1. 초기 준수사항

탱크에서 로드 셀을 설치할 때 몇 가지 필수 규칙을 따라야 합니다. 예를 들어, 탱크는 생산과 관련된 영향 또는 기후 조건에 자주 영향을 받습니다. 새로운 탱크(사일로, 석탄 호퍼)를 외부에 수직으로 세워 놓을 때, 적용 가능한 건축 규정을 관련 구조물에 대해 준수해야 합니다. 나중에 설치된 중량 계측 장치를 또한 건축 규정 면에서 “중대한 변화”로 고려할 수도 있습니다. 구조 엔지니어의 조언사항이 이 경우에 권고됩니다. 건축 규정에서는 일반적으로 안전 고려사항 면에서 “최첨단”을 언급하고 있습니다. 예를 들어, 풍하중(wind load)은 DIN 1055 파트 4 “구조 구성요소에 대한 하중 가정”으로 포괄됩니다.


탱크 레이아웃에 대한 프로젝트 엔지니어는 또한 회사 내부의 특수 규칙에 관해 통지 받아야 합니다. 탱크의 내용물이 위험하며 저장 지역에서 지게차량이 작동 중이라면 탱크를 지붕으로 덮여 있는 지역에서라도 들어올릴 수 있도록 자주 고정시켜야 합니다.

2. 하중 분배

탱크를 세 곳의 베어링 포인트에 받쳐 놓고 로드셀이 각 지지대에 위치할 때 탱크의 중량을 결정하는 로드셀을 최적의 위치에 배치합니다. 이 상태는 정적으로 확정적인 것으로 언급됩니다. 전체 하중은 또한 세 개의 로드셀로 가능한 고르게 분배되어야 합니다. 수직으로 세워 놓았거나 매달아 놓은 탱크의 경우에, 이러한 요구사항을 충족시키는 가장 좋은 방법은 세 개의 로드셀이 탱크의 수직 축에서 동일한 거리에 배치되고 동일한 면에서 120°로 서로 상쇄되는 방법입니다. 그림 1은 수평 탱크에 맞는 베어링 포인트의 배치를 규정하고 있습니다.
시스템 상의 모든 지지대가 로드셀에 장착되어 있지 않다면, 지지대 하중을 고르지 않게 분배할 것이 권고됩니다. 로드셀이 포함된 이 지지대에는 로드 셀이 없는 지지대보다 더 큰 하중이 있어야 합니다. 이 계측에서는 중량 계측 장치의 전반적 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 시스템을 디자인하고 로드셀을 선택할 때 모든 로드셀이 동일한 규모의 하중에 쉽게 영향을 받는 것이 더 낫습니다.

그림1 수평 탱크에 맞는 베어링 포인트 A, B, C의 배치

 탱크가 네 곳 이상의 포인트에서 지지된다면, 탱크의 베어링은 정적으로 불필요합니다. 로드셀은 이러한 경우에 모든 베어링 포인트에 설치되어야 합니다. 개별 트랜스듀서의 하중을 고르게 분배하는 것은 조립하는 동안에만 달성될 수 있습니다. 트랜스듀서 하중은 이러한 목적으로 개별적으로 계측되어야 합니다. 다음으로 허용되지 않는 차이가 있다면, 관련 로드셀의 높이가 변경되어야 합니다. (보상 심 등 포함) 너무 낮은 하중을 보이는 로드셀은 일반적으로 서로 반대 방향에 대각선으로 위치합니다.

3. 탱크 무게중심

그림 2 충전 질량에 따라 사면(inclined) 방전 베이스를 포함하는 탱크의 무게중심 분배

이상적으로 충전된 탱크의 무게중심탱크의 베어링 포인트보다 높아서는 안 됩니다 – 자주 실행되지 않는 특징입니다.


안정성의 이유로 무게중심을 베어링 포인트보다 하부에 두는 것이 유리합니다. 충전 레벨의 기능으로서 무게중심의 위치는 사용된 많은 로 셀에 상당한 영향을 미칩니다. 충전이 로드셀에 대칭적으로 배치된다면, 하나의 로드셀이 있는 중량 계측 장치를 설정할 수도 있는데, 그 이유는 무게중심의 위치가 수직선을 따라 이동하기 때문입니다. (또한 6.3 참조) 충전 질량이 변경되면서 무게중심이 측면으로 이동한다면, 모든 지지대가 로드셀에 장착되어야 합니다. 로커와 고정된 베어링은 이러한 유형을 적용하는데 절대 고려되지 않아야 합니다!


