Тензодатчик как работает. Тензодатчик: принцип работы, устройство и применение в измерении деформаций

Как устроен и работает тензодатчик. Какие виды тензодатчиков существуют. Для чего применяются тензодатчики в промышленности. Как проверить исправность тензодатчика. Какие бывают альтернативные методы измерения деформаций.

Что такое тензодатчик и как он устроен

Тензодатчик представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования механической деформации в электрический сигнал. Основные элементы конструкции тензодатчика:

• Упругий элемент (тело датчика) — металлическая конструкция, которая деформируется под действием приложенной силы
• Тензорезисторы — тонкопленочные резисторы, наклеенные на упругий элемент
• Соединительные провода
• Защитный корпус

Принцип действия тензодатчика основан на явлении тензоэффекта — изменении электрического сопротивления проводника при его механической деформации. Когда к упругому элементу прикладывается сила, он деформируется, вызывая растяжение или сжатие наклеенных тензорезисторов. Это приводит к изменению их сопротивления, которое преобразуется в электрический сигнал.

Виды тензодатчиков по конструкции

По конструкции упругого элемента выделяют следующие основные виды тензодатчиков:

• Балочные — в виде консольной или двухопорной балки
• Кольцевые — в форме кольца или овала
• S-образные — изогнутые в форме буквы S
• Мембранные — с тонкой круглой мембраной
• Колонные — в виде цилиндрической колонны

Выбор конструкции зависит от условий применения и требуемых характеристик. Например, балочные датчики хорошо подходят для весоизмерительных систем, а мембранные — для измерения давления.

Принцип работы тензодатчика

Рассмотрим принцип работы тензодатчика на примере простого балочного датчика:

1. На упругий элемент в виде балки наклеиваются тензорезисторы, образующие мостовую схему
2. К балке прикладывается сила, вызывающая ее изгиб
3. Тензорезисторы растягиваются или сжимаются вместе с поверхностью балки
4. Сопротивление тензорезисторов изменяется пропорционально деформации
5. Разбаланс моста создает выходной электрический сигнал
6. Сигнал усиливается и обрабатывается электронным блоком

Таким образом, величина выходного сигнала оказывается пропорциональной приложенной силе. Это позволяет использовать тензодатчики для точных измерений силы, веса, давления и других параметров.

Применение тензодатчиков в промышленности

Благодаря высокой точности и надежности тензодатчики нашли широкое применение в различных отраслях промышленности:

• Весоизмерительная техника — электронные весы, дозаторы, конвейерные весы
• Испытательное оборудование — разрывные машины, стенды для тестирования материалов
• Системы управления и автоматизации — контроль усилий в прессах, измерение крутящего момента
• Транспорт — системы взвешивания автомобилей и вагонов, датчики усилия в подвеске
• Строительство — мониторинг нагрузок в конструкциях зданий и сооружений
• Авиация и космонавтика — контроль нагрузок в элементах конструкции летательных аппаратов

Тензодатчики позволяют с высокой точностью измерять статические и динамические нагрузки в широком диапазоне значений.

Как проверить исправность тензодатчика

Для проверки работоспособности тензодатчика используются два основных метода:

1. Измерение сопротивления тензорезисторного моста
2. Измерение начального разбаланса (выходного сигнала без нагрузки)

Сопротивление моста должно соответствовать паспортному значению с допустимым отклонением. Типичные значения — 350 Ом или 1000 Ом.

Начальный разбаланс не должен превышать 10% от номинального выходного сигнала. Для датчика с чувствительностью 2 мВ/В при питании 10 В допустимый разбаланс составляет 2 мВ.

Превышение этих параметров говорит о повреждении или разрушении тензорезисторов и выходе датчика из строя.

Альтернативные методы измерения деформаций

Помимо тензорезисторных датчиков, для измерения деформаций применяются и другие методы:

• Механические тензометры — измеряют удлинение с помощью рычажных механизмов
• Оптические методы — используют интерференцию света или лазерное сканирование
• Акустические датчики — основаны на изменении скорости звука в деформированном материале
• Емкостные датчики — измеряют изменение емкости при деформации
• Пьезоэлектрические датчики — генерируют заряд при деформации кристалла

Однако тензорезисторные датчики остаются наиболее распространенными благодаря простоте, надежности и высокой точности.

Преимущества и недостатки тензодатчиков

Основные достоинства тензорезисторных датчиков:

• Высокая точность измерений (до 0.02%)
• Широкий диапазон измеряемых усилий
• Малые габариты и вес
• Простота конструкции
• Низкая стоимость

К недостаткам можно отнести:

• Чувствительность к температуре
• Гистерезис и ползучесть
• Необходимость усиления сигнала
• Чувствительность к электромагнитным помехам

Однако применение современных материалов и схемотехнических решений позволяет минимизировать влияние этих факторов.

