Inzicht in de 9 soorten loadcellen: een technische selectiegids

Het type loadcel is geen productkeuze, maar een technische beslissing

Bij brugpaalfunderingen, tunnelondersteuningssystemen, veiligheidsprojecten voor dammen en monitoring van diepe funderingsputten zijn de kosten van het kiezen van de verkeerde sensor zelfs al een keer veel groter dan de besparingen door een lagere aanschafprijs. Bij het selecteren van een belastingssensor gaat het niet alleen om ‘welk merk je moet kopen’, maar eerder om ‘welk fysiek principe past bij mijn draagstructuur’. In dit artikel worden negen sensorproducten van Kingmach besproken, die zowel trildraad- (VW) als differentiële druktechnologieën omvatten, om ingenieurs te helpen apparatuur nauwkeurig af te stemmen op basis van de daadwerkelijk gemeten fysieke parameters – zoals geconcentreerde kracht, verdeelde spanning, poriënwaterdruk en waterniveau – en de veelgemaakte fout te vermijden om sensoren te kiezen die er alleen maar ‘op elkaar lijken’.”

Snelle productreferentie (Rapid Locator)

Gemeten fysieke hoeveelheid	Aanbevolen sensor	Kerntechnologie
Geconcentreerde kracht – Doorvoergat staaf/kabel	Holle loadcel JMZX-3XXXHAT	VW, ringvormige structuur met meerdere snaren
Geconcentreerde kracht – Directe compressie	Solide loadcel JMZX-35XXHAT	VW, solide structuur met meerdere snaren
Axiale kracht — Langetermijnmonitoring van staven/kabels	Axiale krachtmeter JMZX-38XXAT	VW, spanningsisolatie
Axiale kracht — Bouwfase	Bekisting Axiale krachtmeter	VW, Constructie-duurzaam
Gedistribueerde aardedruk	Aardedrukcel JMZX-50XXAT / 51XXAT	VW, drukdragend oppervlak met groot oppervlak
Poriewaterdruk - Diepe laag	Piëzometer JMZX-55XXHAT	VW, ingebed type
Waterniveau — Bekabelde observatiebuis	Waterniveaumeter JMYC-67XXAD	Differentiële druk, RS485
Waterniveau — Draadloos/afgelegen gebied	Waterniveaumeter JMYC-67XXAWL	Differentiële druk, 4G

De detectietechnologieën achter het bereik

Twee verschillende detectietechnologieën omvatten dit uitgebreide assortiment van negen producten. Trildraadtechnologie (VW) vormt de basis voor alle structurele krachtsensoren en piëzometers. In een VW-sensor trilt een gespannen staaldraad met een natuurlijke frequentie. Vervorming van het omringende elastische element onder belasting verschuift de spanning van de draad, waardoor de trillingsfrequentie verandert. Deze meetbare relatie tussen frequentie en kracht vormt de basis van de meting. VW-technologie domineert toepassingen op het gebied van geotechnische en structurele gezondheidsmonitoring (SHM). De op frequentie gebaseerde uitvoer blijft volledig immuun voor variaties in de kabelweerstand, het binnendringen van vocht en elektromagnetische interferentie (EMI). Deze exacte omstandigheden maken vaak resistieve rekstrooksensoren ongeldig in ondergrondse, ondergedompelde en langdurige veldinstallaties.

De tweede familie maakt gebruik van verschildrukdetectietechnologie. Een drukgevoelig diafragma buigt af onder hydrostatische vloeistofdruk. Een ingebouwde CPU en een 16-bit AD-converter transformeren deze fysieke afbuiging in een digitale waterniveauwaarde. Deze technologie is bij uitstek geschikt voor monitoring van open waterstanden. Een geventileerd kabelontwerp elimineert atmosferische interferentie, zodat de sensor nauwkeurig werkt in de aanwezigheid van barometrische variaties. Deze sensoren voeren 4G draadloze of RS485 digitale signalen uit voor onbeheerde externe stations en bereiken een resolutie op millimeterniveau in waterpeilbuizen. Trildraadpiëzometers zijn eenvoudigweg niet ontworpen om aan deze specifieke prestatie-eisen in open water te voldoen. Uiteindelijk levert de kerntechnologie het platform, maar de specifieke krachtconfiguratie van het project bepaalt het exacte vereiste producttype.

Type 1 – Solid Load Cell: het structurele compressie-inzetstuk

De massieve loadcel draagt ​​de structurele belasting direct over in plaats van deze alleen maar te voelen.