그림 2는 무게중심의 위치가 변경된다면 모든 베어링 포인트의 로드셀을 사용해야 하는 필요성을 묘사하고 있습니다

4. 탱크의 공급 연결

그림 3 긴 수평 파이프 연결
그림 4 탄성 파이프 결합
그림 5 파이프 엘보
그림 6 기계 보상기
그림 7 개방 충전 스터드

탱크에는 예를 들어 내용물을 공급 및 배출하고 탱크에 장착된 추가 장치의 전기, 유압 또는 공압 공급을 위한 공급 연결이 자주 필요합니다.


이러한 공급 연결은 포스 션트로 이어질 수 있으며, 중량 계측 장치의 계측 정확도에 영향을 미치는 오류로서 보여집니다. 공급 연결은 수직 방향에서 유연해야 합니다. 그림 3~7은 공급 연결에 대한 적합한 디자인의 몇 가지 예시를 보여주고 있습니다 어느 경우에도, 이러한 측면은 설계 및 계획 단계에서 재정적 이유로 항상 고려되어야 합니다.


유연한 링크가 없는 단단한 파이프가 사용된다면, 탱크는 가능한 가장 긴 수평 파이프 부분에 연결되어야 합니다. 이 파이프 부분에는 또한 세로 방향에서 확장 보상이 있어야 합니다.  (그림3)파이프의 수평 부분에는 길이가 커지면서 더 많은 산출량이 되는 수직 방향에서 스프링 효과가 있습니다. 로드 셀에서 유사 하중(인장 또는 압축 하중)의 형태로 파이프를 통해 사용된 기계적 힘은 이에 따라 작아지며 계측 정확도에 더 이상 관련되지 않습니다.


또한 몇몇 유연한 결합이 하나의 긴 파이프가 있는 레이아웃 대신에 사용될 수 있습니다. (그림 4) 포스 션트를 막는 측면에서 즉시 펴 늘일 수 있는 탄성 재료로 만들어진 호스 연결로 잘 된 결과를 구합니다. 이 경우에, 충전 및/또는 세정 재료가 있는 탄성 재료의 호환성을 확인해야 합니다. (예: 식품 산업 또는 제약 기술)


연결 파이프를 통해 발생한 원치 않는 포스 션트를 감소시키는 또 다른 가능성은 파이프 엘보가 있는 레이아웃을 사용하는 것입니다. (그림 5) 수직 파이프 공급이 필요(즉, 계측할 중력의 방향에서)하거나 호스 연결을 사용할 수 없는 경우에 (금속 벨로우 같은) 보상기가 있는 파이프 연결이 효과가 있는 것으로 입증되었습니다. (그림 6) 이러한 보상기를 설치할 때 엄격한 설치 허용치를 준수해야 합니다. 두 번째 세트의 금속 벨로우를 사용하고 파이프의 부분을 통해 첫 번째 세트와 연결되었다면, 더 큰 허용치를 보상하는 것이 가능합니다. 금속 벨로우가 식품 산업의 클리닝 집약적 부분에는 허용되지 않습니다.


그림 7에 나온 연결 분기관은 포스 션트를 감소시키는 면에서 최선의 솔루션을 나타내고 있습니다. 열린 연결 분기관이 파이프와 탱크 사이의 접촉을 방지합니다. 이 형태는 폐쇄 시스템(예: 압력 탱크)에 사용될 수 없습니다.


연결 라인의 재료가 중량의 일부로서 포함되었다는 사실이 항상 통지되어야 합니다. 탱크에 직접 연결된 공급 및 배출 라인의 충전 레벨은 따라서 중량을 계측할 때 재생 가능해야 합니다. 이것은 계측이 이뤄질 때 라인이 항상 비어 있거나 항상 가득 차 있어야 한다는 것을 의미합니다.

5. 가압 탱크

닫힌 공장에서, 시스템 상의 압력중량 계측 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 특히, 화학 산업의 경우, 높은 정압은 일부 프로세스에 요구됩니다. 다른 한 편으로, 중량 계측 분말상 재료에 맞는 추출 공장에서는 100~300 mbar의 부압을 생성합니다. 그림 5와 6에 나타난 것처럼 배관이 탱크에 수직으로 연결되었다면, 힘이 계측 결과에 직접 영향을 미치며 사용됩니다. 그 효과는 배관의 횡단면 부분의 몇 배가 되는 힘의 제품과 동일합니다. 중량 계측 프로세스 동안 압력 조건이 일정하다면, 이 양은 계측에 고려될(계산될) 수 있습니다. 수평 파이프 레이아웃은 모든 경우에 수직 파이프 연결보다 더 적합하고 더 선호됩니다. 이 경우에 발생하는 기생 힘(parasitic forces)은 설치 지지대를 통해 흡수됩니다.

