Датчик переменной силы. Датчики силы: виды, принцип работы, применение в промышленности и науке

Важной концепцией тензодатчиков является чувствительность и точность . Точность датчика можно определить как наименьшее усилие, которое можно приложить к корпусу датчика, необходимое для того, чтобы вызвать линейное и повторяемое изменение выходного напряжения. Чем выше точность тензодатчика, тем лучше, поскольку он может постоянно фиксировать очень ощутимые изменения силы. В таких приложениях, как высокоточная фабричная автоматизация, хирургическая робототехника, аэрокосмическая промышленность, линейность тензодатчиков имеет первостепенное значение для обеспечения точного измерения ПЛК или системы сбора данных. Некоторые из наших универсальных блинчатых тензодатчиков имеют нелинейность ±0,1% (от номинального выхода) и неповторяемость ±0,05% обратного осмоса.

Каковы преимущества датчиков силы на основе тензодатчиков?

Тензорезистор с металлической фольгой   Датчики силы являются наиболее распространенной технологией благодаря их высокой точности, долговременной надежности, разнообразию форм и геометрии датчика, а также экономической эффективности по сравнению с другими технологиями измерения. Кроме того, тензометрические датчики менее подвержены влиянию колебаний температуры.

• Высочайшая точность, которая может соответствовать многим стандартам от хирургической робототехники до аэрокосмической отрасли;
• Прочная конструкция из высокопрочной нержавеющей стали или алюминия;
• Поддерживайте высокую производительность в течение максимально возможного срока службы даже в самых суровых условиях. Некоторые конструкции тензодатчиков могут выдерживать миллиарды полностью обратных циклов (срок службы).
• Множество геометрий и индивидуальных форм, а также варианты монтажа для ЛЮБОЙ шкалы В ЛЮБОМ месте.
• Полная гамма выбора вместимостью от 10 граммов до 100 000 фунтов.

Какие существуют типы датчиков силы на основе тензодатчиков?

Хотя существует несколько технологий измерения силы, мы сосредоточимся на наиболее распространенном типе тензодатчика: тензодатчике с металлической фольгой. Среди типов преобразователей силы существует множество форм и геометрий корпуса, каждая из которых предназначена для определенных областей применения. Познакомьтесь с ними, если вы хотите купить тензодатчик:

• Встраиваемый тензодатчик  – чаще всего называется встраиваемым тензодатчиком или датчиком силы в виде канистры (или колонны) с наружной резьбой. Этот тип датчика силы может использоваться как при растяжении, так и при сжатии. Встраиваемые датчики обеспечивают высокую точность и высокую жесткость при минимальном необходимом монтажном зазоре. Они отлично подходят для выносливости и жима.
• Кнопка нагрузки  – Эти преобразователи силы имеют единую плоскую выступающую поверхность (также называемую кнопкой), к которой прикладывается сжимающая сила. Что впечатляет в кнопках загрузки, так это их низкопрофильный дизайн. Какими бы маленькими они ни были, они известны своей надежностью и используются в усталостных испытаниях.
• Тензодатчик с S-образной балкой  – с другими названиями, включая датчики нагрузки Z-Beam или S-типа, S-образный датчик силы представляет собой датчики растяжения и сжатия с внутренней резьбой для монтажа. Обладая высокой точностью, тонкостенным тензодатчиком и компактным профилем, этот тип датчика силы отлично подходит для встроенной обработки и автоматизированных приложений с обратной связью. Тензодатчики S Beam также можно использовать в качестве бесконтактного датчика расхода для измерения расхода жидкости.
• Тензодатчик со сквозным отверстием — также известный как кольцевой или шайбовый тензодатчик, тензодатчик со сквозным отверстием традиционно имеет гладкий внутренний диаметр без резьбы и используется для измерения сжимающих нагрузок, требующих прохождения стержня через его центр. Одним из основных применений этого типа датчика является измерение нагрузки болта.
• Блинчатые тензодатчики  – Блинчатые, канистровые или универсальные тензодатчики имеют центральное отверстие с резьбой для измерения нагрузки при растяжении или сжатии. Эти датчики используются в приложениях, требующих высокой износостойкости, высокой усталостной долговечности или высокопроизводительных встроенных измерений, таких как сила сжатия таблетки или испытания автомобильных сидений. Они также обладают высокой устойчивостью к внеосевым нагрузкам.
• Тензодатчик на конце штока — Этот тип датчика нагрузки предлагает одну наружную и одну внутреннюю резьбу для монтажа. Сочетание наружной и внутренней резьбы хорошо подходит для приложений, где необходимо адаптировать датчик силы к существующему приспособлению.
Одноточечный тензодатчик
• — тензодатчик с боковым креплением и одноточечной конструкцией, специально предназначенный для OEM-приложений, требующих высокой точности или крупносерийного производства. Эти датчики силы на основе тензодатчиков измеряют растяжение и сжатие и также известны как компактные параллелограммные датчики или одноточечные тензодатчики. Тензодатчики с боковым креплением, такие как модель LSM300, являются рекомендуемым OEM-решением для измерения веса для автоматических машин для розлива в бутылки.

