Welkom bij

---

Weegcellen: uitgelegd

Weegcelsystemen voor tanks en weegtrechters

Industriële weegschalen voor tanks en weegtrechters

Hebt u een vraag of opmerking? Neem contact op met de auteur via admin@powderprocess.net

---

Sectie-overzicht
1. Wat is een weegcel? Hoe werkt deze?
2. Wat zijn de verschillende typen weegcellen?
3. Nauwkeurigheid van weegcellen
4. Kalibratie van weegcellen
5. Belangrijke punten
6. Aankoop van weegcellen: weegcellenfabrikanten

---

Deze pagina verkent de verschillende typen en ontwerpen van weegcellen die in procesindustrieën kunnen worden toegepast.

1. Wat is een weegcel? Hoe werkt deze?

Weegcellen zijn instrumenten die een op hen uitgeoefende kracht (bijvoorbeeld door een tank of trechter) omzetten in een elektrisch signaal.Hoe groter de kracht (gewicht), hoe hoger het gegenereerde elektrische signaal. Een correct gekalibreerde regelaar kan vervolgens de elektrische stroom omzetten in een gewichtseenheid die voor de gebruiker begrijpelijk is.

Weegcellen spelen een centrale rol in veel poederprocessen, omdat ze het mogelijk maken om het gewicht van verwerkte vaste stoffen te meten. Weegcellen worden gebruikt voor: Dosering massa-balansdoeleinden of het bijhouden van materiaalstromen.

De juiste specificatie, kalibratie en onderhoud van weegcelsystemen is essentieel om ervoor te zorgen dat het proces zoals ontworpen functioneert, binnen kwaliteitsspecificaties produceert en tegen beheerste kosten.

Figuur 1: Typisch ontwerp en installatie van een weegcel

2. Wat zijn de verschillende typen weegcellen?

Keuze van een weegcel op basis van type

Er bestaan verschillende technologische principes voor weegcellen, maar de meeste zijn rekstrook-weegcellen. Dit betekent dat rekstroken op het lichaam van de weegcel zijn bevestigd. Wanneer het lichaam vervormt door de kracht/het gewicht dat wordt uitgeoefend door de apparatuur waarop deze is gemonteerd, vervormt de rekstrook mee, wat resulteert in een verandering van de weerstand. Deze verandering kan vervolgens worden gemeten via de spanning en als digitaal signaal naar een regelaar worden gestuurd, dankzij een analoog-naar-digitaal-omzetter (bijv. HX711). De spanning is evenredig met de vervorming en dus met de uitgeoefende kracht.

De verschillende weegprincipes voor rekstrook-weegcellen zijn hieronder samengevat:

Tabel 1: De verschillende principes van weegcellen

Druk-weegcellen (drukknop-type)

Druk-/trek-weegcellen

Buigbalk-weegcellen

S-balk-weegcellen

Enkelpunt-schuifbalk-weegcellen Dubbelzijdige schuifbalk-weegcellen

Ring-torsie-weegcellen

Cilinder-weegcellen

Daarnaast bestaan er piëzo-elektrische weegcellen die geen rekstroken gebruiken, maar een piëzo-elektrisch materiaal dat een spanning genereert afhankelijk van de kracht waaraan het wordt blootgesteld.

Industriële weegcellen kunnen op veel plaatsen in bulkvaste-stofprocessen worden geïnstalleerd. Veelvoorkomende apparatuur omvat tanks en weegschalen voor trechters, gebruikt voor doseertoepassingen (weegtrechters op weegcellen) of om een indicatie te krijgen van de voorraad product op een bepaald moment (tanks of silo’s op weegcellen).