6.1 로드셀 배치 및 설치 디자인의 예시

그림 13 네 개의 로드 셀의 직각 호퍼
그림 8 하나의 로드 셀로 견고하게 설치하여 수직으로 세운 탱크
그림9 보상으로써 두 개의 고정 베어링과 하나의 로드 셀로 수직으로 세운 탱크
그림10 높고 둥근 사일로
그림 11 중량 계측 모듈의 둥근 사일로
그림12 플랜지형 탱크에 맞는 중량 계측 모듈이 배치

 전형적 탱크 디자인이 예시 방식을 통한 양식화된 방식으로 나타나 있습니다. 디자인 세부사항과 문제에 대한 참조사항이 관련 부분에 더욱 자세하게 제시되어 있습니다. 


6.1 수직으로 세운 탱크


두 개의 고정 지지대와 하나의 로드셀로 배치하는 것은 중앙식 충전에서 액체 및 벌크 상품의 경우에 가능합니다. 충전 레벨의 전체 범위를 넘어서는 내용물의 무게중심을 나타내는 라인이 필요한 정확도에 맞게 적정한 수직 라인을 대략적으로 형성할 수 있도록 이 탱크에는 배치가 가능하도록 대칭적 레이아웃이 있어야 합니다. 다른 모든 경우에, 특히 더 큰 정확도가 요구되는 경우, 선호되는 세 개의 로드 셀로 배치하는 것과 일부 경우에 더 많은 로드 셀로 배치하는 것이 필요합니다.


6.1.1 로드셀의 견고한 설치


이러한 캐리어(carrier)의 단순한 디자인과 견고하게 설치된 로드셀은 권고되지 않습니다. 디자인만으로 로드 셀에 문제가 되는 영향을 초래할 수 있습니다. 진동 및 온도가 변경되는 것뿐만 아니라 충전 레벨이 변경되면서 변형으로 인해, 로드셀에 미치는 영향을 일반적으로 배제시킬 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 이 디자인의 몇몇 경우가 발견될 수도 있습니다.


6.1.2 보상으로써 두 개의 고정 베어링과 하나의 로드셀이 있는 수직으로 세운 탱크


이 충전 레벨 계측에서는 두 개의 고정 베어링(또한 탱크의 수평 이동을 억제하는 작용을 함)이 있는 크래들(cradle)에 배치된 로드셀을 사용합니다. 이 비용 절감적인 디자인 덕분에 로드 셀에는 허용될 수 없는 영향이 없습니다.


6.1.3 3~4개 로드셀의 높고 둥근 사일로


정확한 레벨은 대개 세 개의 로드셀에서 계측됩니다. 네 개의 로드 셀을 배치하는 것이 가끔씩 직각으로 대칭된 디자인에서 발견되긴 하지만 이러한 배치는 일반적으로 정적 중복과 높은 가격으로 인해 선호되지 않습니다. 다른 한 편으로, 이 디자인들은 구조물에서 설치하기가 더 쉽습니다. 셀프 센터링(self-centering) 탄성 베어링에는 스테이 로드가 필요하지 않습니다. 이 베어링은 대신에 대개 고정 스톱(stop)과 결합됩니다. 매우 높은 탱크의 경우에 추가 스테이 로드 가이드가 상부에 필요합니다. 이 예시에서, 이 스테이 로드는 느슨한 초기 스트레스 및 로킹(locking)이 있는 스테이 로드로서 설계되었습니다. 고정 스톱은 이상적인 위치에서 약간 불가피하게 벗어나고 접촉 마찰이 포스 션트로 이어질 때마다 탱크와 계속해서 접촉하게 됩니다. 롤러 스톱 또는 케이블 가이드는 대안으로서 자주 사용되지는 않습니다.


6.1.4 세 개의 중량 계측 모듈의 둥근 사일로


구조물의 원주와 접촉하는 통합 스테이 로드가 있는 세 개의 중량 계측 모듈은 접선하여 추가 계측이 전혀 필요 없이 수평으로 탱크를 안정되게 유지합니다. 또한 중량 계측 모듈에 위치한 리프트오프 방지 장치는 탱크가 뒤집어지는 것을 방지합니다. 이것은 외부 건축에 있어 몇 가지 구조 상의 세부사항을 없애줍니다. 낮은, 중간 및 높은 하중에 대한 전형적인 중량 계측 모듈은 또한 여기에 예시 방식을 통해 묘사되어 있습니다. 이렇게 표준화된 요소들은 디자인을 단순화시키고 상당한 건축 비용을 절감해 줍니다. 다른 한 편으로 이 디자인은 접촉 표면이 평행한지, 높이가 조정되어 있는지 등을 확인할 수 있도록 상당한 주의와 간접비용이 요구됩니다.