Как выбрать датчик силы для вашего приложения?

Мы понимаем, что выбор правильного преобразователя нагрузки является непростой задачей, поскольку не существует реального отраслевого стандарта того, как его выбирать. Вы также можете столкнуться с некоторыми проблемами, включая поиск совместимого усилителя или преобразователя сигнала или потребность в специальном продукте, который увеличит время доставки продукта.

Чтобы помочь вам выбрать датчик, FUTEK разработал простое руководство из 5 шагов. Вот проблеск, чтобы помочь вам сузить свой выбор. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим полным руководством «Важные аспекты выбора датчика измерения силы».

• Шаг 1:   Изучите свое приложение и то, что вы измеряете . Датчик нагрузки отличается от датчика давления, датчика крутящего момента или датчика силы крутящего момента и предназначен для измерения растягивающих и сжимающих нагрузок.
• Шаг 2 :  Определите характеристики монтажа датчика и его сборки.  У вас есть статическая нагрузка или динамический тип? Определите тип монтажа. Как вы будете монтировать этот датчик силы?
• Шаг 3 :  Определите минимальные и максимальные требования к емкости.  Обязательно выберите грузоподъемность, превышающую максимальную рабочую нагрузку, и определите все посторонние нагрузки (боковые или нецентральные нагрузки) и моменты до выбора грузоподъемности.
• Шаг 4:   Определите свой размер и геометрию  требования (ширина, вес, высота, длина и т. д.) и требования к механическим характеристикам  (выход, нелинейность, гистерезис, ползучесть, сопротивление перемычки, разрешение, частотная характеристика и т. д.) Другие характеристики, которые следует учитывать, включают погружные (водонепроницаемые), криогенные, высокотемпературные, множественные или резервные мосты и TEDS IEEE1451.4.
• Шаг 5:   Определите тип вывода, который требуется вашему приложению. Цепи преобразователя выдают выходное напряжение в мВ/В. Таким образом, если для вашего ПЛК или устройства сбора данных требуется аналоговый выход, цифровой выход или последовательная связь, вам обязательно понадобится усилитель с тензодатчиком или формирователь сигнала. Убедитесь, что выбран правильный усилитель, а также откалибрована вся измерительная система (преобразователь нагрузки + формирователь сигнала). Это готовое решение обеспечивает большую совместимость и точность всей системы измерения силы.

Для получения более подробной информации о нашем 5-этапном руководстве, пожалуйста, посетите наш раздел «Как выбрать датчик измерения силы» для ознакомления с полным руководством.

Измерение силы | Что такое датчик преобразователя силы?

Ознакомьтесь с функциями и возможностями различных датчиков силы, также известных как тензодатчики, в этом подробном руководстве.

стали важным элементом во многих отраслях промышленности, таких как автомобильная (автомобильные датчики или автомобильные датчики), высокоточное производство, аэрокосмическая и оборонная промышленность, промышленная автоматизация, медицина и фармацевтика и робототехника, где первостепенное значение имеет надежное и высокоточное измерение силы (например, медицина). тензодатчик). Совсем недавно, с развитием коллаборативных роботов (коботов) и хирургической робототехники, появилось много новых приложений для измерения силы.

