Sowohl kapazitive als auch auf Dehnungsmessstreifen (DMS) basierende Wägezellen besitzen ein elastisches Element, das durch die zu messende Last verformt wird.
Das für das elastische Element verwendete Material ist für kostengünstige Wägezellen normalerweise Aluminium, und für Wägezellen, die in korrosiven Industrieanwendungen eingesetzt werden, verwendet man Edelstahl.
Ein Sensor (kapazitiv bzw. Dehnungsmessstreifen) in der Wägezelle misst die Verformung des elastischen Elements und das Ausgangssignal des Sensors wird von einer elektronischen Schaltung in ein Signal umgewandelt, das die Last repräsentiert.
Ein kapazitiver Sensor wird in geringem Abstand zum elastischen Element platziert und misst die Verformung, ohne das elastische Element zu berühren, während ein Dehnungsmessstreifen eine isolierte Widerstandsfolie ist, die direkt mit dem elastischen Element verbunden und somit Stößen und Überlastungen ausgesetzt ist, wie sie in industriellen Anwendungen häufig auftreten.
Ein kapazitiver Sensor reagiert schon bei einer Kapazitätsänderung von 10 % sehr empfindlich, während der Folien-DMS normalerweise nur eine Widerstandsänderung von 0,1 % aufweist.
Aufgrund der viel höheren Empfindlichkeit eines kapazitiven Sensors ist eine viel geringere Verformung des elastischen Elements erforderlich.
Das bedeutet, dass das elastische Element einer kapazitiven Wägezelle etwa 5- bis 10-mal weniger verformt wird als das elastische Element einer DMS-Wägezelle.
Die geringe Dehnung des Sensors sorgt in Kombination mit der Tatsache, dass ein kapazitiver Sensor berührungslos ist, für eine sehr hohe Stoßfestigkeit und Überlastfähigkeit der kapazitiven Wägezelle im Vergleich zur DMS-Wägezelle.
Die hohe Kapazitätsänderung erzeugt ein digitales Ausgangssignal, bei dem es sich bei den kapazitiven Wägezellen von Eilersen um ein Hochgeschwindigkeitssignal handelt, das die Last direkt in Gramm (g), Kilogramm (kg) oder Newton (N) darstellt.
Ein kostengünstiges Koaxialkabel mit einem hermetisch abgedichteten Ein-Draht-Steckverbinder versorgt die Eilersen-Wägezelle mit Strom und überträgt das digitale Hochgeschwindigkeitssignal zurück an die Instrumente, die mehrere Hundert Meter entfernt sein können.
In einer standardmäßigen analogen DMS-Wägezelle hingegen erfolgt die Übertragung der Stromversorgung und des Analogsignals mit niedrigem Pegel normalerweise über ein relativ teures 6-adriges Kabel zur Instrumentierung, wo das analoge Signal in ein digitales Signal umgewandelt wird.
In einer digitalen DMS-Wägezelle sind ein Verstärker und auch die A/D-Wandlung im Gehäuse untergebracht und die Stromversorgung sowie die digitalen Signale sind normalerweise über ein teures 6- oder 7-adriges Kabel mit der Instrumentierung verbunden. Mit den 6- oder 7-adrigen Kabeln, die in DMS-
Wägezellen verwendet werden, ist es schwierig, den erforderlichen IP68-Schutz für Industrieumgebungen ohne komplizierte Wasserabscheider oder teure mehrpolige hermetische Durchführungsverbindungen zu erreichen.
Im Gegensatz dazu wird bei den kapazitiven Wägezellen von Eilersen der unkomplizierte IP69K-Einpolstecker verwendet, der darüber hinaus den logistisch wichtigen Vorteil hat, dass das Kabel vor der Auslieferung nach Kundenvorgabe in Länge und Typ (PVC bzw. Teflon) vorbereitet werden kann.
Fazit
Mit Blick auf die oben genannten Vorzüge der kapazitiven Eilersen-Wägezellen im Vergleich zu Wägezellen mit Dehnungsmessstreifen kann man Folgendes festhalten:
Die kapazitive Wägezelle von Eilersen bietet eine Toleranz gegenüber Stößen und Überlastungen bis zur 10-fachen Nennlast gegenüber der 2-fachen Nennlast bei DMS-Wägezellen.
Dies ist ein klarer Vorteil in industriellen Umgebungen und insbesondere bei Wägezellen mit kleinem Wägebereich, bei denen das Risiko einer Beschädigung durch Stöße und Überlastungen hoch ist.
Die kapazitiven Wägezellen von Eilersen bieten eine bis zu zehnmal höhere Toleranz gegenüber seitlichen und exzentrischen Belastungen als die DMS-Wägezellen.
Aufgrund dieser Eigenschaften sind bei den kapazitiven Wägezellen von Eilersen normalerweise keine teuren Montagesätze mit seitlichen Last- und Überlastanschlägen erforderlich, was eine einfache und kostengünstige mechanische Montage ermöglicht, denn solche Montagesätze kosten oft so viel wie die Wägezelle selbst und sind wartungsbedürftig.
Das werksseitig kalibrierte, digitale Hochgeschwindigkeitssignal, das über das gut abgeschirmte Koaxialkabel geleitet wird, gewährleistet eine einfache Plug-and-Play-Installation und bietet gleichzeitig den in industriellen Anwendungen erforderlichen EMV-Schutz und Schutz vor Schweißspannungen.
Das mit 230 kBaud gesendete Hochgeschwindigkeitssignal überträgt den 24-Bit-Lastwert sowie Adress- und Diagnosecodes, was mehr als 1000 Messwerte/Sekunde in dynamischen Wägeanwendungen ermöglicht. Ebenso ist die sehr kurze Aktualisierungszeit von 2 ms gewährleistet, um vier Wägezellen in Plattform- und Frachtwäge-, Misch-, Dosier- und Fülltrichteranwendungen zu synchronisieren.
Zusammenfassend zeigt dies, dass die kapazitiven Wägezellen von Eilersen wichtige Vorteile gegenüber den digitalen DMS-Wägezellen haben, da jene nach wie vor auf Dehnungsmessstreifen basieren.