Принцип работы электронных весов

Человечество пользуется устройствами для определения веса много веков. Без весов трудно обойтись как дома, так и на производства. Благодаря применению новых технологий, внедрению электронного механизма действия, удалось добиться положительного результата. Такие приборы могут повысить точность измерений, ускорить процесс взвешивания, оптимизировать фасовку товара и многое другое. 

• Правила пользования

Виды электронных весов

Потребителю представлен большой выбор приборов для взвешивания. Они отличаются друг от друга габаритами, функциональными характеристиками, конструкциями, эксплуатационными особенностями и возможностями. В зависимости от сферы применения все устройства делятся на несколько групп.

Бытовые

Эта разновидность включает кухонные, универсальные настольные, напольные, электронные безмены, карманные (мини) весы для точного определения массы мелких предметов. Электронные приборы этой категории имеют определенные отличия.

• Модели, оснащённые специальной чашечкой для взвешивания сыпучих и водянистых продуктов.
• Приборы с платформой и съемными подставками для измерения грузов (предметов) разного размера.

Все устройства имеют разные системы управления. Некоторые современные модели оснащены дополнительным функционалом, например, диагностикой показателей энергетической ценности, объема и т. д.

Торговые

Предназначены в основном для порционного измерения массы товаров, с последующим вычислением суммы, с учетом стоимости за единицу. Их также используют на складе для точного установления товарного веса и в фасовочных отделах с целью качественного укомплектования продуктовых наборов. Актуально использование весовых агрегатов с автоматической печатью этикеток в отделах самообслуживания. Все модели торговых весов оснащены дисплеем, который располагается либо на корпусе аппарата, либо на выносной стойке.

Медицинские

Имеют компактные размеры. Они используются в медицинских учреждениях для взвешивания новорожденного ребенка. Для удобного расположения малыша обеспечены специальной платформой. Вся информация выводится на дисплей.

Лабораторные

Предназначены для оптимального измерения веса.

Гидростатическое взвешивание позволяет определить точную плотность твердых или жидких веществ. Профессиональные модели обеспечены расширенным функционалом.

Ювелирные

Отличаются выработкой абсолютно точных показателей, они не должны превышать отклонения свыше 0,01 грамма. Исключения допускаются при приеме лома, здесь погрешность может составлять до одного грамма. В качестве дополнительного оснащения присутствует таймер, фиксирующий сведения о замере (дата, вес и т. д.). Благодаря этому, сохраненные данные можно перенести в компьютер. Кроме того, существует еще большое количество промышленных весов: почтовые, промышленные, крановые, автомобильные, палетные.

Устройство разных видов электронных весов

Несмотря на применение в разных областях деятельности, устройство электронных весов имеет сходство.

Выделяют следующие части прибора.

• Корпус. Он выполняет защитную функцию внутреннего содержания весов. Обычно для его производства используют пластик или стекло, это позволяет не утяжелять конструкцию.
• Дисплей (цифровой экран). Его работа содержит на табло информацию о результатах взвешивания. Современные модели оснащены возможностью сохранения в памяти разных показателей для последующего их сравнения.
• Тензодатчик (микроскопическая пластина). Эта составная часть является главным сенсорным узлом электронных весов. Пластины небольшого размера равномерно распределены по периметру устройства. Деформируясь под воздействием избыточного веса, электрическое сопротивление тензорезистора распределяется пропорционально весу. По итогу суммирования всех показателей рассчитывается общая величина веса.
• Печатная плата с микросхемой. Она выполняет регулирование работы пластин, а также выдает итоговые данные взвешивания на дисплей. Плата оснащена памятью, что позволяет наиболее точно отследить динамику изменения веса.

Электронные весы могут быть как с питанием от батарей, так и от аккумуляторов.

При выборе стоит отдавать предпочтение тому или иному агрегату исходя из предстоящей периодичности использования прибора. При постоянной занятости оборудования лучше приобретать модели на аккумуляторах. В некоторых предусмотрена система комбинированного питания.

Важно! Бережное обращение с электронным устройством гарантирует длительный срок службы изделия.

Как работают электронные весы

В начале создания электронные весы имели принцип работы, основанный на колебаниях измеряющей пружины, по подобию традиционного механического устройства. Отличительной деталью был только цифровой дисплей, на который выводился итоговый показатель веса, обработанный электронной схемой.

Благодаря усовершенствованию технологических разработок работа современных электронных приборов стала возможной с помощью специальных встроенных датчиков напряжения. Это позволило добиться более точного взвешивания.