Buigbalk-weegcellen worden zeer vaak gebruikt om het gewicht van trechters te meten:

Figuur 2: Buigbalk-weegcel

Een andere keuze voor een vergelijkbare toepassing zijn trek-/druk-weegcellen (pancake-weegcellen):

Figuur 3: Trek-druk-weegcel (pancake-type)

3. Nauwkeurigheid van weegcellen: Hoe nauwkeurig zijn weegcellen?

Om een goede en betrouwbare meting te verkrijgen, is het allereerst noodzakelijk om de weegcelsensors te selecteren op basis van het meetbereik van de weegcellen en de overbelasting die tijdens hun werking op de weegcellen kan worden uitgeoefend.

De procesoperator moet bepalen wat het meetbereik is dat de normale bedrijfsomstandigheden van de weegcellen vormt en waarvoor een bepaalde nauwkeurigheid vereist is. Dit bereik definieert het meetbereik van de weegcellen. Vanaf dit bereik moeten verschillende veiligheidsfactoren in acht worden genomen om schade aan de weegcellen door overbelasting te voorkomen.

De onderstaande waarden vormen een algemene benadering; er moet een beoordeling worden uitgevoerd om te controleren of de weegcellen na installatie niet aan hogere belastingen worden blootgesteld (bijvoorbeeld tijdens onderhoudswerkzaamheden).

Tabel 2: Definities van weegcel-capaciteiten

Capaciteitsvariabele	Definitie
Meetbereik weegcel	Bereik waarbij de aflezing binnen de maximaal toelaatbare fout moet vallen. Dit is het verwachte gewicht dat door het proces moet worden gemeten (bijv. het maximale gewicht dat voor een recept moet worden gedoseerd).
Veilige belastingslimiet	Maximale belasting die op de weegcellen kan worden uitgeoefend zonder schade te veroorzaken. Vuistregel: 150% van het meetbereik.
Uiteindelijk belastingsvermogen	Maximale belasting die kan worden uitgeoefend zonder fysieke schade. De nauwkeurigheid kan echter worden beïnvloed als dergelijke belastingen worden bereikt. Vuistregel: 300% van het meetbereik.
Veilige zijbelasting	Maximale belasting die loodrecht (90 graden) kan worden uitgeoefend zonder schade te veroorzaken. Vuistregel: 100% van het meetbereik.

Sommige fabrikanten bieden ook trekmodules aan. De belasting trekt dan aan de weegcel in plaats van erop te drukken, zoals in de meeste toepassingen.

Gebeurtenissen die tot overbelasting kunnen leiden, zijn onder meer: schokbelasting, roerwerken in beweging (dynamische belasting), excentrische belasting, overbelasting van een weegschaal.

Berekeningsformules moeten worden toegepast om rekening te houden met de situatie waarin de weegcel zal worden geïnstalleerd en vervolgens de juiste weegcelcapaciteiten te selecteren.

Figuur 4: Capaciteiten en belastingen – grafische weergave

Voor een industrieel proces in een industriële omgeving kan een nauwkeurigheid van 0,1% van het toegepaste gewicht worden bereikt. Weegcellen van hoge precisie kunnen een nauwkeurigheid bereiken van ongeveer 0,03% van de nominale capaciteit (maximaal meetbereik).

De fout van de weegschaal is een combinatie van kalibratie-, lineariteits-, hysterese- en herhaalbaarheidsfouten. Het is mogelijk om een kalibratieprocedure uit te voeren, zodat de kalibratiefout wordt teruggebracht tot ongeveer 0. Ook herhaalbaarheidsfouten moeten zeer minimaal zijn (minder dan 0,03% van de nominale capaciteit). In de praktijk zal de nauwkeurigheid van het weegsysteem gelijk zijn aan de gecombineerde fout.

Gecombineerde fout = Non-lineariteit + Hysterese = 0,02 tot 0,03% van de nominale capaciteit. Dit geldt voor 1 weegcel.

Alle aflezingen, van 0 kg tot de nominale capaciteit, moeten binnen de nauwkeurigheid vallen (gecombineerde fout * nominale capaciteit * aantal weegcellen). Dit betekent dat bij lage belasting de fout (als % van het toegepaste gewicht) hoger zal zijn dan bij hoge belasting.

