سیستم توزین مخزن چیست و چه لودسلی مناسب توزین مخازن است؟

سیستم توزین مخزن مجموعه‌ای از لودسل‌ها، مانتینگ‌ها و تجهیزات الکترونیکی است که برای اندازه‌گیری دقیق وزن مواد داخل مخزن، سیلو، هاپر یا راکتور استفاده می‌شود. در این سیستم، وزن سازه و محتویات آن از طریق پایه‌ها به لودسل منتقل شده و سپس به مقدار قابل نمایش و کنترل تبدیل می‌شود.اما چه لودسلی مناسب توزین مخازن است؟ پاسخ به ظرفیت مخزن، تعداد پایه‌ها، نوع سازه، شرایط محیطی و دقت موردنیاز بستگی دارد. در بسیاری از مخازن صنعتی، لودسل خمشی یا فشاری به همراه مانتینگ مناسب بهترین انتخاب است؛ البته ظرفیت و نوع لودسل باید بر اساس طراحی مکانیکی سیستم تعیین شود. در اداکه این مقاله از آسا تولید کننده لودسل به نکات لودسل مناسب توزین مخازن می پردازیم.

سیستم توزین مخزن چیست؟

سیستم توزین مخزن یا Tank Weighing System روشی برای اندازه‌گیری وزن مواد داخل یک مخزن بدون نیاز به تخلیه آن است. در این روش، یک یا چند لودسل در نقاط تکیه‌گاهی مخزن نصب می‌شوند و تمام یا بخش عمده نیروی وزن از طریق آنها اندازه‌گیری می‌شود.برای مثال، اگر یک مخزن حاوی مواد اولیه مایع روی چهار پایه قرار گرفته باشد، می‌توان در زیر هر پایه یک لودسل نصب کرد. مجموع سیگنال چهار لودسل، وزن کل مخزن و مواد داخل آن را مشخص می‌کند.

این سیستم‌ها در صنایع مختلفی مانند:

• صنایع غذایی و نوشیدنی
• صنایع شیمیایی
• پتروشیمی
• فولاد و معدن
• داروسازی
• سیمان
• صنایع پلاستیک
• خوراک دام
• خطوط تولید و بچینگ

کاربرد گسترده‌ای دارند.

سیستم توزین مخزن چگونه کار می‌کند؟

لودسل در واقع نیروی ناشی از وزن مخزن را به یک سیگنال الکتریکی بسیار کوچک تبدیل می‌کند. این سیگنال معمولاً در محدوده میلی‌ولت بر ولت mV/V است.

در یک سیستم معمولی، مسیر اندازه‌گیری به شکل زیر است:

مخزن → مانتینگ → لودسل → جانکشن باکس → نمایشگر یا کنترلر وزن → PLC یا سیستم اتوماسیون

لودسل‌ها وزن واردشده به پایه‌های مخزن را اندازه‌گیری می‌کنند. اگر چند لودسل در سیستم وجود داشته باشد، سیگنال آنها معمولاً از طریق یک Junction Box تجمیع و تنظیم شده و سپس به نمایشگر وزن یا کنترلر ارسال می‌شود.نمایشگر پس از پردازش و کالیبراسیون سیگنال، مقدار وزن را بر حسب کیلوگرم یا تن نمایش می‌دهد.در سیستم‌های اتوماسیون نیز وزن می‌تواند از طریق پروتکل‌هایی مانند Modbus، Profibus، PROFINET یا سایر رابط‌های صنعتی به PLC منتقل شود.

اجزای اصلی سیستم توزین مخزن

یک سیستم توزین مخزن فقط از لودسل تشکیل نشده است. عملکرد صحیح سیستم به هماهنگی چند جزء اصلی بستگی دارد.

لودسل

مهم‌ترین حسگر سیستم است و نیروی وزن را اندازه‌گیری می‌کند. انتخاب نوع و ظرفیت مناسب لودسل تأثیر مستقیمی بر دقت و پایداری سیستم دارد.

مانتینگ لودسل

مانتینگ یا پایه لودسل وظیفه دارد نیرو را در جهت صحیح به سنسور منتقل کند و اثر نیروهای جانبی، حرکت مخزن، انبساط حرارتی و ارتعاش را کاهش دهد.در بسیاری از پروژه‌ها، انتخاب مانتینگ به اندازه انتخاب خود لودسل اهمیت دارد.