Перспективы развития тензометрии

Основные направления совершенствования тензодатчиков:

• Разработка новых тензочувствительных материалов
• Уменьшение размеров и энергопотребления
• Повышение температурной стабильности
• Интеграция с беспроводными технологиями
• Создание интеллектуальных датчиков с функциями самодиагностики

Развитие технологий производства и обработки сигналов позволит расширить области применения тензодатчиков и повысить точность измерений.

Как работает тензодатчик?

Опубликовано:

10.07.2021

Тензодатчиком называется датчик, преобразующий измеряе­мую деформацию твердых тел в электрический сигнал. Рассмотрим принцип действия и устройство тензодатчика сопротив­ления, преобразующего деформацию (растяжение или сжатие) в изменение электрического сопротивления проводников или полу­проводников.

Двухопорные тензодатчики: с цилиндрическими опорами и с плоскими опорами.

Изменение сопротивления проводника тензодатчика при действии деформации объясняется 2-мя причинами: изменением гео­метрических размеров (длины, диаметра проволоки) и измене­нием удельного сопротивления материала тензодатчика.

Работа тензодатчика характеризуется коэффициентом тензочувствительности (S), который равен частному от деления относи­тельного изменения сопротивления тензодатчика на его относи­тельную деформацию:

где L и R — соответственно длина и сопротивление датчика при отсутствии механического напряжения;

?L и ?R — соответственно изменение длины и сопротивления в результате воздействия внешнего деформирую­щего усилия.

Формула может быть представлена в виде:

Коэффициент тензочувствительности является безразмерной величиной и может быть как положительным (для материалов, у которых сопротивление при растяжении увеличивается), так и отрицательным (для материалов, у которых сопротивление при растяжении уменьшается). Для различных металлов значение S колеблется от —12,6 (никель) до +6 (платино-иридий). Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах 50—1000 Ом.

Проводниковые тензодатчики делают из металлической проволоки (никель, копель, константан и др.) диаметром 0,015 — 0,05 мм. Конструктивно они выполняются ненаклеиваемыми и наклеиваемыми.

Рисунок 1. Конструктивная схема исполнения ненаклеиваемого тензодатчика.

На рис. 1 приведено конструктивное исполнение ненаклеиваемого тензодатчика. Чувствительным элементом в нем являет­ся круглая проволока.

 

Наклеиваемый тензодатчик представляет собой тонкую про­волочку, сложенную в виде решетки (рис. 2) и обклеенную с обеих сторон изоляционными пластинками из папиросной бумаги, пленки лака или клея.

Для определения растяжения или сжатия пластинка прочно наклеивается на поверхность детали при помощи специального клея (например, БФ-2, БФ-4, бакелитового клея и др.), тензодатчики воспринимают деформации наружного во­локна детали и реагируют на растяжение и сжатие. В случае pacтяжения сопротивление проволочки тензодатчика увеличивается, а при сжатии — уменьшается.

Проволочные датчики имеют малый вес и габариты, практически безынер­ционны и потому могут измерять быстро меняющиеся деформации.

Рисунок 2. Конструктивная схема наклеиваемого тензодатчика.

Проволочные тензодатчики можно размещать в труднодоступных местах, они просты по конструкции и дешевы. Все перечислен­ные достоинства тензодатчиков вызвали их широкое распространение.

К недостаткам проволочных тензо­датчиков следует отнести малую вели­чину относительного изменения сопро­тивления и, следовательно, малую чувствительность. В связи с этим при использовании тензодатчиков следует применять измерительные схемы высо­кой чувствительности и сложности.

Проволочные тензодатчики применя­ют при измерении деформаций в деталях механизмов в качестве главных элементов датчиков усилий, веса, давления, крутящего момента и т. п.

Тензодатчик является составной частью электрического тензо­метра — прибора для измерения в твердых телах деформаций, возникающих под воздействием нагрузок.

Для измерения дефор­маций датчики включаются в мостовые или потенциометрические схемы. Тензодатчики позволяют измерять как статические, так и динамические деформации.

При необходимости регистрации сложных деформаций применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты; регистрация при этом производит­ся, например, на осциллографе, что делает установку значительно сложнее.

описание, инструкция и принцип работы

Тензодатчик – это специальный датчик, который позволяет преобразовывать измеряемую деформацию твердых тел в электрический сигнал.