LCM100 Миниатюрный линейный тензодатчик:

LTh400 Сквозное тензодатчик LTh400 — Силовая шайба

Как датчик силы работает для измерения силы?

Во-первых, нам нужно понять основные физические и материаловедение, лежащие в основе принципа работы датчика силы, который представляет собой тензодатчик (иногда называемый тензометрическим датчиком ). Тензорезистор из металлической фольги представляет собой датчик, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от приложенной силы. Другими словами, он преобразует (или преобразовывает) силу, давление, напряжение, сжатие, крутящий момент, вес и т. д. в изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить.

Тензорезисторы представляют собой электрические проводники, плотно прикрепленные к пленке в форме зигзага. Когда эту пленку тянут, она — и проводники — растягиваются и удлиняются. Когда его толкают, он сокращается и становится короче. Это изменение формы приводит к изменению сопротивления электрических проводников. Деформация, приложенная к тензодатчику, может быть определена на основе этого принципа, поскольку сопротивление тензорезистора увеличивается с приложенной деформацией и уменьшается с усадкой.

Конструктивно тензодатчик выполнен из металлического корпуса (также называемого изгибом), к которому приклеены фольга тензодатчиков . Корпус датчика обычно изготавливается из алюминия или нержавеющей стали, что придает датчику две важные характеристики: (1) обеспечивает прочность, позволяющую выдерживать высокие нагрузки, и (2) обладает эластичностью, позволяющей минимально деформироваться и возвращаться к исходной форме при воздействии силы. удаленный.

При приложении усилия ( растяжение или сжатие ) металлический корпус действует как «пружина» и слегка деформируется, и если он не перегружен, то возвращается к своей первоначальной форме. По мере деформации изгиба тензодатчик также меняет свою форму и, следовательно, свое электрическое сопротивление, что создает изменение дифференциального напряжения через Схема моста Уитстона . Таким образом, изменение напряжения пропорционально физической силе, приложенной к изгибу, которую можно рассчитать по выходному напряжению схемы тензодатчика.

Эти тензорезисторы объединены в так называемую схему моста Уитстона (см. анимированную схему). Это означает, что четыре тензорезистора соединены между собой в петлевую цепь (цепь тензодатчика), и соответственно совмещена измерительная сетка измеряемой силы.

Мостовые усилители тензометрических датчиков (или формирователи сигналов тензодатчиков) подают регулируемое напряжение возбуждения в цепь тензодатчиков и преобразуют выходной сигнал мВ/В в другую форму сигнала, более полезную для пользователя (например, тензодатчик). адк). Сигнал, генерируемый тензометрическим мостом, имеет низкую мощность и может не работать с другими компонентами системы, такими как ПЛК, модули сбора данных (DAQ), регистратор данных с тензодатчиками, компьютеры или микропроцессоры. Таким образом, тензодатчик работает включают в себя напряжение возбуждения, фильтрацию или ослабление шума, усиление сигнала и преобразование выходного сигнала .

Важной концепцией тензометрических тензодатчиков является чувствительность и точность тензодатчиков. Точность датчика можно определить как наименьшее усилие, которое можно приложить к корпусу датчика, необходимое для того, чтобы вызвать линейное и повторяемое изменение выходного напряжения. Чем выше точность тензодатчика, тем лучше, поскольку он может постоянно фиксировать очень ощутимые изменения силы. В таких приложениях, как высокоточная фабричная автоматизация, хирургическая робототехника, аэрокосмическая промышленность, линейность тензодатчиков имеет первостепенное значение для обеспечения точного измерения ПЛК или системы сбора данных. Некоторые из наших универсальных блинчатых тензодатчиков демонстрируют нелинейность ±0,1% (от номинальной мощности) и неповторяемость ±0,05% RO, что делает их подходящей моделью для стендовых испытаний тяги ракетных двигателей.

Каковы преимущества датчиков силы на основе тензодатчиков?

