ما هو حسّاس الوزن؟

يتضمّن الرّوتين الصّباحيّ للعديد من الأشخاص عادةً الوقوف على الميزان لقياس وزنهم، ويجهل أغلب النّاس أنّهم يعتمدون على حسّاس وزنِ (Load cell) بسيطٍ لمعرفة أوزانهم! كانت الموازين القديمة تَستخدم الأثقال لموازنة كفتي الميزان، أمّا الآن فيوجد أجهزةٌ تقيس الوزن آليّاً.

نبدأ المقال بتعريف مصطلح حسّاس الوزن.

حسّاس الوزن هو عبارةٌ عن مقياس قوّةٍ يتكوّن من مقاومةٍ متغيّرةٍ بحسب الضّغط المطبّق عليها (Transducer) تعطي إشارةً كهربائيّة يتناسب مطالها طرداً مع القوّة المطبّقة على المقاومة.

مكونات حسّاس الوزن
مكونات حسّاس الوزن

ماهي أنواع خليّة قياس الوزن؟

الحسّاس الهوائي (Pneumatic)

الحسّاس الهيدروليكي (Hydraulic).

حسّاس المقاومة المتغّيرة بالضّغط.

الحسّاس السعوي.

 

أنواع حسّاسات الوزن
أنواع حسّاسات الوزن

 

حسّاس الوزن الهوائي

يَستخدم هذا الحسّاس الهواء المضغوط، ويتكوّن من غشاءٍ مرنٍ مرتبطٍ بسطح الميزان حيث نضع الجّسم الذي نريد معرفة وزنه، كما يوجد منظّم ضغط هواءٍ يعمل على تحديد ضغط الهواء في الحسّاس ومقياس ضغطٍ، وبذلك عندما نضع جسماً على الحسّاس فإنّه يعمل على استخدام الهواء المضغوط (أو الغاز) لموازنة ثقل الجّسم.

تُحدّد كمية الهواء المستخدمة لموازنة ثقل الجّسم وزنه، حيث يعمل مقياس الضّغط على تحويل ضغط الهواء إلى إشارةٍ كهربائيّة.

حسّاس وزن هوائي
حسّاس وزن هوائي

 

حسّاس الوزن الهيدروليكي

تدلّ كلمة هيدروليك على أنّ هذا الحسّاس يعمل باستخدام السّائل سواء كان ماءً أم زيتاً، ويشابه هذا الحسّاس حسّاس الوزن الهوائيّ ولكنّه يَستخدم السّوائل المضغوطة بدلاً عن الهواء.

يتكوّن الحسّاس الهيدروليكي من:

  • غشاء مَرِن.
  • مكبس مرتبط بمنصّة لتحمل الأجسام فوق الغشاء.
  • ماء أو زيت يوضع في المكبس.
  • مقياس ضغط متدرِّج.

 

حسّاس وزن هيدروليكي
حسّاس وزن هيدروليكي

حسّاس المقاومة المتغيرة بالضّغط

يعدّ هذا الحسّاس أكثر حسّاسات الوزن شيوعاً، حيث يتكوّن من مقاومةٍ متغيّرةٍ بحسب الضّغط (أي تتغيّر مقاومتها لمرور التيّار الكهربائيّ عند تعرّضها للضّغط)، ويتناسب التغيّر في المقاومة الكهربائيّة للحسّاس طرداً مع شدّة الضّغط المطبّق عليه، وهذا ما يجعل معايرة هذا الحسّاس سهلةً ويمكّننا من أخذ قراءاتٍ دقيقة.

تكون المقاومة الكهربائيّة لحسّاس الوزن الضّغطي مقاومةً خطيةً وبالتّالي يمكن أن تحوّل إلى قوةٍ وبالتّالي إلى وزنٍ عند الحاجة إلى ذلك.

حسّاس المقاومة المتغيرة بالضّغط

يتكون حسّاس المقاومة المتغيرة بالضّغط من أربع مقاومات متغيرة بالضّغط موصولةٍ معاً بطريقة جسر واتيستون.

إنّ جسر واتيستون هو دارةٌ كهربائيّةٌ تسمح بقياس المقاومات الكهربائيّة المجهولة القيمة بموازنة طرفين من أطراف دارة الجّسر، حيث تكون المقاومة المجهولة على أحد الطرفين، وتؤمّن هذه الدارة دقّةً فائقةً في القياس، وتُربط المقاومات المتغيّرة المكوّنة لدارة الجّسر بقطعةٍ معدنيّةٍ يتغيّر شكلها عند وضع الوزن عليها.