Принцип работы электронных весов основан на преобразовании силы тяжести, возникающей при установке взвешиваемых предметов на платформу, в аналоговый сигнал на выходе силоизмерительных датчиков.

Датчик передает сигнал о нагрузке на весовой индикатор в микропроцессорный терминал с последующей выдачей результата на табло агрегата.

Справка. Современные модели электронных весов оснащены выходом на внешние регистрирующие устройства, такие как компьютер, принтер и т. д.

Изделия на основе датчиков напряжения являются более прогрессивными. Даже самые простые модели таких весов могут отображать вес с точностью до сотен граммов.

Конструкция

К основным конструктивным элементам электронного механизма относятся датчики, индикаторы и клавиатура. 

Основное заключение в том, как работают весы в определении силы, которая возникает при нагрузке на чашу устройства массы.

Эта же сила оказывает действие и на датчик, представляющий собой гибкий и тугой элемент, с которым механическим способом соединяется преобразователь деформации в электронный сигнал.

Известно несколько видов преобразователей на электронных весах:

• Струнного типа. Работают электронные весы на частотных колебаниях натянутой металлической струны, находящейся в датчике. Действие зависит от степени силы, оказываемой на тугой элемент. Создание преобразователя данного вида трудоемкий процесс, поэтому подобный датчик не получил большого распространения. Плюсом к сложности изготовления добавляется негативное воздействие внешних факторов, преобразователь подвержен влиянию температурного режима, влажности, вибрации;
• Пьезокварцевого типа. В основе функционирования датчика лежит принцип изменения частоты кварцевого кристалла, который соединяется с гибкой составляющей частью, под влиянием примененной к нему силы. Минус – факторы внешней среды оказывают отрицательное воздействие на размеры кристалла;
• Тензометрического типа. В переводе с латинского языка означает деформация. Именно она заложена в основу действия датчика. Гибкий элемент преобразуется в электрическое сопротивление. Упругим элементом в данном случае могут быть, например, металлические пластины или кольца. Преобразователем здесь является спираль из специального сплава, приклеенная к тугому элементу.

Еще одно назначение весов электронного механизма – индикаторы. С их помощью на весах отображается объективный цифровой и служебный материал. На табло электронных весов всегда видны данные о товаре, а также индикаторы сигнализируют об ошибках, возникающих в процессе их эксплуатации.

Существует три разновидности индикаторов:

• К первой группе относятся светодиодные сегментные полупроводниковые устройство весов. Такие приборы требуют больших финансовых затрат как на приобретение, так и в процессе эксплуатации. Они потребляют много электроэнергии. Но их качество оправдывает потраченные деньги. Индикаторы прочны и долговечны, колебания температурного режима не оказывают на них негативного воздействия. К тому же с такими электронными весами можно работать даже в плохо освещенном помещении.
• Вторую группу представляют жидкокристаллические сегментные и знакосинтезирующие индикаторы. Первые работают на основе жидких кристаллов. Отличаются невысокой ценой, небольшим потреблением электроэнергии. Подходят для весов на батарейках. Минусы – хрупкость, сбои в работе при пониженных температурах, в холодном помещении. Вторые – растровая матрица пикселей. К таким индикаторам, помимо хрупкости и невозможности эксплуатации в холодном здании, добавляется еще один недостаток – большая цена. Но у них есть и достоинства – возможность формирования любых данных, даже рекламного текста в виде бегущей строки.
• Представителями третьей группы выступают люминесцентные, или, иначе газоразрядные знаковые и сегментные индикаторы. Это простая, сделанная из стекла, неоновая лампа с множеством анодов, изготовленных в виде цифр или их сегментов.

При подаче напряжения загорается лампочка в виде цифры или ее сегмента. Какой элемент начинает светиться зависит от того, на какой анод подается напряжение, а от его величины – яркость свечения. Цвет индикации регулируется смесью газов в стеклянной колбе. Так как газоразрядные индикаторы выпускают в России, то их стоимость невысокая, при этом они горят ярко и работают независимо от температурных условий. Из недостатков отмечают хрупкость, работу только при высоком напряжении и повышенный расход электроэнергии.

Составляющей частью электронного механизма весов является и клавиатура. С ее помощью весы программируют, вводят необходимые данные о товаре и его стоимости. Практически во всех моделях она находится в нижней части грузовой платформы, но есть и исключения – клавиатура смонтирована вместе с дисплеем.