جانکشن باکس

در سیستم‌هایی که چند لودسل دارند، سیگنال لودسل‌ها داخل جانکشن باکس تجمیع می‌شود. در برخی مدل‌ها امکان تنظیم اختلاف سیگنال میان لودسل‌ها نیز وجود دارد.

نمایشگر یا کنترلر وزن

سیگنال خروجی لودسل را دریافت کرده و آن را به وزن قابل نمایش تبدیل می‌کند.کنترلرهای صنعتی پیشرفته علاوه بر نمایش وزن می‌توانند عملیات دیگری مانند:

• کنترل پر و خالی شدن مخزن
• کنترل شیرها
• کنترل پمپ‌ها
• بچینگ مواد
• ارسال اطلاعات به PLC
• ثبت وزن
• اعلام هشدار اضافه‌بار

را نیز انجام دهند.

چه لودسلی مناسب توزین مخازن است؟

یکی از مهم‌ترین مراحل طراحی سیستم توزین مخزن انتخاب نوع مناسب لودسل است.یک مدل خاص را نمی‌توان برای تمام مخازن مناسب دانست. نوع لودسل باید بر اساس طراحی سازه و شرایط واقعی پروژه انتخاب شود.معمولاً از گزینه‌های زیر استفاده می‌شود.

لودسل خمشی برای توزین مخزن

لودسل‌ خمشی یا Shear Beam / Bending Beam یکی از متداول‌ترین گزینه‌ها برای مخازن کوچک و متوسط هستند.این لودسل‌ها معمولاً در زیر پایه‌های مخزن نصب شده و در ظرفیت‌های مختلف در دسترس هستند.

مزایای آنها عبارت‌اند از:

• دقت مناسب
• نصب نسبتاً ساده
• تنوع ظرفیت
• قیمت اقتصادی
• مناسب برای سیستم‌های چندلودسله
• عملکرد مناسب در مخازن و هاپرها

لودسل خمشی معمولاً برای مخازن با ظرفیت چند صد کیلوگرم تا چندین تن گزینه مناسبی است؛ البته محدوده دقیق ظرفیت به مدل لودسل بستگی دارد.

لودسل فشاری برای مخازن سنگین

در مخازن بزرگ، سیلوها و سازه‌هایی که وزن بالایی دارند، معمولاً از لودسل فشاری استفاده می‌شود.این نوع لودسل برای تحمل بارهای زیاد طراحی شده و در ظرفیت‌های چند تن تا ده‌ها یا حتی صدها تن قابل استفاده است.لودسل فشاری برای کاربردهایی مانند:

• سیلوهای بزرگ
• مخازن ذخیره مواد
• مخازن صنایع فولاد
• مخازن پتروشیمی
• مخازن مواد معدنی
• سازه‌های سنگین

انتخاب مناسبی محسوب می‌شود.در چنین سیستم‌هایی استفاده از مانتینگ مناسب لودسل فشاری اهمیت زیادی دارد؛ زیرا نیروهای جانبی و حرکت سازه می‌توانند بر دقت اندازه‌گیری تأثیر بگذارند.

لودسل کششی یا S-Type

در بعضی سیستم‌ها، مخزن یا هاپر به‌صورت آویزان نصب شده است. در این شرایط استفاده از لودسل کششی یا S-Type می‌تواند گزینه مناسبی باشد.در این ساختار، وزن مخزن به جای اعمال فشار به لودسل، به‌صورت نیروی کششی اندازه‌گیری می‌شود.لودسل S-Type بیشتر در:

• هاپرهای آویز
• مخازن آویزان
• سیستم‌های بچینگ
• تجهیزات توزین کششی

کاربرد دارد.

لودسل نقطه‌ای برای مخازن کوچک

لودسل‌ نقطه‌ای Single Point بیشتر برای پلتفرم‌ها و سیستم‌های توزین کوچک استفاده می‌شود، اما در بعضی مخازن کوچک نیز می‌توان از آنها استفاده کرد.برای مخازن بزرگ صنعتی معمولاً استفاده از چند لودسل خمشی یا فشاری راهکار مناسب‌تری است.

برای مخزن چند لودسل لازم است؟

تعداد لودسل‌ها معمولاً بر اساس تعداد نقاط تکیه‌گاهی مخزن تعیین می‌شود.