Pad laden: Er komt kracht binnen in het bovenste lagervlak van de sensor. De kracht reist vervolgens door het volledige dwarsdoorsnedeoppervlak van het massieve elastische stalen lichaam. Ten slotte verlaat de kracht het onderste lagervlak.

Toepassingen: Ingenieurs gebruiken dit type voor het monitoren van de lagerzittingen van brugpijlers en het testen van paalbelasting. Bij paalproeven gaat de volledige proeflast volledig door het cellichaam. Het dient ook voor de verificatie van de hydraulische vijzelkracht bij naspanwerkzaamheden en voor het monitoren van de compressie tijdens tijdelijke werkzaamheden.

Belangrijkste specificaties: Capaciteiten variëren van 1.000 tot 10.000 kN met een strikte resolutie van 0,1 kN over het volledige bereik. Modellen hebben een configuratie met 3 snaren voor lagere bereiken en een configuratie met 6 snaren voor hogere bereiken. De bedrijfstemperatuur varieert van −30°C tot +80°C. De unit tolereert een overbelasting van 300 tot 400% van zijn nominale capaciteit. Een ingebouwde HAT-chip slaat kalibratiecoëfficiënten op, corrigeert automatisch de temperatuur en slaat 600 meetgegevens op. De sensor is gecertificeerd volgens GB/T 13606-2007.

Harde grens: Deze cel heeft een solide ontwerp zonder centrale boring. Gebruikers kunnen het niet installeren op een staaf of kabel die door de sensor moet gaan. Als u deze aanpassing probeert, ontstaat er een excentrische belasting die alle geregistreerde metingen ongeldig maakt.

Type 2 — Holle loadcel: de Through-Rod-ankermonitor

De holle loadcel heeft een ringvormig ontwerp met een levensduur van 50 jaar.

Pad laden: De sensor heeft een ringvormig of ringvormig lichaam met een centrale boring. Een staaf, bout of pees gaat door deze boring zonder ooit in contact te komen met de binnenwand. De structurele moer of ankerplaat rust rechtstreeks op het ringvormige vlak. Het ringlichaam wordt gelijkmatig rond de omtrek samengedrukt, en meerdere VW-akkoorden middelen het signaal over de hele ring.

Toepassingen: Veel voorkomende toepassingen zijn onder meer het monitoren van voorgespannen ankers en rotsbouten. Het meet effectief de kabelkracht in bruggen en keermuren. Ingenieurs vertrouwen erop voor het monitoren van de ankerkracht van dammen en waterkrachtcentrales. Het is ideaal voor monitoring achteraf van bestaande constructies, omdat er geen demontage van het structurele onderdeel vereist is.

Belangrijkste specificaties: Standaardcapaciteiten variëren van 500 tot 8.000 kN, hoewel aangepaste modellen beschikbaar blijven. Het maakt gebruik van een meetconfiguratie van 3 tot 6 akkoorden. De ontworpen levensduur bedraagt ​​50 jaar. Deze lange levensduur is afhankelijk van een meertraps stabiliteitsbehandelde elastische stalen behuizing, ultrasterke VW-draden en ankerlassen volgens internationale standaard. De ingebouwde HAT-chip slaat actief 800 meetgegevens op. Het beschikt over een dubbele certificering onder GB/T 13606-2007 en DL/T 269-2022. Dit laatste is een waterbouwkundige norm die strikt verplicht is voor de naleving van dam- en waterkrachtprojecten.

Harde grens: De ringvormige geometrie vereist een doorvoerstang met de juiste afmetingen. Het plaatsen van een holle cel in een vlakke compressiestapel zonder een doorgaand element produceert een niet-uniform spanningsveld en genereert zeer onbetrouwbare metingen.

4. Type 3 — Axiale krachtbelastingsmeter: meten van kabel- en veerkracht in de loop van de tijd

De axiale krachtmeter neemt een duidelijke meetnis in beslag tussen massieve en holle cellen.

Pad laden: De sensor wordt rechtstreeks bevestigd aan of klemt rond een langwerpig structureel element. Het meet actief de axiale krachtcomponent langs de primaire as van het onderdeel. Het ontwerp isoleert bewust de axiale kracht van elk buigmoment. Een standaard compressiecel kan dit kritische isolatievermogen niet bieden.

Toepassingen: Het biedt langdurige monitoring van de kabelkracht in tuibruggen, hangbruggen en geavanceerde hellingstabilisatiesystemen. Het controleert de steun- en spankracht in keermuren en diepe uitgravingen. Het detecteert ook ontspanning van de voorspanning en herverdeling van de belasting in kabelondersteunde constructies gedurende hun operationele levensduur.