В этой статье мы рассмотрим принцип действия и устройство тензодатчика. Также вы узнаете его сопротивление и преобразующую деформацию.

Особенности работы

Изменение сопротивления проводника тензодатчика во время деформации объясняется по двум причинам:

1. Изменением геометрических размеров.
2. Изменением удельного сопротивления материала.

Работа тензодатчика будет характеризоваться коэффициентом тензоустойчивости (S). Найти его можно по следующей формуле:

• L и R в этой формуле – это длина сопротивления датчика при отсутствии механического напряжения.
• ?L и ?R – изменение длины и сопротивления в результате воздействия внешнего деформирующего усилия.

Формула также может быть представлена в следующем виде:

Коэффициент тензоустойчивости считается безразмерной величиной и поэтому он может быть, как положительным, так и отрицательным показателем. Для разнообразных металлов значение S может колебаться от – 12.6 до +6. Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах от 50 до 1000 Ом.

Важно знать! Проводниковые тензодатчики изготовляют из металлической проволоки. Их диаметр составляет от 0.015 до 0.05 мм.

Наклеиваемый тензодатчик

Наклееваемый тензодатчик также пользуется популярностью. Он представляет собою тонкую проволоку, которая будет сложена в виде решетки. Также она будет обклеена с обеих сторон специальными изоляционными пластинками. Для определения растяжения или сжатия пластинку в обязательном порядке необходимо будет наклеить на поверхность детали с помощью специального клея.

Тензодатчики способны воспринимать все деформации наружного волокна детали и реагировать на сжатие или растяжение. Проволочные тензодатчики имеют небольшие размеры и поэтому являются безынерционными. В большинстве случаев подобные датчики размещают в труднодоступных местах. Благодаря ряду достоинств эти устройства действительно приобрели значительную популярность.

Конечно, после детального изучения, наклеиваемого тензодатчика можно выделить и его недостатки. К основному недостатку относится малая величина изменения сопротивления. В связи с этим во время проведения измерения, вам потребуется применять измерительные схемы высокой чувствительности.

Проволочные тензодатчики на сегодняшний день применяют при измерении деформаций в деталях разнообразных механизмов. Тензодатчик также является составной частью тензометра. Тензометр – это специальный прибор, который проводит измерения в твердых телах деформаций, возникающих во время нагрузки.

Для измерения разнообразных деформаций датчики будут включаться в мостовые или потенциометрические схемы. Благодаря использованию тензодатчиков у вас появится возможность измерять не только статические, но и динамические деформации.

Чтобы регистрировать сложные деформации тензодатчика специалисты применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты. Например, изучить сложные деформации можно с помощью оциллогрофа. Теперь вы знаете, как работает тензодатчик и его разновидности. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Как работает тензорезисторный датчик? Способы диагностики тензорезисторных датчиков.

Здравствуйте, друзья! Немного расскажу о тензорезисторных датчиках и о том как проверить тензодатчик на исправность. Часто случается ситуация, когда приходится менять неисправные тензодатчики в весах, и когда мы отдаем неисправный тензодатчик клиенту, клиент искренне не понимает, что с датчиком не так, спрашивает: “Что в нем сгорело?” Мы отвечаем, что ничего, датчик деформирован. Клиент смотрит на деталь, но никакой деформации не видит, думает: может обмануть хотят? Но мы не обманываем, датчик действительно неисправен. Просто на глаз неисправность тензодатчика не определить. И вот почему. 

 

 

Начнем с того, что тензорезисторный датчик представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует механическое воздействие в электрический сигнал. 

 

Механическая часть состоит из тела, которое подвергается нагрузке. 

 

Измерительная часть — это тензорезисторный мост. 

 

Чаще всего тензорезисторные датчики изготавливают из стали или алюминия. 

 

Формы тензорезисторных датчиков могут быть различными, одна из самых популярных — консольная балка. 

 

При изготовлении балочного тензодатчика металлическая балка обрабатывается таким образом, что в теле балки создаются технологические прослабления — полости.  

 

В местах, где создается меньшая толщина материала балка более чувствительна к механической деформации.  

 

В этих участках создается наибольшее механическое напряжение при прикладывании силы к балке. Механическое напряжение — это мера деформации упругого тела. Если сильно упростить скажем так — там где тонко, там гнется сильнее. 

 

Для примера возьмем консольные балочные датчики, которые используются в торговых весах.  

 

Вот алюминиевая балка с полостью. Где больше всего выбрано материала, там и создаются наиболее чувствительные к деформации участки. На этих участки и наклеиваются тензорезисторы. 