به‌عنوان مثال:

در حالت ایده‌آل، تمام مسیرهای انتقال وزن به فونداسیون باید توسط سیستم توزین اندازه‌گیری شوند.اگر بخشی از وزن مخزن از مسیری غیر از لودسل به زمین منتقل شود، دقت سیستم کاهش پیدا می‌کند.به همین دلیل کابل‌ها، لوله‌ها، اتصالات و ساپورت‌هایی که به مخزن متصل هستند نیز باید در طراحی مکانیکی مورد توجه قرار گیرند.

ظرفیت لودسل مخزن چگونه انتخاب می‌شود؟

یکی از اشتباهات رایج در طراحی سیستم توزین مخزن، تقسیم ساده وزن کل بر تعداد لودسل‌ها است.

فرض کنید حداکثر وزن مخزن به همراه مواد داخل آن 20 تن باشد و مخزن چهار پایه داشته باشد.

در حالت کاملاً ایده‌آل:

20 ÷ 4 = 5 تن

بنابراین هر لودسل حدود 5 تن بار تحمل می‌کند.اما انتخاب لودسل دقیقاً با ظرفیت 5 تن معمولاً طراحی مناسبی نیست؛ زیرا باید عواملی مانند:

• توزیع نامساوی بار
• وزن مرده سازه
• بارهای دینامیکی
• ارتعاش
• شوک هنگام پر شدن مخزن
• حرکت مواد داخل مخزن
• خطای نصب
• نیروهای باد
• بارهای جانبی

نیز در نظر گرفته شوند.

یک رابطه ساده برای تخمین اولیه ظرفیت به شکل زیر است:ظرفیت هر لودسل ≥ (حداکثر وزن کل × ضریب اطمینان) ÷ تعداد لودسل‌هاضریب اطمینان بر اساس شرایط پروژه تعیین می‌شود و نباید بدون بررسی مهندسی یک مقدار ثابت برای تمام پروژه‌ها در نظر گرفت.

یک مثال ساده برای انتخاب لودسل مخزن

فرض کنید مشخصات یک مخزن به این صورت باشد:

وزن خالی مخزن: 3 تن

حداکثر وزن مواد: 17 تن

وزن کل در حالت پر:

3 + 17 = 20 تن

مخزن روی چهار پایه قرار گرفته است.

بار تئوری هر پایه:

20 ÷ 4 = 5 تن

در عمل باید ظرفیت بالاتری انتخاب شود تا عدم توزیع یکنواخت بار و شرایط مکانیکی نیز پوشش داده شود.بنابراین ممکن است پس از بررسی سازه و ضرایب طراحی، ظرفیت بالاتری مانند 7.5 یا 10 تن برای هر نقطه انتخاب شود.انتخاب نهایی باید بر اساس دیتاشیت لودسل، سازه مخزن و شرایط واقعی نصب انجام شود.

کلاس دقت مناسب برای توزین مخزن چیست؟

کلاس دقت موردنیاز به کاربرد سیستم بستگی دارد.در بسیاری از سیستم‌های توزین صنعتی، لودسل‌های کلاس C3 دقت مناسبی ارائه می‌کنند و انتخاب متداولی هستند.برای سیستم‌هایی که دقت بالاتری نیاز دارند می‌توان از لودسل‌های کلاس:

C4 یا C5

نیز استفاده کرد.با این حال، استفاده از لودسل با کلاس دقت بالاتر به تنهایی تضمین نمی‌کند که کل سیستم دقیق‌تر شود.

مواردی مانند:

• طراحی سازه
• کیفیت مانتینگ
• نحوه اعمال نیرو
• شرایط کابل‌کشی
• کالیبراسیون
• تغییرات دما
• ارتعاش
• نیروهای جانبی

می‌توانند تأثیر بیشتری بر دقت نهایی داشته باشند.به همین دلیل باید دقت کل سیستم توزین بررسی شود، نه فقط مشخصات لودسل.