Belangrijkste specificaties: De sensor maakt gebruik van vibrerende draaddetectie gecombineerd met een ingebouwde intelligente HAT-chip. Kopers kunnen kiezen uit conventionele VW-uitgangsvarianten of slimme RS485 digitale uitgangsvarianten. De selectie hangt eenvoudigweg af van de kabellengte en of de locatie gebruikmaakt van geautomatiseerde gegevensverzameling.

Waarom dit type ertoe doet: In door kabels ondersteunde constructies blijft de progressieve herverdeling van de belasting, veroorzaakt door kabelmoeheid of verslechtering van de ankers, onzichtbaar voor routinematige visuele inspecties. De axiale krachtmeter genereert kwantitatieve trendgegevens. Deze gegevens vertellen ingenieurs precies wanneer een kabel de vervangingsdrempel nadert, jaren voordat er een zichtbaar defect in de structuur verschijnt.

5. Type 4 — Slimme axiale krachtmeter voor bekistingen: belastingsveiligheid tijdens de bouwfase

De slimme bekistings-axiale krachtmeter bedient een geheel andere projectfase en gebruikersprofiel.

Pad laden: Het maakt gebruik van hetzelfde principe voor het meten van de axiale kracht als het JMZX-38-model. Ingenieurs hebben deze versie echter specifiek geoptimaliseerd voor tijdelijke bekistingssteunen, stutten en bekistingen. Locatieteams installeren en verwijderen de sensor herhaaldelijk terwijl de constructie geleidelijk door verschillende verdiepingen of secties vordert.

Toepassingen: Het biedt actieve monitoring van de belasting van de betonbekisting tijdens grote stortingen. Het levert monitoring van de schoorkracht bij diepe uitgravingen die grenzen aan kwetsbare bestaande constructies. Het biedt ook essentiële monitoring van bekistingen voor bruggen en verhoogde constructies tijdens hun bouwfase.

Waarom monitoring van de bouwfase belangrijk is: Het falen van bekistingen en bekistingen behoort tot de meest voorkomende oorzaken van fatale structurele instortingen tijdens de bouw. Real-time axiale krachtgegevens in steunsteunen identificeren onmiddellijk een gevaarlijke herverdeling van de belasting. Deze gevaarlijke herverdeling komt vaak voort uit een ongelijkmatige betonplaatsing, aangrenzende zware kraanlasten of plotselinge verzakkingen. De sensor detecteert deze afwijkingen ruim voordat de constructie een catastrofale faaldrempel bereikt.

Belangrijkste voordeel: De fabrikant heeft deze sensor speciaal ontworpen voor ongelooflijk snelle installatiecycli en extreem robuuste bediening op actieve bouwplaatsen. De slimme HAT-uitgang maakt realtime weergave direct ter plaatse veilig mogelijk zonder dat een speciaal dataloggersysteem nodig is.

6. Type 5 – Aarddrukcel: meten van verspreide bodemcontactspanning

Aarddrukcellen lossen een complex meetprobleem op dat geen enkel ander sensortype kan oplossen.

Het meetprobleem: Bodem oefent een verdeelde contactspanning uit over een breed oppervlak, in plaats van te fungeren als een enkele puntbelasting. Een conventionele loadcel die op één punt wordt geplaatst, leest alleen de zeer plaatselijke spanning precies op dat punt. Deze lokale waarde kan aanzienlijk hoger of lager zijn dan de werkelijke gemiddelde structurele belasting. De gronddrukcel heeft een uitzonderlijk groot vlak oppervlak. Dit grote oppervlak middelt effectief de spanningsconcentraties die worden veroorzaakt door ernstige variaties in de deeltjesgrootte, niet-uniformiteit van de verdichting en willekeurige aggregaatclustering.

Twee varianten:

De JMZX-50XXAT dient als standaardmodel. Het bewaakt actief keermuren, ondergrondse constructies, tunnelbekledingen, taluds en funderingsplaten. Het meet nauwkeurig hoe grond of vulmateriaal de constructie gedurende de gehele monitoringlevensduur belast.

De JMZX-51XXAT dient als het grote model dat is ontworpen voor toepassingen met hoge belasting. Ingenieurs passen dit model toe in grote dammen, caissons met een grote diameter en zwaarbelaste structurele opvulzones. In deze extreme omgevingen zou het gezichtsoppervlak van de standaardcel de werkelijke spanningsverdeling op diepte aanzienlijk ondervertegenwoordigen.