Материал корпуса

Производители при выпуске электронных весов придают особое значение корпусу, так как в случае его деформации устройство не подлежит ремонту. В основном для изготовления корпуса используют такие материалы, как пластик, металл или стекло.

Как работают электронные весы

Для настольных весов изготовители предпочитают пластик или стекло, а для назначения весов в промышленных напольных – более прочный и долговечный, способный выдержать большую нагрузку материал, металл. Желательно, чтобы металлический корпус был покрашен или обработан антикоррозийным средством.

Внутреннее устройство

Схема электронных весов в корне отличается от его механического аналога. Платформа весов оборудована специальными рамами, которые реагируют на любое движение или действие. Иными словами, когда человек встает на весы или кладет туда что-либо, рамы незаметно для человеческого глаза деформируются и показывают значение.

Как работают электронные весы

К раме устройства на клей прикрепляется тензодатчик, представляющий собой своеобразную микроскопическую пластинку. Уже от нее идут три провода, отвечающих за сопротивление. Под нагрузкой рамы деформируются и распределяют между собой излишнюю массу. Информация с каждого прибора складывается и высчитывается общее значение.

Как работают электронные весы

Важно знать. Тензодатчик – основной составляющий элемент сенсорного экрана напольных электронных весов или других видов.

Имеется еще мост четырехугольной формы, с прикрепленным к каждой стороне резистором. По одной диагонали моста идет питание, а по другой – передача параметров. Через провода соответственно проходит электричество. Такая конструкция весов гарантирует защиту датчиков от механических повреждений.

Устройство электронных напольных весов

Главное назначение электронных напольных весов – взвешивание человека в простейших бытовых условиях с нагрузкой до 160 – 220  кг.

Электронные весы отличаются от механических по способу вывода результата взвешивания: не на измерительной шкале, а на электронном дисплее, имеющем цену деления. Дискретность показаний в зависимости от моделей: от 100 г – более дорогих, до 500 г в более дешевых.

Конструкция электронных напольных весов состоит из тензодатчиков, дисплея, электронной печатной платы, кнопкок (не во всех моделях). Механическое воздействие сведено к минимуму, что повышает надежность.

Электронные модели отличаются от механических принципом работы.

Чтобы понять различие, достаточно включить, поднять их на одной ладони, не прикасаясь к ножкам, второй ладонью надавить на платформу. Показания на дисплее останутся нулевыми.

Платформа весов остается неподвижной, основную работу выполняют ножки, под которыми спрятаны особо прочные рамы. Когда встают на платформу, эта рама деформируется, однако изменения незначительны и незаметны глазу. Каждая рама оснащена небольшой пластиной – основным сенсорным узлом размером до 2 см поперек. Сенсорная пластина надежно впечатана в раму, залита клеем.

К пластине подсоединены три провода, обеспечивающих замер сопротивлений в разных точках моста. Когда под тяжестью рамы весы прогибаются по углам, происходит распределение избыточной массы. Конечное показание, выводимое на дисплее, включает суммирование всех данных.

Для работы изделия используют батарейки по 1,5 В или 9 В. Источником питания может быть солнечная батарея, электрическая розетка, энергия, накопленная при механическом воздействии на платформу. Приборы для взвешивания имеют автоматическое включение/ выключение, а определение нулевого значения происходит либо при включении, либо с помощью специальной кнопки, встроенной в корпус.

Наличие электронной начинки, расширяет сферы использования.

Функции электронных напольных весов

Помимо главного предназначения – измерения массы тела человека, предусмотрены дополнительные опции:

• Запоминать динамику значений за обозначенный пользователем срок.
• Рассчитывать оптимальную массу с применением индекса массы тела, учитывающего рост, пол, возраст и конституцию человека. За основу расчета берется формула: ИМТ = вес, кг / рост, м * рост, м.
• Определять соотношение жира и мышц, присутствующих в теле человека. Данная функция работает по принципу различия в электрическом сопротивлении мышечной, жировой и костной ткани при пропускании слабого разряда через электроды, установленные на платформе. Следует учитывать, что анализ соотношения тканей  имеет довольно высокую погрешность.
• Хранить данные о динамике показателей сразу нескольким пользователям.
• Показывать при взвешивании рекомендации по диете и физическим упражнениям.
• При регулярном измерении массы тела, автоматически определяется конкретный пользователь.
• Значительное превышение нормы по массе тела сопровождается подачей звукового сигнала.
• Отдельные модели оборудованы монитором. Дублирование показаний измерения на мониторе позволяет людям с больной спиной не наклоняться для считывания информации на дисплее, расположенном на платформе.
• Автоматическое включение/выключение.