اهمیت مانتینگ در توزین مخازن

در سیستم توزین مخزن، بار باید تا حد امکان در راستای طراحی‌شده لودسل وارد شود.اما مخازن صنعتی در شرایط واقعی کاملاً ثابت نیستند.تغییر دما می‌تواند باعث انبساط و انقباض مخزن شود. همچنین پر و خالی شدن، جریان مواد، ارتعاش تجهیزات و حتی باد می‌توانند نیروهای جانبی ایجاد کنند.مانتینگ مناسب کمک می‌کند این حرکات کنترل شوند و نیرو به شکل صحیح به لودسل منتقل شود.

یک مانتینگ مناسب می‌تواند:

• نیروهای جانبی را کاهش دهد
• حرکت حرارتی مخزن را مدیریت کند
• از لودسل محافظت کند
• نصب و تراز کردن سیستم را ساده‌تر کند
• دقت و تکرارپذیری اندازه‌گیری را افزایش دهد

به همین دلیل برای خرید لودسل توزین مخزن بهتر است لودسل و مانتینگ به‌صورت یک سیستم واحد بررسی شوند.

تأثیر لوله‌کشی بر دقت سیستم توزین مخزن

یکی از عوامل مهمی که در بسیاری از پروژه‌ها نادیده گرفته می‌شود، لوله‌های متصل به مخزن است.اگر یک لوله سخت به مخزن متصل باشد، بخشی از نیروی وزن می‌تواند از طریق لوله به سازه منتقل شود.در این حالت تمام وزن از لودسل عبور نمی‌کند و خطای اندازه‌گیری ایجاد می‌شود.برای کاهش این مشکل معمولاً از:

• اتصالات انعطاف‌پذیر
• شیلنگ‌های مناسب
• Expansion Joint
• مسیر لوله‌کشی اصولی

استفاده می‌شود.کابل‌ها و سایر اتصالات مکانیکی نیز نباید مانع حرکت طبیعی مخزن روی لودسل‌ها شوند.

شرایط محیطی در انتخاب لودسل مخزن

محیط نصب نیز باید هنگام انتخاب لودسل بررسی شود.در محیط‌هایی که رطوبت، شست‌وشو یا بارندگی وجود دارد، درجه حفاظت لودسل اهمیت زیادی پیدا می‌کند.در چنین کاربردهایی معمولاً استفاده از لودسل‌های دارای حفاظت‌هایی مانندIP67 یا IP68 مناسب‌تر است.در صنایع غذایی، شیمیایی و محیط‌های خورنده ممکن است استفاده از بدنه استنلس استیل نیز ضروری باشد.همچنین باید محدوده دمای کاری لودسل با شرایط واقعی محیط سازگار باشد.

کالیبراسیون سیستم توزین مخزن

پس از نصب لودسل‌ها، سیستم باید کالیبره شود.کالیبراسیون می‌تواند با استفاده از:

• وزنه استاندارد
• بار مرجع
• مواد با وزن مشخص
• روش‌های جایگزین مورد تأیید پروژه

انجام شود.یکی از مراحل مهم، بررسی توزیع بار میان لودسل‌ها است. اگر یک پایه مقدار بسیار بیشتری نسبت به سایر نقاط تحمل کند، احتمال وجود مشکل در تراز، نصب یا سازه وجود دارد.

پس از کالیبراسیون نیز بهتر است عملکرد سیستم در نقاط مختلف ظرفیت بررسی شود.

کاربرد سیستم توزین مخزن در کنترل موجودی

یکی از مهم‌ترین مزایای سیستم توزین مخزن، امکان اندازه‌گیری موجودی بدون تماس مستقیم با ماده است.برای مثال در یک مخزن حاوی مواد شیمیایی، می‌توان با اندازه‌گیری وزن کل مخزن، مقدار مواد باقی‌مانده را محاسبه کرد.اگر وزن خالی مخزن یا Tare Weight مشخص باشد:

وزن مواد = وزن کل اندازه‌گیری‌شده − وزن خالی مخزن

این روش در بسیاری از کاربردها نسبت به اندازه‌گیری سطح مواد مزیت دارد؛ زیرا تغییر چگالی، کف، شکل سطح ماده یا نوع ماده تأثیر کمتری بر محاسبه جرم واقعی دارد.

کاربرد سیستم توزین مخزن در بچینگ

در سیستم‌های بچینگ، وزن مواد باید با دقت کنترل شود.لودسل مقدار ماده واردشده به مخزن را به‌صورت پیوسته اندازه‌گیری کرده و کنترلر می‌تواند بر اساس وزن:

• شیر ورودی را باز یا بسته کند
• پمپ را کنترل کند
• سرعت ورود مواد را تغییر دهد
• فرایند را در وزن مشخص متوقف کند

به این ترتیب می‌توان مقدار دقیق هر ماده را در فرایند تولید کنترل کرد.