 

Тензорезистор — это тонкопленочный резистор, который растягивается или сжимается вместе с материалом на который этот резистор приклеен. Когда тензорезистор растягивается, то сечение его проводника уменьшается, а длина увеличивается, представьте резинку, если ее растянуть — она становится тоньше, но длинее. Так и в тензорезисторе при растяжении или сжатии меняется сечение проводника и длина, в следствии чего меняется и электрическое сопротивление тензорезистора.

  

 

Как мы знаем, чем тоньше и длиннее проводник, тем току будет сложнее по нему пройти, чем толще и короче проводник, тем току проще пройти. Это как с водой в трубе, чем труба длиннее и тоньше, тем воде сложнее пройти, чем труба короче и толще, тем воде проще через нее пройти.  

 

Подытожим:  

 

Тензорезистор наклеивается на материал  

 

Материал получает упругую деформацию  

 

Тензорезистор вместе с материалом растягивается или сжимается 

 

Тензорезистор изменяет сопротивление  

 

В свою очередь изменяется и ток, который протекает по тензорезистору 

 

Так мы переходим ко второй части тензодатчика — измерительной. Как я уже сказал измерительная часть состоит из резисторов, которые соединены в мостовую схему. 

 

Изображу схему резисторного моста. Наиболее простая схема состоит из четырех резисторов. 

 

Такое соединение имеет диагональ питания. И сигнальную диагональ. На диагональ питания подается напряжение, и ток потечет от одного полюса к другому, через ветви моста, назовем их левая и правая ветви для наглядности. Тензорезисторы подобраны таким образом, что левая и правая ветвь имеет одинаковое электрическое сопротивление.  

 

Давайте упростим схему. Сложим сопротивление резисторов R1+R2 и сопротивление резисторов R3+R4 по правилу последовательного соединения. Теперь мы получили два резистора, которые соединены параллельно. Когда эти два параллельных сопротивления одинаковы, то ток будет протекать по ним одинаковый — это так называемый делитель тока.  Поскольку ток при равных сопротивлениях ветвей моста будет протекать одинаковый, то в точках измерительной диагонали разности потенциалов возникать не будет. В таком случае мост называют сбалансированным. 

 

Как только к тензодатчику прилагается усилие, сопротивление ветвей меняется, мост получает разбаланс, по ветвям начинает протекать разный ток, в следствии перекоса тока, в точках измерительной диагонали появится разность потенциалов, которую можно измерить мультиметром. 

 

Перейдем к нашим образцам. Это два консольных балочных датчика. Они имеют одинаковые формы, размеры и электрические параметры, но при этом один из них исправен, а другой — нет, он был подвержен необратимой деформации. Но по внешнему виду невозможно понять, где же исправный датчик, а где деформированный. 

 

Почему так происходит? Дело в том, что тензорезисторный датчик при допустимой механической нагрузке испытывает обратимые (упругие) деформации — это значит, что когда с датчика нагрузку убирают, то он возвращается к первоначальной форме. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов тела от положения равновесия (другими словами, атомы не выходят за пределы межатомных связей). 

 

Если же к датчику приложить разрушающую нагрузку, то он выйдет за предел упругости, это значит, что когда нагрузку уберут, то датчик уже не вернется в первоначальное состояние. В основе необратимых деформаций лежат необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия (то есть выход за рамки межатомных связей, после снятия нагрузки переориентация в новое равновесное положение). 

 

Т.е. деформация в тензодатчике проходит на атомно-молекулярном уровне и поэтому невозможно увидеть деформацию невооруженным взглядом. Но иногда, конечно бывает, что датчик разрушается физически, для этого датчику необходимо получить нагрузку в сотни или тысячи раз больше, чем та, на которую он рассчитан. 

 

Но по каким критериям можно определить работоспособность тензорезисторного датчика? Работоспособность тензоресисторного датчика выявляют по показаниям тензорезисторного моста. Для этого используют два критерия: 

 

Замер сопротивлений тензомоста 

 

Замер выходного сигнала тензомоста (замер начального разбаланса) 

 

Замер сопротивлений тензомоста в большинстве случаев не дает стопроцентного результата в определении исправности датчика, а помогает выявить наличие/отсутствие обрыва в цепи тензомоста. Ну, если датчик очень сильно деформирован, тогда да, по сопротивлению будет понятно исправен датчик или нет. Но зачастую так бывает, что сопротивления тензомоста в норме и близки к паспортным значениям, а весы с таким датчиком не работают. Тогда на помощь приходит вторая методика — замер начального разбаланса. 