Figuur 5: Prestatiegrafiek van weegcellen

Daarnaast moet de herhaalbaarheidsfout, die zeer minimaal moet zijn, na installatie worden gecontroleerd om er zeker van te zijn dat er geen problemen zijn.

Een andere belangrijke karakteristiek is het minimale verificatie-interval (vmin). Dit is de minimale hoeveelheid massa die op de weegcellen moet worden aangebracht zonder de maximaal toelaatbare fout te overschrijden. Dit moet worden gerelateerd aan de gecombineerde fout, die wordt uitgedrukt als % van de nominale capaciteit. Tijdens het ontwerp moet worden gecontroleerd of (vmin = Emax/gamma < h; minimaal verwacht gewicht op de weegschaal).

Ook de resolutie van de weegschaal moet worden gedefinieerd. Deze is gerelateerd aan het aantal cijfers dat de weegschaal weergeeft, hoewel dit niet direct verband houdt met de nauwkeurigheid van de weegcellen (het is een illusie om meer cijfers te vragen dan de nauwkeurigheid van de weegschaal toelaat).

Samenvatting: belangrijke kenmerken van belastingcel-sensoren die moeten worden gedefinieerd bij het ontwerpen van een installatie

Tabel 3: Definitie van ontwerpwaarden voor belastingscellen

Ontwerpparameter	Definitie
Gecombineerde fout	De gecombineerde fout geeft de beste precisie weer die men kan verwachten van correct gekalibreerde belastingscellen. Voor individuele belastingscellen moet deze binnen het bereik van 0,03% van de Nominale Capaciteit (Emax) liggen. Gevolg hiervan is dat de nauwkeurigheid beter zal zijn bij hoge belasting dan bij lage belasting.
Minimale verificatie-interval (vmin)	Dit is het minimale gewicht dat op de belastingscellen moet worden aangebracht om binnen de ontwerpnauwkeurigheid te blijven.
Resolutie	Dit is het aantal cijfers dat door de belastingscellen kan worden weergegeven. Het staat los van de nauwkeurigheid.

4. Verificatie van de kalibratie van belastingscellen

Voor het uitvoeren van de kalibratie van belastingscellen is een referentie vereist. Deze referentie wordt meestal geleverd door testgewichten die zijn gekalibreerd door erkende instituten.

Vervolgens moet een door de leverancier gedefinieerde procedure worden gevolgd om de weegschaal met een gedefinieerde massa te belasten, de aflezing te controleren en vast te leggen, en eventuele fouten te corrigeren. In bepaalde situaties, bijvoorbeeld bij zeer grote schalen, kan het nodig zijn de schaal met water te vullen om de kalibratie uit te voeren.

De belastingscellen moeten vervolgens worden gecontroleerd met de volgende tests, die in onderstaande volgorde moeten worden uitgevoerd:

Tabel 4: Definitie van kalibratietests voor belastingscellen

Test	Definitie
Wrijvingstest	De test wordt uitgevoerd door meerdere keren hetzelfde gewicht aan de weegschaal toe te voegen en te verwijderen. De weergave moet hetzelfde blijven en mag niet meer dan 0,02% van de Nominale Capaciteit van de weegschaal afwijken. De wrijvingstest zorgt ervoor dat er geen afwijking in de herhaalbaarheid (hierboven uitgelegd) optreedt door interacties van de omgeving met de belastingscellen (bijvoorbeeld als de weegschaal wrijving ondervindt met een ander onderdeel).
Kruiptest	De test wordt uitgevoerd door een gewicht op de weegschaal te plaatsen en een gedefinieerde tijd te wachten. Tijdens de wachttijd mag de aflezing niet meer dan 0,01% van de Nominale Capaciteit van de weegschaal veranderen. De kruiptest detecteert eventuele spanningen die ontspannen door het aanbrengen van het gewicht (bijvoorbeeld spanning op een flexibel onderdeel).
Lineariteit en Hysterese (= Gecombineerde fout)	Gewichten worden stapsgewijs op de weegschaal geplaatst en vervolgens verwijderd. De afgelezen waarden worden vergeleken met de gekalibreerde waarden van de gewichten. Hiermee worden afwijkingen in lineariteit of hysterese gedetecteerd, wat kan duiden op een onjuiste kalibratie van de belastingscellen of interactie van de omgeving met de weegschaal. Het is mogelijk niet haalbaar om de gehele weegschaal te testen; in dat geval moet minimaal 10% van de Nominale Capaciteit als doel worden gesteld.