Особенности

Главное достоинство электронных напольных весов, отличающее их от механических приборов – минимальность погрешности при измерении массы тела. В зависимости от марки производителя, стоимости, допустимая погрешность варьирует от 0,1 до 0,5 кг.

Электронные напольные весы отличаются друг от друга по следующим параметрам:

• Различия в технических данных. Напольные устройства отличаются по техническим характеристикам и расширенному функционалу, позволяя производить точные взвешивания.
• Различия в габаритах, дизайне и материале изготовления. Наиболее распространенный размер изделия – 0,4 м х 0,4 м. В зависимости от предпочтений потребителя выбирают модели в самых разных цветах, дизайне, материалах (натуральное дерево, высокопрочное стекло, мрамор, пластик, легированная сталь).

Платформа корпуса может иметь ребристую или шероховатую поверхность, что предупреждает соскальзывание в условиях влажной среды. Поверхность платформы может быть выполнена с повторением анатомической формы ступней, определяя пользователям, куда следует становиться для гарантии правильного показания.

• Место эксплуатации. В зависимости от степени защиты корпуса и материала изготовления  устанавливают в помещениях с различным уровнем влажности. Для ванных комнат или саун выбирают модели с герметичным стальным или пластиковым корпусом.

Во избежание повреждения материала от агрессивной среды, изделие, выполненное из натурального дерева, устанавливать во влажных местах не следует.

Особенности электронных моделей

Простота измерений объясняется рядом особенностей электронных моделей:

• Результаты измерений сохраняются в памяти прибора. Количество сохраненных результатов зависит от модели прибора, большинство моделей рассчитано на сохранение до 10 результатов. Эта функция позволяет пользователю сравнивать результаты до и после физических нагрузок.
• Многие модели позволяют измерять соотношение жировой и мышечной массы и количество жидкости в тканях.
• Подсветка дисплея прибора позволяет видеть результат даже в темном помещении.
• В большинстве моделей заложены функции автовключения и автовыключения.
• В разных моделях может быть разное количество элементов питания, которые надо своевременно менять или подзаряжать. При разрядке батареек весы сначала выдают ошибку, а потом просто не включаются.
• Если в приборе используются аккумуляторы длительного действия, их надо вовремя заряжать, подключив к стационарному источнику питания.
• Разные модели могут иметь разные значения допустимой нагрузки, что обязательно надо учитывать при взвешивании. Превышение этого значения приводит к поломке прибора.
• В большинстве моделей можно выбрать систему измерения — фунты или килограммы.
• Возможная погрешность электронных весов составляет ±0,1 кг.
• Весы могут быть изготовлены из самых различных материалов — металл, пластик, дерево, стекло. Если необходимо купить весы, на которых будут проводить большое количество взвешиваний, например, в спортивных залах, кабинетах ЛФК, детских учреждениях, то лучшим выбором будут весы из металла — более прочные и долговечные.

  Правила пользования

• Весы должны быть установлены на ровную нескользкую поверхность. Неровное напольное покрытие может стать причиной неправильных результатов. Кроме этого, человек, становясь на качающиеся весы, может упасть и получить травму.
• Как настроить весы, подробно описано в инструкции пользователя.

  Надо вставить элементы питания и включить прибор, и если на дисплее высвечиваются нули, то он готов к работе.

• Становиться на платформу надо так, чтобы ноги стояли параллельно друг другу, в этом случае вес будет распределяться равномерно.
• Нельзя ставить на платформу посторонние предметы.

  Правильность показаний можно проверить, сделав пять взвешиваний подряд — разность между ними не должна превышать 0,3−0,4 кг. Если разница больше, то можно сбросить настройки и провести тест заново. Если это не помогло, то стоит обратиться к мастеру или обменять весы в магазине, где они куплены.  

Весы по принципу действия могут быть:

• Гидравлическими.
• Гидростатическими.
• Тензометрическими.
• Пружинными.
• Рычажными.

По области применения:

• Автомобильные. При помощи них можно взвешивать привозимый груз. Сначала взвешивается машина с грузом, затем груз снимается и взвешивается пустая машина.
• Багажные.
• Вагонеточные.
• Для взвешивания молочных продуктов.
• Кухонные.
• Бытовые.
• Торговые.
• Платформенные.
• Медицинские.
• Почтовые и тому подобное.

По точности взвешивания:

• Обычного класса.
• Среднего класса.
• Высокого класса.
• Специального класса.