 

Как я уже рассказывал выше, тензорезисторный мост сбалансирован, когда по его ветвям протекает одинаковый ток, в таком случае в точках сигнальной диагонали напряжение будет нулевым. Как только датчик подвергается нагрузке, мост получает разбаланс, сопротивление ветвей начинает отличаться, ток по ветвям потечет разный, и в точках измерительной диагонали появляется напряжение. 

 

Это напряжение тем больше, чем больше нагрузку получает датчик. Если вообще все очень сильно упростить, то весы это вольтметр, который замеряет напряжение на сигнальной диагонали тензомоста и пересчитывает милливольты в единицы массы. 

 

Какая допустимая величина начального разбаланса тензомоста? Как определить порог, после которого величина выходного сигнала тензодатчика считается завышенной, а датчик неисправным.  

 

Нулевой выходной сигнал — это идеальный уровень сигнала ненагруженного исправного тензодатчика (0 милливольт).  

 

Уровень выходного сигнала ненагруженного тензодатчика, замерив который можно смело отбраковать датчик рассчитывается так: 

 

Берется напряжение питание тензодатчика, к примеру 5 вольт 

 

Перемножается на коэффициент чувствительности тензодатчика (РКП), для настольных весов это чаще всего 1.2 милливольта/вольт. 

 

Получаем 6 милливольт — это тот сигнал, который будет выдавать тензодатчик при полной нагрузке (полный сигнал). 

 

Начальный разбаланс моста тензодатчика не должен превышать 10% от полного сигнала. Т.е. в нашем случае 0.6 милливольта. 

 

По результатам измерений параметров дву датчиков выявляем неисправный.

 

Неисправный тнзодатчик хоть и имеет завышенный почти в четыре раза начальный сигнал, но тем не менее продолжает реагировать на нагрузку. Несмотря на это, в весах его использовать уже нельзя. Но почему так делается, ведь датчик реагирует на нагрузку и при большей деформации? Почему весы уже не могут работать с таким тензодатчиком, ведь мультиметр замеряет сигнал и мы можем его видеть?  

 

Дело в том, что производитель должен гарантировать линейность показаний тензодатчика, стабильность показаний тензодатчика, и верность показаний. Если в промышленности допускать применение тензодатчиков, с начальной деформацией более 10%, то цена ошибки может быть высокой. А предсказать, как себя поведет такой деформированный датчик и что он наизмеряет никто не сможет. 

 

Как работают датчики деформации?

Тем не менее что же такое напряжение?

«Вы чувствуете напряжение? Напряги все силы! Не напрягайся!» В быту мы применяем эти понятия, закладывая в них иной смысл, нежели их принято применять в науке. Более того, это понятие оказалось настолько универсальным, что несколько разделов науки с удовольствием оперирует термином «напряжение». Оно может быть электрическим и измеряется в вольтах, а может быть механическим. Именно механическому напряжению посвящена данная статья.

Напряжение – это измерение того, какое внутреннее давление создается в материале, когда на него действует внешняя сила. Чем больше сила или меньше площадь, на которую она действует, тем больше вероятность того, что материал будет деформироваться (менять форму). Подобно давлению, мы измеряем напряжение путем деления силы, действующей на определенную область, на площадь этой определенной области, поэтому напряжение = сила / площадь.
Деформация — это то, что происходит в результате напряжения. Если материал подвергается воздействию силы, он часто меняет форму и становится немного длиннее (при растяжении) или короче (при сжатии). Деформация определяется как изменение длины (размера), вследствие воздействия силы, деленное на исходную длину (размер) материала. Поэтому, если вы потянете кусок резины длиной 10 см, и он растянется еще на 1 см и станет длиной 11 см, деформация составит 0,1.

Фото: этот лабораторный стенд предназначен для проверки прочности материала путем его разрыва. Тензометрические датчики, прикрепленные к материалу (в данном случае это алюминиевый цилиндрический образец), позволяют ученым изучать напряжения в материале и изменения при его деформации.

Напряжение материалов

Различные материалы ведут себя очень по-разному при одинаковом напряжении. Если вы натяните резиновый жгут, он соответственно растянется, перестанете тянут – жгут вернется к своей исходной длине. Когда материалы возвращаются к своей первоначальной форме и размеру после снятия усилия, мы говорим, что они претерпели упругую деформацию. Так ведут себя многие материалы, включая резину, некоторые пластмассы и многие металлы (которые, как вы, возможно, удивитесь, совершенно упруги при воздействии малых усилий). В конце концов, упругие материалы достигают точки, когда они не могут справиться с дополнительным напряжением и растягиваются постоянно. Такое изменение называется пластичной деформацией. Обратите внимание, что правильное значение пластика — это то, что сравнительно легко меняет форму. Вот почему пластмассы называют пластмассами: при изготовлении они легко формуются в разные формы.