De hierboven gegeven tests en referentiewaarden zijn algemene richtlijnen, en aanbevelingen van leveranciers kunnen afwijken. Ze dienen als eerste indicatie en voor een plausibiliteitscheck. De specificaties en handleidingen van leveranciers moeten altijd worden geverifieerd. De drie hierboven genoemde tests zijn het minimum dat moet worden uitgevoerd; fabrikanten kunnen aanvullende tests vereisen, met name voor precisievoeders.

5. Belangrijke punten

Installatie van belastingscellen

Belastingscellen zijn zeer gevoelig voor stroom. Een bijzonder belangrijk punt is ervoor te zorgen dat belastingscellen elektrisch geïsoleerd zijn als er laswerkzaamheden in de buurt worden uitgevoerd. Een goede praktijk is om belastingscellen te installeren nadat alle laswerkzaamheden zijn voltooid. Als de belastingscellen niet goed geïsoleerd zijn of als de aarding van het lasstation niet correct is geplaatst, kunnen lekstromen deze beschadigen.

Belastingscellen in zware omgevingsomstandigheden: Omgaan met milieutechnische uitdagingen

In industriële processen worden belastingscellen vaak blootgesteld aan uitdagende omgevingsomstandigheden die hun prestaties kunnen beïnvloeden. Factoren zoals temperatuurschommelingen, vochtigheid en corrosieve stoffen kunnen de nauwkeurigheid en levensduur van belastingscellen aantasten. Ingenieurs moeten rekening houden met deze milieutechnische uitdagingen tijdens de ontwerp- en installatiefase om de betrouwbaarheid van het weegsysteem te waarborgen.

Een belangrijke overweging is de afdichting en bescherming van belastingscellen tegen stof, vocht en agressieve chemicaliën. Het implementeren van geschikte behuizingen en beschermende maatregelen, zoals IP-classificaties, kan belastingscellen beschermen tegen externe invloeden. Daarnaast moeten ingenieurs belastingscelmodellen overwegen met verbeterde milieubestendigheid, speciaal ontworpen voor toepassingen in corrosieve of extreme omstandigheden.

Regelmatige onderhoudsroutines moeten controles omvatten op de integriteit van de beschermende maatregelen en de algehele conditie van de belastingscellen. Periodieke inspecties kunnen helpen om potentiële problemen vroegtijdig te identificeren, systeemstoringen te voorkomen en nauwkeurige gewichtsmetingen op de lange termijn te garanderen. Kortom, het aanpakken van milieutechnische uitdagingen is cruciaal voor het behouden van de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van belastingscellen in industriële omgevingen.

6. Aankoop van belastingscellen: Fabrikanten van belastingscellen

Het is belangrijk om te vertrouwen op bewezen fabrikanten van belastingcel-sensoren om een precies, betrouwbaar en duurzaam weegsysteem te verkrijgen.

De lezer kan verwijzen naar het bedrijf GAROS ("https://www.garos.fr") voor informatie over belastingscellen, deskundig advies en aankoop (let op: PowderProcess.net heeft geen banden met dit bedrijf).

Andere mogelijkheden zijn: HBM-belastingscellen, OMEGA-belastingscellen, FLINTEC-belastingscellen, Tedea-Huntleigh, Sensortronics, Mettler Toledo-belastingscellen, Vishay-belastingscellen, HARDY-belastingscellen (let op: PowderProcess.net heeft geen banden met deze bedrijven).