Smart ATM-achtervoegselvariant: Deze variant bevat een ingebouwde HAT-chip voor volledig geautomatiseerde temperatuurcorrectie en betrouwbare digitale uitvoer. Deze technologie blijft absoluut essentieel voor diep ingegraven cellen waarvoor lange kabels nodig zijn. Het is ook van cruciaal belang op locaties met hoge EMI door zware ontwateringspompen of actieve graafapparatuur.

Kritieke installatie-opmerking: Technici moeten het celvlak expliciet loodrecht op de primaire hoofdspanningsrichting oriënteren. Een cel die in een verkeerde hoek is geïnstalleerd, meet een irrelevante spanningscomponent in plaats van de specifieke spanning die de ontwerper wilde monitoren. Deze fout blijft een van de meest voorkomende fouten bij het verkeerd toepassen van aarddrukcellen in het veld.

7. Type 6 — Vloeistofdrukbewaking: piëzometer en waterniveaumeters

Water- en waterspanning functioneren als fysieke krachten per oppervlakte-eenheid. Het meten ervan is in wezen een loadcelmeting die rechtstreeks op een vloeibaar medium wordt toegepast. Dit proces is gebaseerd op hetzelfde fysieke principe, maar maakt gebruik van een ander elastisch element en een verschillende detectiegeometrie.

Subtype A - Slimme vibrerende draadpiëzometer (JMZX-55XXHAT): Dit instrument meet de poriënwaterdruk en het dynamische grondwaterpeil in boorgaten en standpijpen met behulp van beproefde VW-detectie. Ingenieurs ontwerpen het voor permanente ingebedde installatie diep in geotechnische formaties zoals damfunderingen, taluds, hellingen en tunnelomkeringen. Het beschikt over een ingebouwde HAT-chip, compleet met automatische temperatuurcompensatie en RS485 digitale uitgang. Dit is absoluut de eerste keuze wanneer teams de sensor permanent op zijn plaats begraven of voegen voor monitoring gedurende jaren of zelfs decennia. De stijgende poriëndruk fungeert vaak als de vroegste meetbare voorloper van catastrofale hellinginstabiliteit of falen van de damfundering. Deze kritische waarschuwing verschijnt in de data, dagen of weken voordat enige zichtbare oppervlaktevervorming optreedt.

Subtype B — Slimme waterniveaumeter met groot bereik (JMYC-67XXAD): Deze zeer gespecialiseerde sensor meet de diepe kweldruk en het nauwkeurige waterniveau. Teams installeren het in vooraf geïnstalleerde piëzometerbuizen, uitlaatopeningen voor drukontlastingsleidingen en boorgaten met zachte fundering. Het maakt gebruik van geavanceerde drukverschiltechnologie gecombineerd met een geventileerde kabel. De compacte afmetingen van φ24 mm x 71,5 mm zorgen ervoor dat hij klein genoeg is om soepel in elke standaard observatiebuis te worden neergelaten. Het levert een uitzonderlijke resolutie van 0,1 mm en een nauwkeurigheidsgraad van 0,2% FS. Het werkt op de digitale RS485-uitgang (DC 9-24V) en functioneert over een temperatuurbereik van −20°C tot +80°C. Ingenieurs kiezen voor dit model wanneer een installatie strikt een waterniveauresolutie van minder dan een millimeter vereist binnen een buis en de locatie al beschikt over bekabelde stroom naast de RS485-data-infrastructuur.

Subtype C — Geïntegreerde waterniveaumeter met groot bereik en 4G (JMYC-67XXAWL): Dit model vertegenwoordigt de ultieme variant voor autonome veldinzet. Het integreert naadloos een 4G draadloze DTU, een 3,6V/38Ah niet-oplaadbare lithiumbatterij met hoge capaciteit en een speciaal mobiel app-display in een zeer compacte eenheid van 85 x 85 x 106 mm. Het biedt een betrouwbare resolutie van 1 mm en een strikte nauwkeurigheid van ±0,1% FS. Het is officieel gecertificeerd volgens de GB/T 11828.2-2022-normen. De levensduur van de batterij varieert van 5 maanden met snelle intervallen van 20 minuten tot ruim 3 jaar met intervallen van 6 uur. Het is de perfecte keuze voor onbeheerde hydrologische meetstations, reservoirbewaking op afstand en uitgebreide oppervlakte-/grondwaterobservatienetwerken waar traditionele stroom- en kabelinfrastructuur volledig onbeschikbaar blijven.