Если вы инженер, то напряжения и деформации невероятно важны. При разработке чего-либо от автомобильного двигателя до моста, от ветряной мельницы до крыла самолета, вы знаете, что оно будет подвержено воздействию некоторых, порой довольно больших, сил. Могут ли материалы, которые вы планируете использовать, противостоять этим силам? Будут ли они незначительно упруго деформироваться и безопасно возвращаться к своей первоначальной форме и размеру? Будут ли они разрушаться после повторяющихся деформаций в следствие такого процесса, как, например, усталость металла (когда повторяющаяся деформация приводит к ослаблению металла и его внезапному разрыву). Вам нужно использовать что-то более упругое, чтобы обеспечить безопасность? А как это узнать? Вы можете сделать свои расчеты в лаборатории и попытаться выяснить это заранее. Вы даже можете создать сложные компьютерные/математические модели этого процесса. Тем не менее, только натурные испытания позволят вам проверить свои вычисления на предмет наличия ошибок, учесть ранее неучтенные факторы, применить не гипотетические образцы, а реальные вышедшие из реального производства. Надежный способ получить ответ о том, как материалы справляются с реальным напряжением — это использовать тензорезисторы, которые позволяют измерить даже самые незначительные изменения (за счет своей «аналоговости» они имеют практически бесконечную чувствительность).

Тензорезистором можно назвать датчик, который преобразует собственную деформацию в изменение собственных электрических характеристик, а поскольку его собственная деформация практически равна поверхностной деформации испытуемого материала, то можно сказать так: тензорезистор – это датчик, преобразующий поверхностную деформацию испытуемого материала в изменение собственных электрических характеристик. 

Фото: Тензометрическая колесная пара для проведения натурных испытаний. Фото предоставлено одним из ведущих предприятий разработки и испытаний ж/д техники – ТИЦ ЖТ.

Однако путь к тензорезисторам был долог и сложен. Было предпринято множество способов измерения деформации, одни из которых применяются до сих пор. Рассмотрим это ниже.

Типы датчиков деформации

Существует пять основных типов датчиков деформации: механические, гидравлические, электрические, оптические и пьезоэлектрические. Давайте рассмотрим и сравним, как они работают.

Механические

Предположим, образовалась трещина в стене дома из-за проседания грунта и необходимо проверить, развивается ли эта трещина. Позвоним специалистам, и они, вероятно, приклеят кусок твердой плексигласовой пластмассы с линиями и шкалой прямо над трещиной, иногда называемый как трещинный монитор или пластинчатый маяк. При внимательном его рассмотрении вы обнаружите, что он фактически состоит из двух отдельных пластиковых слоев: один слой имеет линейчатую шкалу, а другой слой имеет стрелку или указатель. Вы приклеиваете один слой к одной стороне трещины и один слой к другой, чтобы, когда трещина открывалась, слои очень медленно скользили друг за другом, и вы могли видеть указатель, перемещающийся по шкале. В зависимости от того, как быстро развивается трещина, вы понимаете насколько быстро это проблему нужно решить!

Фото: Пластинчатый маяк (изображение взято из интернет по следующему адресу: https://zishop.toist.ru/nabor/nabor-monitoring-treshin-lajt/)

Некоторые подобные механические датчики еще более грубые, чем этот. Просто прикрепляется кусок пластика или стекла через трещину и ожидаем, когда он разрушится при развитии трещины.

Существует огромное количество механических датчиков (экстензометров, прогибомеров, клинометров, сдвигомеров, тензометров и т.п.) Наиболее совершенным и распространённым механическим датчиком деформации является рычажный тензометр Гугенбергера. Подробно останавливаться на них не будем.

Схема: рычажный тензометр Гугенбергера

Гидравлические

Одной из проблем с датчиками деформации является обнаружение очень малых деформаций. Например, вы можете представить себе ситуацию, когда здание медленно движется, но это движение настолько мало, что оно не проявляется, возможно, пока не появятся видимые признаки – трещины, провалы земли, видимые наклоны. Для простого датчика трещин, такого как описанные выше, требуется 1 мм движения здания, чтобы произвести 1 мм движения на поверхности датчика трещин. При этом достаточно тяжело определить точку, к которой нужно прикрепить такой тензометр. Но что, если мы хотим обнаружить наименьшие движения, которые не проявляются в масштабе? В этом случае нам действительно нужен датчик с рычагом, который усиливает деформацию, поэтому даже незначительное движение элемента вызывает очень большое и легко измеряемое движение указателя по шкале (как это было реализовано в рычажном тензометре Гугенбергера).

