Hogyan működik egy digitális mérleg?

Nagyon sok fajta digitális mérleg létezik ma már. Az egészen egyszerű zsebmérlegtől a műszakilag igen komoly laboratóriumi mérlegekig terjed a skála.

Mik a digitális mérlegek fő paraméterei?
1. Méréshatár, terhelhetőség, kapacitás: a mérleg által mérhető maximális tömeg. /Nem ildomos túllépni, mert a mérőcella károsodását és egyben a garancia elvesztését okozza - a mérlegek memóriájából kiolvasható a túlterhelés ténye/.
2. Osztás, felbontás, érzékenység (d): a mérés legkisebb egysége, avagy két egymást követő beosztás között mekkora a tömegkülönbség.
3. Ismétlési pontosság (s): mennyire képes a mérleg ugyanazt az eredményt adni ugyanazon tárgy többszöri mérésekor.
4. Linearitás: a legnagyobb eltérés mértéke ugyanazon tömeg mérésénél a teljes méréstartományban.
5. Stabilizációs idő: azt mutatja meg, hogy a mérni kívánt tárgy ráhelyezésétől mennyi idő telik el, mire a mérleg stabil tömeg értéket mutat. Általában elmondható, hogy a minél érzékenyebb egy mérleg, annál több idő kell a stabil méréshez.
Természetesen sok más paraméter van még, de talán ezek a legfontosabbak.

A digitális mérlegek legfontosabb egysége a mérőcella. Ma alapvetően három típus létezik.
1. Nyúlásmérős erőmérő cella (strain gauge load cell, DMS): ez egy általában egy darab alumíniumtömbből kialakított cella, amire jellemzően négy darab szenzor van szilikonnal ráragasztva. A szenzorokban nagyon kis feszültségű áram folyik. A cella terhelés hatására alakot vált, meghajlik és ekkor mV-okban mérhető feszültség változás lép fel. Ezt a jelet fel kell erősíteni, egy analóg/digitális átalakítón átvezetni az elektronikába, mely kijelzi a mért értéket. Ez a leggyakoribb mérőcella típus.
Előnyei: egyszerű, megbízható, olcsó, pontos.
Hátrányai: hőmérséklet változásra érzékeny, idővel anyagfáradás miatt deformálódhat, rázkódásra érzékeny, folyamatos mérésre nem alkalmas.

2. Elektromágneses erőkompenzációs cella (electromagnetic force compensation cell): precíziós és analitikai mérlegek gyakori mérőcella típusa. Egy mechanikus, kétkaros mérlegre hasonló elven működik. A "kar" egyik oldalára tesszük a mérendő tárgyat, mialatt a másik oldal mágneses mezeje megváltozik, amit az elektronika érzékel. Kompenzációként automatikusan ellensúlyoz az elektronika az átfolyó áram erősségének változtatásával. Ez lesz a jel, amit digitálissá alakítva és tovább feldolgozva mérési tömegként jelenít meg a mérleg. Az elmozdulás mértéke sokszor csak néhány nanométer! Egy elektromágneses erőkompenzációs cella akár 70 darab alkatrészből áll össze és nem sok cég van a világon, akik ilyet tudnak gyártani.
Előnyei: nagyon pontos, stabil és gyors. Folyamatos mérésre alkalmas, ütésre, rezgésre kevésbé érzékeny, hőmérséklet változása kevésbé befolyásolja, hosszú az élettartama.
Hátránya: drága.

3. Rezgő villás cella (Double Tuning Fork Vibrator): akinek nagyon jó füle van, az meghallja a súlyt! :-) Ez egy olyan mérlegérzékelő technológia, amely a hangvillákhoz nagyon hasonló villák rezgési frekvenciáját használja fel arra, hogy nagyon precízen érzékelje a súlyt. Itt azt nézzük, mennyit változik egy precízen hangolt rezgés frekvenciája, ha súly kerül rá. A cellában két ellenfázisban rezgő hangvilla van, melyek frekvenciája megváltozik terhelés hatására. A frekvencia változást digitalizálja és feldolgozza az elektronika, majd megjeleníti a mért tömeget.
Előnyei: jelenleg a legpontosabb, legérzékenyebb technológia, stabil és gyors mérés, hőmérséklet változása kevésbé befolyásolja, folyamatos mérésre alkalmas, hosszú az élettartama.
Hátránya: közepesen drága.


Általában elmondható, hogy a legtöbb méréshez megfelel a nyúlásmérős erőmérő cellával szerelt mérleg. Ha azonban folyamatos, hosszútávú mérésre van szükség (például adagolásnál, párolgás mérésénél, stb), vagy külső munkavégzés miatt magunkkal kell vinni a mérleget, akkor egy elektromágneses erőkompenzációs, vagy rezgő villás cellájú digitális mérleget érdemes választani. Ez utóbbi két típus karbantartása, esetleges javítása sokszor egészen egyszerű és gyors, így hosszútávon kedvező az üzemeltetés költsége.