تُستخدم موازين الوزن الإلكترونية على نطاق واسع في متاجر البيع بالتجزئة والمراكز اللوجستية والمستودعات ومرافق تجهيز الأغذية وخطوط الإنتاج الصناعي. تقوم هذه الأجهزة بتحويل القوة الميكانيكية إلى إشارات كهربائية ومعالجة الإشارات لحساب الوزن.

قد يحتوي المقياس الإلكتروني النموذجي على خلايا الحمل، ودوائر تكييف الإشارة، والمحولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs)، ووحدات التحكم الدقيقة، وشاشات العرض، وواجهات الاتصال.

على الرغم من أن هذه الأنظمة لها تصميمات مختلفة، إلا أنها تشترك في مطلب مهم: الدوائر الإلكترونية المستقرة ضرورية لأداء قياس متسق.

تُستخدم المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCCs) بشكل شائع في هذه الأجهزة لفصل مصدر الطاقة والتصفية وتكييف الإشارة.

تشرح هذه المقالة التطبيقات الرئيسية لـ MLCCs في موازين الوزن الإلكترونية وعوامل الاختيار التي يجب على المهندسين والمشترين مراعاتها.

1. MLCCs في معالجة إشارات خلية التحميل

تعد خلية الحمل مكونًا رئيسيًا في العديد من موازين الوزن الإلكترونية. إنه يحول التشوه الميكانيكي الناتج عن الحمل المطبق إلى إشارة كهربائية صغيرة.

غالبًا ما تكون هذه الإشارة منخفضة جدًا في السعة وتتطلب تضخيمًا قبل التحويل الرقمي.

قد تتضمن دائرة معالجة الإشارات مضخمًا للأجهزة وشبكة ترشيح وADC.

يمكن استخدام مراكز MLCC من أجل:

• فصل مصدر الطاقة حول مكبرات الصوت المرحلية.
• تصفية مسارات الإشارة المحددة.
• دعم قضبان الطاقة ADC المستقرة.
• تقليل الاضطرابات عالية التردد في مواقع الدوائر المناسبة.

بالنسبة لدوائر القياس الحساسة، تستحق خصائص المكثف الاهتمام الدقيق. قد يكون تحمل السعة، واستقرار درجة الحرارة، وامتصاص العزل الكهربائي، وسلوك التسرب، كلها ذات صلة اعتمادًا على الدائرة.

قد تكون المكثفات C0G/NP0 مناسبة لبعض التطبيقات ذات الدقة المنخفضة أو ذات الفقد المنخفض. تُستخدم مكثفات X7R بشكل شائع لفصل الطاقة للأغراض العامة.

يجب أن يتبع الاختيار الصحيح توصيات الشركة المصنعة لمكبر الصوت وADC.

2. دعم دوائر ADC في معدات الوزن

يقوم ADC بتحويل إشارة خلية الحمل المضخمة إلى بيانات رقمية يمكن لوحدة التحكم الدقيقة معالجتها.

تستخدم العديد من أنظمة الوزن أدوات ADC عالية الدقة مصممة لإشارات الاستشعار منخفضة المستوى.

قد تتطلب هذه المرحلية مكثفات على أطراف إمداد الطاقة الخاصة بها، والمدخلات المرجعية، والاتصالات الخارجية الأخرى.

يمكن استخدام MLCCs في هذه المواضع عند تحديدها بواسطة ورقة بيانات ADC.

يجب على المهندسين مراعاة ما يلي:

• قيم المكثف الموصى بها.
• التسامح السعة.
• نوع عازل.
• خصائص التحيز DC.
• استقرار درجة الحرارة.
• تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور والتأريض.

قد لا يكون المكثف المناسب لسكة الطاقة الرقمية العامة مناسبًا تلقائيًا لمرجع دقيق أو دائرة ترشيح تناظرية.

يجب مراجعة التصميم المرجعي الكامل لـ ADC قبل الموافقة على استبدال المكون.

3. تصفية إمدادات الطاقة للموازين الإلكترونية

قد تعمل موازين الوزن الإلكترونية باستخدام البطاريات أو المحولات الخارجية أو مصادر الطاقة الصناعية.

يمكن أن تشتمل لوحات الدوائر الخاصة بها على قضبان جهد متعددة للقياس التناظري والمعالجة الرقمية وشاشات العرض ووحدات الاتصال.

تُستخدم مراكز MLCC بشكل شائع حول منظمات الجهد والدوائر المتكاملة لدعم الفصل المحلي وتصفية الضوضاء عالية التردد.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

• تصفية المدخلات لمنظمات الجهد.
• فصل الإخراج حول الدوائر المتكاملة للطاقة.
• التصفية المحلية لوحدات التحكم الدقيقة.
• فصل العرض لبرامج تشغيل العرض.
• تصفية واجهات الاتصال.

تعد محركات X5R وX7R MLCC من الخيارات الشائعة للعديد من تطبيقات الطاقة للأغراض العامة، بشرط أن تلبي سعتها الفعالة وخصائص التشغيل المتطلبات.

4. إدارة الضوضاء الكهربائية في أنظمة الوزن الصناعية

قد تعمل معدات الوزن الصناعية بالقرب من المحركات والناقلات ومصادر تحويل الطاقة وغيرها من المعدات الكهربائية.

يمكن لهذه الأنظمة إحداث اضطرابات كهربائية من خلال خطوط الكهرباء وكابلات الإشارة ومسارات التأريض.

نظرًا لأن إشارات خلية الحمل يمكن أن تكون صغيرة، فقد يصبح التداخل غير المرغوب فيه أحد الاعتبارات المهمة في التصميم.

يمكن لمراكز MLCC أن تدعم التصفية والفصل في الدوائر الإلكترونية، ولكنها ليست سوى جزء واحد من الحل.

يجب على المهندسين أيضًا مراعاة ما يلي:

• كابلات خلايا الحمل المحمية حيثما كان ذلك مناسبًا.
• التأريض الصحيح وتوجيه الكابلات.
• حماية المدخلات
• توجيه الإشارة التفاضلية.
• تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور وفصل الدوائر المزعجة.
• التصفية مصممة لعرض النطاق الترددي للقياس المطلوب.

يتطلب التوافق الكهرومغناطيسي الجيد مراعاة النظام بأكمله، بما في ذلك الأسلاك والغلاف والموصلات وبنية مصدر الطاقة.

5. MLCCs في دوائر العرض والاتصالات

تشتمل الموازين الإلكترونية الحديثة غالبًا على شاشات LCD أو LED ولوحات المفاتيح والذاكرة وواجهات الاتصال.

قد تدعم النماذج التجارية والصناعية أيضًا اتصال USB أو RS-232 أو RS-485 أو Ethernet أو الاتصال اللاسلكي.

تحتوي هذه الدوائر على دوائر متكاملة رقمية تولد تيارات تبديل أثناء التشغيل.

يتم وضع مراكز MLCC بشكل شائع بالقرب من وحدات التحكم الدقيقة، ورقائق الذاكرة، وبرامج تشغيل العرض، وواجهات ICs لفصل الطاقة المحلية.

تعتمد السعة المطلوبة وحجم الحزمة على ورقة بيانات IC، وتردد التشغيل، وسكك الطاقة، وتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

يجب على المهندسين تجنب تطبيق مواصفات مكثف واحد على كل دائرة لمجرد أن المكونات تستخدم على نفس اللوحة.

6. اختيار MLCCs لموازين الوزن الإلكترونية

يتطلب اختيار MLCCs المناسبة مراجعة المتطلبات الكهربائية لكل موقع دائرة.

السعة

اختر السعة وفقًا لمتطلبات التصفية أو الفصل أو تكييف الإشارة. بالنسبة لـ MLCC من الفئة II، تحقق من السعة الفعالة تحت جهد التشغيل الفعلي للتيار المستمر.

تصنيف الجهد

حدد الجهد المقنن بهامش التصميم المناسب. لا تقم بتقييم تصنيف الجهد دون النظر في الظروف العابرة للدائرة.

نوع عازل

• C0G/NP0: مناسب للدوائر الدقيقة المحددة التي تتطلب سعة ثابتة وخسارة عازلة منخفضة.
• X7R: يُستخدم بشكل شائع لفصل الطاقة وتصفيتها للأغراض العامة.
• X5R: قد يكون مناسبًا لدوائر الطاقة المدمجة عندما يفي نطاق درجة الحرارة وأداء انحياز التيار المستمر بمتطلبات التصميم.

تسامح

قد تتطلب الدوائر الدقيقة تحملًا أكثر صرامة للسعة. قد تسمح تطبيقات فصل الطاقة العامة بتسامح أوسع.

خصائص درجة الحرارة

تحقق من درجة حرارة التشغيل المتوقعة ونطاق درجة الحرارة المحدد للمكثف. يمكن أن تؤثر التغيرات في درجات الحرارة على السعة والخصائص الكهربائية الأخرى.

حجم العبوة

تتضمن الحزم الشائعة 0402، و0603، و0805. ويعتمد الحجم المناسب على السعة، ومعدل الجهد، ومساحة PCB، وظروف التجميع، والموثوقية الميكانيكية.