheatstone .
המשקל על תא העומס נמדד לפי תנודת המתח הנגרמת במד המתח כאשר הוא עובר דפורמציה.
המודדים עצמם מודבקים על קורה או איבר מבני שמתעוות כאשר מוחלת משקל. לתאי עומס מודרניים יש 4 מדי מתח כדי להגביר את דיוק המדידה. שניים מהמדדים נמצאים בדרך כלל במתח ושניים בדחיסה – והם מחווטים עם התאמות פיצוי.
כאשר אין עומס על תא העומס, ההתנגדות של כל מד מתח תהיה זהה. עם זאת, כאשר תחת עומס, ההתנגדות של מד המתח משתנה, מה שגורם לשינוי במתח המוצא. השינוי במתח המוצא נמדד ומומר לערכים קריאים באמצעות מד דיגיטלי.
תאי עומס פייזוריסטיים
תא עומס מיניאטורי של תא עומס בעל קיבולת גבוהה בדומה לפעולה למדיי מתח, חיישני כוח piezoresistive מייצרים אות פלט ברמה גבוהה, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור מערכות שקילה פשוטות מכיוון שניתן לחבר אותם ישירות למד קריאה. עם זאת, הזמינות של מגברים ליניאריים בעלות נמוכה הפחיתה את היתרון הזה. חסרון נוסף של התקנים piezoresistive הוא הפלט הלא ליניארי שלהם.
תאי עומס אינדוקטיביים וסריגה
שני המכשירים הללו מגיבים לתזוזה פרופורציונלית במשקל של ליבה פרומגנטית. אחד משנה את השראות של סליל סולנואיד עקב תנועת ליבת הברזל שלו; השני משנה את חוסר הרצון של פער אוויר קטן מאוד.
תאי עומס מגנטוסטריקטיבים
פעולתו של חיישן כוח זה מבוססת על השינוי בחדירות של חומרים פרומגנטיים תחת לחץ מופעל. הוא בנוי מערימה של למינציות היוצרות עמוד נושא עומס סביב קבוצה של פיתולי שנאים ראשוניים ומשניים. כאשר מופעל כוח, הלחצים גורמים לעיוותים בתבנית השטף, ומייצרים אות פלט פרופורציונלי לעומס המופעל. זהו חיישן מחוספס וממשיך לשמש למדידת כוח ומשקל במפעלי גלגול ומפעלי פסים.