Тензорезистор из металлической фольги Датчики силы являются наиболее распространенной технологией благодаря их высокой точности, долговременной надежности, разнообразию форм и геометрии датчика, а также экономической эффективности по сравнению с другими технологиями измерения. Кроме того, тензометрические датчики менее подвержены влиянию колебаний температуры.

• Высочайшая точность, которая может соответствовать многим стандартам от хирургической робототехники до аэрокосмической отрасли;
• Прочная конструкция из высокопрочной нержавеющей стали или алюминия;
• Поддерживайте высокую производительность в течение максимально возможного срока службы даже в самых суровых условиях. Некоторые конструкции тензодатчиков могут выдерживать миллиарды полностью обратных циклов (срок службы).
• Множество геометрий и индивидуальных форм, а также варианты монтажа для ЛЮБОЙ шкалы В ЛЮБОМ месте.
• Полная гамма выбора вместимостью от 10 граммов до 100 000 фунтов.

Какие существуют типы датчиков силы на основе тензодатчиков?

Хотя существует несколько технологий измерения силы, мы сосредоточимся на наиболее распространенном типе тензодатчика: тензодатчике с металлической фольгой. Среди типов датчиков силы существует множество форм и геометрий корпуса, каждая из которых предназначена для определенных областей применения. Познакомьтесь с ними, если вы хотите купить тензодатчик:

• Встраиваемый тензодатчик – чаще всего называется встраиваемым тензодатчиком с наружной резьбой. Этот тип датчика силы может использоваться как при растяжении, так и при сжатии. Встраиваемые датчики обеспечивают высокую точность и высокую жесткость при минимальном необходимом монтажном зазоре. Они отлично подходят для выносливости, давления в приложениях для измерения силы и в тех случаях, когда требуется датчик микросилы (также известный как миниатюрный датчик силы, мини-тензодатчик или микротензодатчик).
• Тензодатчик колонны – FUTEK предлагает широкий ассортимент канистровых тензодатчиков (также известных как тензодатчик колонны), предназначенных для высокопроизводительных приложений сжатия, таких как испытание силы зажима станков с ЧПУ. Эти модели имеют прочную конструкцию и грузоподъемность от 2 000 до 30 000 фунтов. Компания FUTEK также разработала серию миниатюрных контейнеров для тензодатчиков для применений, где размер является критическим фактором.
• Кнопка нагрузки — эти датчики силы имеют одну плоскую выступающую поверхность (также известную как кнопка), к которой прикладывается сжимающая сила. Что впечатляет в кнопках нагрузки, так это их низкопрофильная конструкция тензодатчика. Как бы малы ни были весоизмерительные датчики, они известны своей надежностью и используются в усталостных приложениях. Измерение нагрузки на подшипник качения — это приложение, в котором используются кнопки нагрузки.
• Тензодатчик с S-образной балкой . С другими названиями, включая датчик нагрузки с поперечной балкой или датчики нагрузки S-типа, датчик силы с S-образной балкой представляет собой датчик нагрузки на сжатие и датчик нагрузки на растяжение с внутренней резьбой для монтажа. Обладая высокой точностью, датчиком веса с тонкой балкой и компактным профилем, датчики этого типа отлично подходят для встроенной обработки и приложений обратной связи с автоматическим управлением, таких как датчики натяжения проволоки. Весоизмерительные ячейки S Beam также можно использовать в качестве бесконтактного датчика расхода при измерении расхода жидкости.
• Тензодатчик со сквозным отверстием – Тензодатчик со сквозным отверстием, также известный как кольцевой или шайбовый тензодатчик, традиционно имеет гладкий внутренний диаметр без резьбы и используется для измерения сжимающих нагрузок, требующих прохождения стержня через его центр. Одним из основных применений этого типа датчика является измерение нагрузки болта.
• Блинчатые тензодатчики – Блинчатые, канистровые или универсальные тензодатчики имеют центральное отверстие с резьбой для измерения нагрузок при растяжении или сжатии. Эти датчики используются в приложениях, требующих высокой износостойкости, высокой усталостной долговечности или высокопроизводительных встроенных измерений, таких как испытание силы материала, тензодатчик для системы взвешивания резервуаров, тензодатчик крана, тензодатчик штифта скобы, сила сжатия таблетки, автомобильное сиденье применение усилия зажима для испытаний или литья под давлением. Они также обладают высокой устойчивостью к внеосевым нагрузкам, что делает их пригодными для применения в динамометрических датчиках двигателя. Эти модели также доступны в виде низкопрофильных блинчатых тензодатчиков.
• Весоизмерительная ячейка со штоком . Этот тип датчика нагрузки, также известный как тензодатчик с приводом, имеет одну наружную и одну внутреннюю резьбу для монтажа. Сочетание наружной и внутренней резьбы хорошо подходит для приложений, где необходимо адаптировать датчик к существующему приспособлению.
• Тензодатчик для изгиба балки — имеет тонкий дизайн, что делает его идеальным для OEM-приложений. Тензодатчики для изгибных балок, используемые при сжатии, могут использоваться для измерения силы, поверхностного давления и смещения для OEM-приложений. Благодаря своим миниатюрным размерам консольный тензодатчик является отличным выбором для работы в стесненных условиях.
• Одноточечный тензодатчик — Боковой тензодатчик с одноточечной конструкцией, специально предназначенный для OEM-приложений, требующих высокой точности или больших объемов производства. Эти датчики силы на основе тензодатчиков измеряют растяжение и сжатие и также известны как компактные параллелограммные датчики или датчики одноточечной нагрузки. Тензодатчики с боковым креплением, такие как серия LSM, являются рекомендуемым OEM-решением для измерения веса и представляют собой датчики, используемые на заводах по розливу бутылок.