 

حسّاس المقاومة المتغيّرة بالضّغط مع دارة جسر واتيستون

حسّاس الوزن السعوي

يعمل هذا الحسّاس على مبدأ المكثّفات، أي قدرة المكوّنات على تخزين الشّحنة الكهربائيّة، ويتكوّن من صفيحتين مسطّحتين متوازيتين، ويُطبّق جهدٌ على الصفيحتين فيُخزّن مقدارٌ من الشحنات الكهربائيّة بينهما، وتعتمد كميّة الشّحنات المخزّنة على مدى البعد بين الصفيحتين.

عندما يوضع جسمٌ على الحسّاس تتقلّص المسافة بين الصفيحتين وبالتّالي تتغيّر كميّة الشّحنات المخّزنة بينهما وهذا يسمح بحساب الوزن المطبّق

 

حسّاس الوزن السعوي
حسّاس الوزن السعوي

تطبيقات حسّاسات الوزن

عملية ملء أكياس الملح

في هذا التّطبيق توضع أكياسٌ فارغةٌ في آلةٍ لها أذرعٌ ، تلتقِط الأكياس الفارغة وتضعها تحت قُمعٍ توجد فوقه حاوية ملحٍ تُفرّغ على سيرٍ جلديٍّ مزوّدٍ بحسّاس وزنٍ يسمح بتفريغ الكميّة المناسبة من الملح في الأكياس، وخلال تفريغ الحاوية يقوم الحسّاس بإعطاء خرجٍ تشابهيٍّ يُرسل إلى متحكّم PLC يمثّل وزن كميّة الملح الموجودة على السّير، وعندما تصبح القراءة قريبةً من وزن الكيس الممتلئ تبدأ الحاوية بالإغلاق للسّماح بتحديد الوزن الصحيح، وعندما يقرأ الحسّاس الوزن المحدّد يبدأ السّير في إفراغ الملح في القمع نزولاً إلى الكيس، وبعدها يُغلَق الكيس بإحكامٍ ومن ثمّ إزالته ليحلّ مكانه كيسٌ آخر.

عملية تعبئة أكياس الملح
عملية تعبئة أكياس الملح

 

عمليّة ضغط مقابض الأبواب

يجري في هذه العملية دفع شرائح الألومنيوم إلى قالبٍ ليغلَق عليها ويضغطها ليصنع منها مقابض الأبواب، وأثناء إطباق القالب على الألومنيوم يقيس حسّاس وزنٍ القوّة المطبّقة على القالب وعلى الألومنيوم، وعندما تصل القوّة إلى مستوى محدّد مسبقاً، يفتح القالب ثم يُزال المقبض منه، فإذا كانت القوّة المطبّقة على الألومنيوم أقلّ أو أكبر من الحدّ المناسب يمكن أن تتضرّر مقابض الأبواب، أو ألّا  تُضغط بشكلٍ مناسب.

 

عمليّة ضغط أبواب الألومنيوم
عمليّة ضغط أبواب الألومنيوم

كيف تختار حسّاس الوزن المناسب للتّطبيق المناسب

تتعلّق عمليّة اختيار حسّاس الوزن المناسب للمشروع الذي تعمل عليه على مقدار الحساسية والدقّة التي تحتاجها في المشروع، فحسّاس الوزن السعوي حسّاسٌ ودقيقٌ للغاية، يتلوه حسّاس المقاومة المتغيّرة بالضّغط، وعلى الرّغم من كون حسّاسات الوزن الهوائيّة والهيدروليكيّة أقلّ دقةً وحسّاسية فإنّها تبقى مفيدة في بعض التّطبيقات الخاصّة.

ترتيب أنواع حسّاسات الوزن حسب الدقة
ترتيب أنواع حسّاسات الوزن حسب الدقة

الملخّص

يمكن تلخيص ما مررنا به في النّقاط الآتية:

يوجد أربعة أنواعٍ لحسّاسات الوزن وهي: الحسّاس الهوائيّ، والحسّاس الهيدروليكيّ، وحسّاس المقاومة المتغيّرة بالضّغط، والحسّاس السعويّ، كما ناقشنا كيفيّة استخدام حسّاسات الوزن في التّطبيقات الصناعيّة المختلفة، وأخيراً  يعتمِد العامل المحدّد لاختيار حسّاس الوزن على مدى الدقّة والحسّاسية التي يتطلّبها التّطبيق.


المصدر:هنا
ترجمة: لؤي أزدشير ديب , مراجعة: علي العلي , تدقيق لغوي: مي همدر , تصميم: علي العلي , تحرير: قحطان غانم.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *