ترازوی دیجیتال چطور کار می نماید؟ (به زبان ساده) - شاتر عکاسی

جالب است بدانید که ترازوها با توجه به موارد استفاده ای که دارند از کوچک ترین و دقیق ترین مدل های آزمایشگاهی تا هیولاهای غول آسایی با ابعاد 10 در 120 فوت (حدودا 3 در 37 متر) که واگن های قطار و تریلرهای تراکتورها را وزن می نمایند، در دنیا وجود دارند. ترازوهای کوچک که قدمت آن ها به اوایل هزاره چهارم قبل از میلاد برمی گردند به منظور درک در حال تکامل بشر از اعداد ارائه می شدند. در عین حال ابتدایی ترین مدل های این نوع محصول به مصر و 3000 سال قبل از میلاد بر می گردد. به همین دلیل مصریان باستان هم در تجارت و هم در بحث سنجش و میزان گیری سنگ های معدن از ترازوها استفاده می کردند.

به طور کلی ترازوها با تطبیق یک جسم (آنچه که قصد میزان گیری آن را دارید) با یک یا چند جسم با وزن مرجع، می توانند اجسام را وزن نمایند. بعلاوه ضروری است که بدانید که ترازوها از اصول فیزیکی و اجزای مکانیکی ساده ای برای وزن کردن اجسام استفاده می نمایند. اما قبل از هر چیز و عمیق تر شدن در بحث چگونگی کارد ترازوی دیجیتال، اجازه دهید شما را با یک اشتباه رایج و مفهوم صحیح آن آشنا کنیم.

تفاوت جرم و وزن به زبان ساده

به شکل واضح و ساده، زمانی که به وزن یک جسم اشاره می کنیم، درواقع در خصوص جرم جسم صحبت می کنیم. حال این جرم می تواند بر حسب کیلوگرم حساب گردد یا پوند یا اونس! در هر حالتی هر آنچه که وزنش کردید و بر حسب هر واحدی در خصوص آن صحبت می کنید، همه و همه اطلاعاتی در خصوص جرم جسم است و وزن آن نیست. به طور کلی جرم میزان ماده ای است که یک جسم از آن ساخته شده است در حالی که وزن میزان گیری میزان نیروی گرانش بر میزان تعیینی از جرم است، بنابراین باید با واحدی به نام نیوتن میزان گیری گردد.

شاید کمی گیج نماینده به نظر برسد اما به هر حال، ارجاع به وزن محصول در واحدهای جرمی ای (مانند کیلوگرم) قابل قبول است، چرا که هر جرمی بر روی زمین به هر حال می تواند به وزن تبدیل گردد. البته مطمئنا در زندگی روزمره نمی شنوید که مردم بگویند وزن من 700 نیوتن است، اما از نظر علمی، این موضوع باید برای شما واضح گردد.

مروری بر اصول حاکم بر ترازوی دیجیتال و عقربه ای

ترازوهای فنری، وزن را با استفاده از قانون هوک میزان گیری می نمایند، که طی آن نیرو (وزن) را به کشش یا فشرده سازی فنر ساخته شده از یک ماده تعیین مرتبط می نمایند. با این حال همه ترازوها از فنر در ساختار خود استفاده نمی نمایند، اما همه با استفاده از قطعات مکانیکی وزن را میزان گیری می نمایند. بنابراین باید در نظر داشته باشید که، ترازوهای مکانیکی (عقربه ای) و دیجیتالی تنها در نحوه نمایش وزن متفاوت هستند.

در خصوص ترازوهای دیجیتال باید بدانید که این دسته از محصولات از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال استفاده می نمایند که داده های بازخوانی شده و پیوسته را به اطلاعات دیجیتالی گسسته ترجمه می نماید. این رویه دقیقاً مشابه همان چیزی است که در یک طرح رمزگذاری شده CD وجود دارد و طی آن موج های موسیقی به داده های دیجیتال تبدیل می شوند. ترازوهای دیجیتالی نسبت به ترازوهای عقربه ای به تخصص کمتری برای استفاده احتیاج دارند و قادر به پردازشی با دقت بالاتر و سریع تر هستند. با این حال، قابلیت های این دستگاه های خاص ممکن است متفاوت باشد، به ویژه زمانی که وزن اجسام بر حسب تن میزان گیری می گردد.

ترازوی دیجیتال چگونه کار می نماید؟

همانطور که می دانید ترازوها در انواع اشکال، میزان ها و پیکربندی ها وجود دارند، اما جزء اصلی که میزان گیری را انجام می دهد در همه مدل ها (تقریباً) همواره یک نیروسنج یا لودسل load cell است. لودسل نوعی مبدل است، وسیله ای که نوعی از انرژی را به شکل دیگری تبدیل می نماید. به وسیله لودسل، ترازوی دیجیتال می توانند انرژی مکانیکی (جمع شدگی یا کشش ناشی از قرارگیری جسم) را به یک اثر الکتریکی تبدیل نمایند. به همین دلیل کرنش سنج نوعی لودسل است که (وسیله ای که با میزان گیری تغییرات مقاومت الکتریکی، فشار را میزان می گیرد)، فشار یا کشش را به عنوان تغییرات کوچک در مقاومت الکتریکی دستگاه می خواند.

به منظور درک بهتر موضوع در نظر بگیرید که فرآیند فشرده سازی هر چیزی زمانی اتفاق می افتد که نیروی اعمال شده بر جسم، حجم آن را کاهش دهد، اما طبق این تعریف می توان به کاهش کلی تری در میزان طول یک جسم در یک یا چند بعد هم اشاره داشت. همانطور که یک ماده رسانای الکتریکی تحت فشار قرار می گیرد، مقاومت الکتریکی آن تغییر می نماید، زیرا سیم های بلندتر و باریک تر از سیم های کوتاه تر و پهن تر مقاومت الکتریکی بیشتری دارند. درست مانند لوله آب، هر چه لوله طولانی تر و باریک تر باشد، عبور آب از آن سخت تر است.

مواد مختلف تحت تغییر شکل تغییرات مقاومت متفاوتی را تجربه می نمایند، که به عنوان فاکتور سنجش شناخته می گردد. البته فاکتور سنجش هم می تواند در پاسخ به دمای محیط تغییر کند. در نتیجه، آلیاژ کنستانتان (55 درصد مس و 45 درصد نیکل)، که در دمای اتاق عملکرد خوبی دارد را به عنوان ماده مورد استفاده برای میزان گیری کرنش (میزان گیری تغییرات مقاومت الکتریکی در اثر اعمال فشار) استفاده می نمایند.

به منظور دسترسی به تغییرات مقاومت ماده رسانا که از فشرده سازی ناشی از وزن یک جسم حاصل می گردد، یک یا چند کرنش سنج در یک پل وتستون Wheatstone bridge قرار داده می گردد. پل وتستون یک مدار الکتریکی است که می تواند مقاومت الکتریکی ناشناخته ای را با متعادل سازی آن در برابر مقاومت های شناخته شده در سایر نقاط مدار، تشخیص دهد. به بیانی ساده تر پل وتستون مشابه یک ترازو دو کفه ای برای مقاومت الکتریکی است که در آن وزن (مقاومت شناخته شده) در یک طرف، وزن (مقاومت ناشناخته) در طرف دیگر قرار می گیرد.

یک پل می تواند دارای 1 الی 4 کرنش سنج در ساختار خود باشد. وجود تعداد زیادی کرنش سنج که در جهت های مخالف مرتب می شوند حساسیت ترازوی دیجیتال را بهبود می بخشد و اثرات دما را کاهش می دهد. البته از آنجایی که تغییر مقاومت در یک مدار کرنش می تواند جزئی باشد، سیگنال اغلب احتیاج به تقویت دارند. پس از آن همانطور که یک لودسل تغییر مقاومت فشاری را میزان می گیرد، سیگنالی را به CPU ارسال می نماید، که آن به ورودی ای برای نمایشگر تبدیل می گردد و در نتیجه شما عددی تحت عنوان وزن خود را روی نمایشگر خواهید دید.

آشنایی با انواع لودسل ها در ترازوهای صنعتی

حوزه های تحقیقاتی، صنعت و تجارت به ظرفیت های میزان گیری وزن اجسام مختلف در شرایط به ظاهر نامحدود از شرایط محیطی و محدودیت های فضایی احتیاج دارند، در عین حال خطاهای احتمالی هم باید کنترل شوند. بنابراین، اگرچه کرنش سنج ها پرمصرف ترین نوع لودسل ها هستند، اما امروزه از آنچه در ترازوهای معمول خانگی استفاده می شوند، بسیار فاصله دارند.

لودسل های پنوماتیکی در ترازو صنعتی

صنایعی که به ایمنی بیشتری احتیاج دارند، اغلب به لودسل های پنوماتیکی pneumatic load cells روی می آورند که وزن یک جسم را با میزان گیری فشار هوای لازم برای متعادل سازی به دست می آورند. لودسل های پنوماتیکی می توانند طیف وسیعی از وزن را با دقت بالا تحمل نمایند، اما به فضایی تمیز و خشک احتیاج دارند.

لودسل های هیدرولیک

لودسل های هیدرولیک Hydraulic load cells که وزن را به عنوان تغییر فشار سیال میزان گیری می نمایند، بدون الکتریسیته کار می نمایند و به خوبی در مکان های دور از دسترس که برق ندارند کار می نمایند.

دانشمندان چطور کشش بین مولکولی را میزان گیری می نمایند؟

قانون هوک فقط برای وزن کردن اجسام نیست، بلکه این قانون در عملکرد یکی از کوچکترین دستگاه های میزان گیری نیرو در دنیا یعنی میکروسکوپ نیروی اتمی جاری است. از این نوع میکروسکوپ ها در بیوشیمی، زیست شناسی و مهندسی مواد استفاده می گردد. چنین میکروسکوپ هایی از سیلیکون یا سیلیکون نیترید در مقیاس میکرونی به عنوان کانتولیور cantilever (میله ای فنر مانند، که فقط از یک طرف پشتیبانی می گردد) برای تشخیص کشش ناگهانی در مقیاس نانونیوتن و پیکونیوتون و نیروهایی در مقیاس جاذبه های بین مولکولی استفاده می نمایند.

منبع: howstaffworks