Эту проблему попытались решить с помощью гидравлических датчиков деформации.

Гидравлические датчики деформации по сути работают так же, как простые шприцы. Шприцы — это, по сути, гидравлические поршни, в которых небольшое движение жидкости в большом поршне (та часть, на которую вы нажимаете пальцем) вызывает гораздо большее движение жидкости в небольшом поршне, прикрепленном к нему (игла, из которой выходит жидкость). Легко предположить, как это можно использовать в датчике деформации: вы просто подключаете свой большой поршень к тому, что он производит, и используете меньший поршень в трубке меньшего размера, помеченной шкалой, чтобы узнать, сколько произошло движения. Относительный размер поршней определяет, насколько увеличено движение, которое вы пытаетесь обнаружить. Как правило, гидравлические датчики, подобные этому, умножают движение примерно в 10 раз и обычно используются в геологии.

Простой пример гидравлического датчика деформации. Напряжение, которое вы хотите измерить, давит на зеленую кнопку (вверху слева). Это приводит в движение большой широкий поршень (желтый, 55) в гидравлический цилиндр (красный, 56), выталкивая захваченную жидкость (синего цвета, 57) через узкую трубу. Это гидравлический принцип в действии: малые движения зеленой кнопки и желтого поршня увеличиваются в гораздо большие движения за счет узости трубки. Жидкость течет в свернутую трубку Бурдона (оранжевая, 83), которая раскручивается в зависимости от давления внутри нее, натягивая рычажный механизм (темно-синий, 84, 85), изменяя перекрытие между двумя индукционными катушками так, что они отправляют электрический ток в цепь. Таким образом, сила нажатия на зеленую кнопку преобразуется в измеримый электрический сигнал (из патента США 2,600,453: способ и устройство для управления теплом в процессах горячей обработки. Автор RichardWeingart. 17 июня 1952 года).

Тензорезисторы (за счет изменения электрического сопротивления)

Если вы проектируете что-то вроде крыла самолета, как правило, вам нужно проводить гораздо более сложные измерения, чем позволяет простой механический датчик деформации, тем более что усилие имеет разное направление и огромную частоту. Возможно, вы захотите измерить напряжение во время взлета, например, когда двигатели производят максимальную тягу. Вы не можете прикрепить маленькие пластиковые тензодатчики к крылу и выходить, чтобы измерить их во время полета, но вы можете использовать тензорезисторы, чтобы сделать то же самое с помощью регистратора в салоне самолета.

Наиболее распространенные электрические датчики деформации — тензорезисторы — это тонкие прямоугольные полоски фольги с лабиринтными схемами разводки, которые ведут к паре электрических кабелей. Вы прикрепляете фольгу к материалу, который хотите измерить, и подключаете кабели к контрольной цепи. Когда материал, который вы испытываете, напряжен, фольга гнется, и проволока либо растягивается (так что становится немного тоньше), либо сжимается (поэтому становится чуть толще). Изменение толщины(площади сечения) металлической фольги/провода изменяет его электрическое сопротивление, потому что электронам труднее переносить электрический ток по более узким проводам. Таким образом, все, что вам нужно сделать, это измерить сопротивление (обычно используя мост Уитстона), и, с небольшим количеством соответствующего преобразования, вы можете рассчитать деформацию. Если задействованные силы невелики, деформация будет упругой, и тензодатчик в конечном итоге вернется к своей первоначальной форме, так что вы сможете продолжать проводить измерения в течение определенного периода времени, например, во время испытательного полета самолета-прототипа.

Подобные тензометрические датчики были изобретены в 1938 году профессором Массачусетского технологического института Артуром Руге (1905–2000 гг.) для помощи в обнаружении землетрясений.

Фото: крупный план двух электрических датчиков деформации — тензорезисторов. На подложке из фольги хорошо видны узоры, похожие на лабиринты. Они изменяют форму, вызывая изменение сопротивления проводов, когда фольга изгибается под действием напряжения.

Рисунок: справа: иллюстрация оригинального тензорезистора Артура Руге из патента США, который он подал в сентябре 1939 года. Он состоит из проводящей металлической нити (желтого цвета), натянутой между парой гребнеобразных опор (синего цвета) и подключен к контактам (красный), которые могут быть подключены к цепи. По мере того как напряжение изменяется, нить деформируется, а ее сопротивление увеличивается или падает. Измерение сопротивления — это способ косвенного измерения напряжения. Датчик содержит вторую аналогичную нить (оранжевую), которую можно использовать для компенсации любых изменений сопротивления, вызванных исключительно изменениями температуры. Идея состоит в том, чтобы выбрать разные материалы для двух нитей, чтобы их температурные изменения не влияли друг на друга. Руге изготавливал свои нити из чувствительных к деформации сплавов, таких как Advance (медь-никель) и нихром (никель-хром). (Из патента США 2,350,972: тензорезистор, автор Arthur C. Ruge, 6 июня 1944 г.)