مهم‌ترین عوامل ایجاد خطا در توزین مخزن

حتی بهترین لودسل نیز در صورت نصب نامناسب نمی‌تواند دقت مطلوبی ایجاد کند.

مهم‌ترین عوامل ایجاد خطا عبارت‌اند از:

• انتخاب ظرفیت نامناسب لودسل
• تراز نبودن پایه‌های مخزن
• توزیع نامناسب بار
• نصب نادرست مانتینگ
• اعمال نیروی جانبی
• لوله‌کشی سخت
• اصطکاک مخزن با سازه اطراف
• تغییرات شدید دما
• کابل‌کشی نامناسب
• رطوبت یا نفوذ آب
• کالیبراسیون نادرست
• انتخاب نمایشگر نامناسب

بنابراین طراحی سیستم باید به‌صورت یک مجموعه مکانیکی و الکترونیکی یکپارچه انجام شود.

تفاوت سیستم توزین مخزن با سنسور سطح چیست؟

سنسور سطح معمولاً ارتفاع مواد داخل مخزن را اندازه‌گیری می‌کند، اما لودسل جرم واقعی مواد را اندازه‌گیری می‌کند.برای تبدیل سطح به وزن باید چگالی و هندسه مخزن مشخص باشد.در موادی که چگالی آنها تغییر می‌کند، محاسبه موجودی بر اساس سطح ممکن است خطای بیشتری داشته باشد.در مقابل، سیستم توزین مخزن مستقیماً جرم واردشده به سازه را اندازه‌گیری می‌کند و به همین دلیل در بسیاری از فرایندهای تولید و بچینگ راهکار قابل‌اعتمادی محسوب می‌شود.

هنگام انتخاب لودسل برای مخزن به چه نکاتی توجه کنیم؟

برای انتخاب و خرید لودسل مخصوص مخزن بهتر است قبل از انتخاب مدل، اطلاعات زیر مشخص شود:

• حداکثر ظرفیت مخزن
• وزن خالی مخزن
• تعداد پایه‌ها
• نوع پایه‌های مخزن
• نوع ماده داخل مخزن
• شرایط محیطی
• محدوده دمای کاری
• رطوبت محیط
• احتمال شست‌وشو
• میزان ارتعاش
• دقت موردنیاز
• نحوه اتصال لوله‌ها
• نوع خروجی موردنیاز
• اتصال به PLC یا سیستم کنترل

ارائه این اطلاعات به سازنده یا تأمین‌کننده لودسل باعث می‌شود انتخاب ظرفیت، مدل و مانتینگ با دقت بیشتری انجام شود.

جمع‌بندی

سیستم توزین مخزن روشی دقیق و کاربردی برای اندازه‌گیری وزن مواد موجود در مخازن، سیلوها و هاپرهای صنعتی است. در این سیستم معمولاً چند لودسل در نقاط تکیه‌گاهی سازه نصب شده و وزن کل مخزن از مجموع سیگنال آنها محاسبه می‌شود.برای مخازن کوچک و متوسط، لودسل‌های خمشی گزینه متداولی هستند؛ در حالی که برای مخازن و سیلوهای سنگین معمولاً لودسل‌های فشاری انتخاب مناسب‌تری محسوب می‌شوند. در مخازن آویز نیز می‌توان از لودسل‌های کششی یا S-Type استفاده کرد.با این حال، پاسخ دقیق به سؤال چه لودسلی مناسب توزین مخازن است؟ تنها با بررسی ظرفیت مشخص نمی‌شود. تعداد پایه‌ها، توزیع بار، مانتینگ، نیروهای جانبی، لوله‌کشی، شرایط محیطی، کلاس دقت و نحوه کالیبراسیون همگی در عملکرد نهایی سیستم تأثیر دارند.به همین دلیل در یک سیستم توزین مخزن حرفه‌ای باید لودسل، مانتینگ، سازه مکانیکی، جانکشن باکس و نمایشگر وزن به‌صورت یک مجموعه واحد طراحی شوند.