6.1.5 중량 계측 모듈의 플랜지형 탱크


실제 적용에서 매우 자주 사용되는 플랜지형 탱크에는 베이스로 확대되고 배치의 전반적 안정성을 보장하는 작용을 하는 외부 케이싱(outer casing)이 있습니다. 로드 셀에 설치하는 것은 단순한 문제가 아닙니다. 그림 12에서는 로드 셀이 있는 이러한 탱크의 중량을 계측하는데 맞는 디자인 변형을 보여주고 있습니다. 이 제안은 또한 이미 기존에 있던 시스템을 실행하는 것이 비교적 쉽습니다.


브레이스(brace)가 탱크의 내벽에 장착되거나 용접됩니다. 이 하중은 견고하게 로드셀로 삽입됩니다. 로드셀 중량 계측 모듈은 또한 이러한 케이스에 사용되는 것이 더 나아야 하는데, 그 이유는 이 모듈에 리프트오프 방지 장치 등을 포함하고 있지 않기 때문입니다. (더 분명해지도록 그림 12에 나타내지 않음) 이 구조물을 약간이라도 들어올리는 것은 전체 중량 힘을 로드셀로 보내기에 충분합니다. 이 시스템은 자주 봉해져야 합니다. 이것은 유연성으로 인해 포스 션트를 발생시키지 않은 원형 실링 링(circular sealing ring)을 통해 달성됩니다.


6.1.6 네 개의 로드셀의 충전 스테이션에서 직각 호퍼


중량 계측 호퍼가 이동 프로세스의 가속화로 인해 이동 가능한 시스템의 일부라면, 연결된 공급 및 제거 장비의 진동 및 이송 시스템의 진동으로 인해 충전 스테이션에서 조건은 매우 극심합니다. 굵은 벌크 상품들은 상당한 전단 하중을 발생시킬 수 있도록 충분한 힘으로 탱크에 부어졌을 때 사면 표면에 부딪힐 수 있습니다. 특히 안정된 스테이 로드는 팽팽한 초기 스트레스가 있는 이러한 경우에 억제되어야 합니다. 가끔 중량 계측 탱크는 중량 계측 프로세스에 맞는 경우에만 배출되는 것에서 추가로 조여서 고정됩니다. 직각 대칭은 안정성의 이유로 이 경우에 이로우며 따라서 대개 로드셀 배치에 통합됩니다. 탄성 베어링이 있고 진자 로드셀의 예시에서와 같은 로드셀이 사용됩니다.

6.2 매달린 탱크

그림14 세 개의 로드 셀의 매달아 놓은 탱크
그림 15 하나의 로드 셀의 매달아 놓은 탱크

센터링 문제는 종종 간단하고 잘 휘어지며 둥근 타이 로드가 있는 매달린 탱크에서 해결되거나 단순화됩니다. 항상 필요한 티핑 보호(tipping protection) 외에도, 스테이 로드는 진동 및 전환을 막는데 필요합니다.


6.2.1 2~3개의 로드셀에 매달기


전반적으로 단순한 디자인에는 몇 개의 접선으로 배치된 스테이 로드가 필요합니다. 감소된 스트레스가 있는 경우에, 그 기능은 하단면 파이프 배출구를 통해 인계 받을 수 있습니다.


6.2.2 하나의 로드셀의 중심 서스펜션


진동 및 전환을 방지할 수 있도록 이러한 배치에서 특수한 억제가 필수적입니다.

6.3 액체에 맞는 수평 탱크

액체용 수평 탱크는 대개 내용물의 무게중심이 충전 질량이 변하면서 수직 라인을 따라 대략적으로 이동되어야 한다는 조건을 충족시킵니다. 하나의 탱크 브라켓 하의 하나의 로드셀과 다른 탱크 브라켓 하의 두 개의 고정 베어링의 배치는 따라서 비교적 간단한 레벨 계측에 충분합니다.


이상화된 탱크는 하나의 셀프 센터링 진자 로드셀 및 두 개의 고정 베어링 중량의 절반으로 결정됩니다. 정상적 상황 하에서는 추가 억제가 필요하지 않습니다. 하지만, 매우 긴 탱크의 경우에, 탱크에 대한 측면 영향으로 인해 뒤집히지 않도록 추가로 보호하는 것으로서 고정 스톱이 로드셀에 얹혀 있는 탱크 크래들의 양 끝에서 측면 이동을 제한하는데 제공될 수 있습니다.


하지만 실제 적용에서, 내용물의 분배 대칭은 종종 베이스 라인의 한 쪽에 대한 약간의 의도적인 경사와 그 곳에 위치한 배출구로 방해 받습니다. 세 개의 로드셀의 셀프 센터링 배치는 수평 억제를 실행하는 최선의 방법으로서 고정 스톱과 함께 더 정확한 중량 계측을 위한 최적의 솔루션입니다.

그림 16 C16 로드 셀이 있는 액체용 수평 탱크(그림)
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