Beslissingstabel voor productselectie

Bij grote veiligheidsprogramma's voor dammen zetten technische teams routinematig alle drie de vloeistofdruktypes tegelijkertijd in. Ze plaatsen VW-piëzometers diep in het funderingsvoeggordijn. Ze installeren RS485-waterniveaumeters veilig in de piëzometerbuizen van de inspectiegalerij. Ten slotte positioneren ze 4G-waterniveaumeters nauwkeurig op de meetstations van oppervlaktereservoirs. Elke afzonderlijke sensor bedient een zeer specifiek meetpunt binnen hetzelfde uitgebreide veiligheidsmonitoringnetwerk.

8. Conventionele versus slimme hoed: de beslissing binnen elk type

Elk eerder genoemd op VW gebaseerd type is verkrijgbaar in zowel conventionele als geavanceerde smart HAT-varianten.

Conventionele VW-uitvoer produceert een ruw frequentiesignaal. Dit ruwe signaal vereist absoluut een externe uitleeseenheid of een speciale datalogger om de frequentie nauwgezet om te zetten in bruikbare technische eenheden. Het biedt de laagste initiële eenheidskosten en beschikt over een bewezen betrouwbaarheid die al tientallen jaren is bewezen. Het is de juiste keuze voor kleine aantallen sensoren, korte kabeltrajecten en oudere locaties die al over een bestaande VW-uitleesinfrastructuur beschikken.

Smart HAT-uitvoer maakt gebruik van een ingebouwde chip die volledig gekalibreerde RS485 digitale waarden rechtstreeks aan de gebruiker levert. Dit elimineert de noodzaak voor tussentijdse signaalconditionering. Temperatuurcompensatie gebeurt automatisch. Ingebouwde opslag buffert effectief kritieke gegevens als de verbinding met de hoofdlogger wegvalt of wordt onderbroken. Het is de juiste keuze voor grote sensorarrays van meer dan 20 instrumenten. Als we een project met 50 sensoren over een periode van tien jaar als voorbeeld nemen, kan de Smart HAT-oplossing vergeleken met een traditioneel standalone systeem ongeveer 30-40% besparingen op het gebied van bekabeling en dataloggers realiseren, de onderhouds- en reiskosten ter plaatse met ongeveer 50% verminderen en de totale levenscycluskosten met 20-25% verlagen. Dit is nodig voor lange kabeltrajecten van meer dan 100 meter en sterk geautomatiseerde locaties waar zware EMI van bouwapparatuur de standaard analoge VW-signalen snel zou verslechteren.

Drukverschilwaterniveaumeters uit de JMYC-serie zijn van nature slim. Voor deze gespecialiseerde instrumenten bestaat geen conventionele variant. De JMYC-67XXAD voert standaard RS485 uit voor bekabelde geautomatiseerde systemen. De JMYC-67XXAWL levert betrouwbare 4G voor volledig draadloze implementatie zonder toezicht. De keuze tussen deze hangt strikt af van de infrastructuur van de locatie en niet van de capaciteit van de kernsensor.

Hoewel slimme sensoren vooraf meer per eenheid kosten, verlagen ze de totale eigendomskosten drastisch. Ze minimaliseren het noodzakelijke aantal dataloggerkanalen, vereenvoudigen complexe bedrading en verminderen op agressieve wijze de frequentie van onderhoudsbezoeken. In een standaard dammonitoringsysteem met 50 sensoren overschrijden de kostenbesparingen gedurende de levenscyclus op de lange termijn over een programma van tien jaar doorgaans de aanvankelijke premie vooraf met een zeer aanzienlijke marge.

Het juiste type wordt bepaald door de kracht, niet door de catalogus

Elk van de negen afzonderlijke producten in dit uitgebreide assortiment bestaat omdat er in echte technische projecten een zeer specifieke krachtconfiguratie bestaat. Het juiste type is nooit louter een productvoorkeur; het blijft een absolute geometrische noodzaak. Bij serieuze structurele monitoringprogramma's worden routinematig drie tot vijf verschillende typen tegelijk ingezet. Een compleet structureel veiligheidsbeeld vereist inherent meerdere meetparameters, en niet slechts meerdere dubbele sensoren van exact hetzelfde type.

Heeft u het type draagconstructie al geïdentificeerd?

[ Bekijk massieve/holle loadcellen ] · [ Bekijk Axial Load Cell-serie ] · [ Bekijk de serie aardedruk-/piëzometers ] · [ Bekijk waterpeilbewakingssystemen ] · [ Neem contact op met de technisch adviseur van Kingmach → ]

Veelgestelde vragen

---

Gerelateerde lectuur: Vaste versus holle loadcellen: een uitgebreide gids voor technische selectie (krachtpaden en typische toepassingen en certificeringsvereisten)