Также доступны другие уникальные конструкции, такие как тензодатчики со штифтами (известные также как штифты тензодатчиков), тензодатчики для ремней безопасности и другие.

Как выбрать датчик силы для вашего приложения?

Мы понимаем, что выбор правильного преобразователя нагрузки является непростой задачей, поскольку не существует реального отраслевого стандарта того, как выбирать датчики веса для продажи. Есть также некоторые проблемы, с которыми вы можете столкнуться, включая поиск совместимого модуля усилителя тензодатчика или преобразователя сигнала или потребность в специальном продукте, который увеличит время доставки продукта.

Чтобы помочь вам выбрать датчик, FUTEK разработал простое руководство из 5 шагов. Вот проблеск, чтобы помочь вам сузить свой выбор. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашим полным руководством «Важные аспекты выбора датчика измерения силы».

• Шаг 1: Изучите свое приложение и то, что вы измеряете . Датчик нагрузки отличается от датчика давления, датчика крутящего момента или датчика силы крутящего момента, и они предназначены для измерения растягивающих и сжимающих нагрузок.
• Шаг 2 : Определите характеристики монтажа датчика и его сборки. У вас есть статическая нагрузка или это динамический тип? Определите тип монтажа. Как вы будете монтировать этот датчик?

Схемы с боковым креплением

• Шаг 3 : Определите минимальные и максимальные требования к емкости. Обязательно выберите грузоподъемность, превышающую максимальную рабочую нагрузку, и определите все внешние нагрузки (боковые или нецентральные нагрузки) и моменты перед выбором грузоподъемности.
• Шаг 4: Определите свой размер и геометрию требования (ширина, вес, высота, длина и т. д.) и требования к механическим характеристикам (выход, нелинейность, гистерезис, ползучесть, мостовое сопротивление, разрешение, частотная характеристика и т. д.) Другие характеристики, которые следует учитывать, включают водонепроницаемый датчик силы (также известный как погружной тензодатчик), криогенные, высокотемпературные, множественные или резервные мосты и TEDS IEEE1451.4.
• Шаг 5: Определите тип вывода, который требуется вашему приложению. Цепи преобразователя выдают напряжение в мВ/В. Таким образом, если вашему ПЛК или DAQ требуется аналоговый выход (например, аналоговый выход тензодатчика 4-20 мА), цифровой выход тензодатчика или последовательная связь, вам обязательно понадобится усилитель тензодатчика. В некоторых приложениях требуется портативный дисплей или индикатор тензодатчика для локального считывания данных с тензодатчика.