По методу установки:

• Подвесными.
• Передвижными.
• Настольными.
• Встроенными.
• Напольными.

В зависимости от метода достижения уровня равновесия:

• Неавтоматическим устройством уравновешивания.
• Полуавтоматическим устройством уравновешивания.
• Автоматическим устройством уравновешивания и так далее.

Типы весов

Рычажные

Выполнены из нескольких рычагов, которые соединяются с помощью призм из стали. Они действуют по принципу коромысла.

Их принципиальная конструкция выглядит следующим образом. На крепком основании держится устройство в виде коромысла и чашек для груза.

Чтобы минимизировать отклонения и проводить быстрые измерения применяется противовес и устройство для коррекции нуля. Для точности измерений применяется проекционная шкала.

Гири выступают в качестве уравновешивателей взвешиваемого тела. Подобные устройства часто применяются в торговле, а также лабораториях.

Электронные

В большинстве случаев имеют следующие конструктивные элементы: печатная плата с микросхемой, дисплей, тензодатчик. Дисплей демонстрирует массу измеряемого груза или тела.

К тому же существуют модели, которые имеют возможность сохранения показателей измерений, чтобы можно было провести последующее сравнение.

В дорогих устройствах могут присутствовать множество дополнительных датчиков, которые позволяют определить количества жира или мышц.

Корпус может быть стеклянным, пластиковым, деревянным или алюминиевым. Под каждой ножкой корпуса имеются рамы, которые реагируют на любые происходящие изменения.

Если говорить просто, то рамы деформируются под весом человека, когда тот встает на корпус. Деформация при этом незаметна для человека, ведь она минимальна. Однако эти едва уловимые изменения легко улавливаются с помощью тензодатчика.

Данный элемент представляет собой тонкую пластину шириной порядка 2 см.

Механические напольные весы имеют следующие конструктивные элементы:

• 4 неподвижные ножки, на которые устанавливается корпус устройства. Они выполняют функцию опор рычагов.
• 4 плеча, выполненных из металла, которые соединяются парами буквой У.
• Горизонтальная пластина, на нее опираются плечи.
• Пружина, которая соединяется с горизонтальной пластиной.
• Коромысло, которое позволяет отслеживать растяжение пружины. Оно сопряжено с циферблатом и стрелкой.

Механические напольные весы работают по следующему принципу:

• На них встает человек или ставится груз. В результате платформа под тяжестью тела отпускается вниз на некоторое расстояние.
• По углам корпуса находятся выступы из металла с пазами. Во время перемещения вниз они входят в нишу плеча.
• Каждое плечо своим концом упирается в ножку корпуса, двигаясь другим концом. Благодаря такому движению отклоняется горизонтальная пластина с пружиной.
• При создании данного устройства подбирается такая пластина и пружина, которые позволяют показать точный вес с помощью калибровки. Это позволяет увидеть на циферблате отклонение стрелки и определить точную массу груза или узнать, сколько кг весит человек.
• Шкала устройства позволяет измерять килограммы, иногда по 0,5 килограммов. Также бывают модели с жидкокристаллическим экраном, в них отклонение пружины измеряется с помощью специального датчика. Подобные устройства способны измерять вес в пределах 10 или 100 грамм.

В современных электронных весах применяется датчик напряжения, который выполнен в виде тонкого проводника, через него протекает электроток. Когда на устройство устанавливается взвешиваемый предмет, датчик натягивается. Это приводит к изменению его сопротивления и величины проходящего сигнала.

В результате на цифровой экран выводится измеряемая масса. Измерение веса осуществляется только электронным способом, здесь нет механических деталей.

Применение

• В сфере торговли они используются для взвешивания всевозможных продовольственных и непродовольственных товаров.
• В медицине и спорте. Здесь применяются очень точные устройства, которые часто относятся к классу лабораторных. Они позволяют определять малейшие изменения в массе больных.
• Платформенные устройства часто применяются на железнодорожных платформах и закрытых складах.
• Паллетные устройства используются для взвешивания грузов, которые находятся на паллетах.
• В ювелирном деле применяются особо точные устройства, которые позволяют измерить вес с погрешность 0,01 грамма.
• В сталелитейной, химической, а также перерабатывающей промышленности часто применяются крановые устройства. При помощи них можно определять массу груза при погрузке или выгрузке.
• Вагонные устройства предназначены для взвешивания грузов, находящихся в составе поезда.
• Автомобильные устройства используются для взвешивания грузовиков и так далее.