Тензорезисторы в настоящее время являются основой науки изучения деформаций. Большинство датчиков силы, веса, крутящего момента, давления, перемещения и ускорения (акселерометры) созданы на их основе.

Оптические датчики деформации

Некоторые материалы меняют свои оптические свойства (светопропускание или отражение), когда они напряжены и деформированы, например, стекло и пластик. Хотя стекло является удивительно полезным и универсальным материалом, оно хрупкое и потенциально очень опасно: если оно слишком сильно деформировано, оно может внезапно расколоться или разбиться. Это может быть реальной проблемой при использовании его в чём-то вроде лобового стекла автомобиля или иллюминаторов самолета. Один из способов обнаружения деформации в стекле — направить на него под углом поляризованный свет. Часть света будет отражена, а часть будет пропущена. Относительное количество проходящего и отраженного света будет меняться в зависимости от того, насколько сильно деформировано стекло. Измеряя количество отраженного света, мы можем точно измерить нагрузку на стекло.

Рисунок: Оптический тензодатчик, видимый сбоку (сверху) и сверху (снизу), работает аналогично устройству, называемому полярископом (или поляриметром). Он сделан из двух полых трубок (серый 1,2), расположенных под углом к стеклу (зеленый). Мощный источник (синий, 6) направляет сфокусированный луч (желтый) на стекло через поляризационный фильтр (красный, 8). В зависимости от того, является ли стекло деформированным, и насколько деформированным, свет отражается от поверхности стекла через второй фильтр (оранжевый, 9) и попадает на фотоэлемент (фиолетовый, 14). Он, в свою очередь, преобразует свет в электрический сигнал, заставляя стрелку в амперметре подниматься или опускаться (темно-синий, 15). Чем выше напряжение в стекле, тем больше света отражается и тем выше показания амперметра. (Из патента США 2119577: тензометрический датчик и метод измерения деформации в стекле, СэмюэльМакК. Грей, 7 июня 1938 года)

Вместе с тем, указанное выше решение не нашло широкого применения. Ему на смену пришел иной принцип использования света при изучении степени деформации.

Волоконно-оптические датчики деформации (ВОДД), ставшие развитием оптического типа датчиков деформации, обычно принадлежат к двум основным типам: ВОДД на решётках Брэгга и ВОДД на интерферометре Фабри-Перро. Вторые не получили широкого признания, но вот созданные на основе волоконной брэгговской решетка (ВБР), являются современным примером поиска замены ставшим классическими тензорезисторам сопротивления. Но стоимость такого решения всё ещё в разы дороже применения тензорезисторов, оно ограничено по частоте опроса/сбора данных и имеет ряд других особенностей.

Вопросу применения ВОДД на решётках Брэгга посвятим отдельный текст.

Пьезоэлектрические датчики деформации

Некоторые типы материалов, в том числе кристаллы кварца и различные типы керамики, являются эффективными «естественными» тензометрами. Если вы прикладываете к ним усилие, они создают крошечные электрические напряжения между их противоположными сторонами. Это явление называется пьезоэлектричеством и, вероятно, наиболее известно как способ генерирования сигнала хронометража в кварцевых часах. Измерьте напряжение с пьезоэлектрического датчика, и вы можете просто рассчитать деформацию. Пьезоэлектрические тензометрические датчики являются одними из наиболее чувствительных (примерно в 1000 раз больше, чем у более простых типов) и надежными и могут выдерживать годы многократного использования (вы иногда будете встречать их как«пьезоэлектрические преобразователи», потому что они преобразуют механическую энергию в электрическую).

Изображение: Как работает пьезоэлектрический тензодатчик. Прикрепите его к тестируемому объекту, который может быть простым стальным бруском (серый, 1). Датчик представляет собой плоский кристалл (синий, 3), с двумя параллельными поверхностями, на которых закреплены электроды (красного и оранжевого цвета, 4 и 5), прикрепленные к контактам (желтый, 6 и 7), которые замыкаются на внешнюю цепь – систему сбора данных. Нижняя поверхность кристалла (красного цвета) очень прочно связана цементом (8) с тестируемым образцом. По мере того как образец деформируется, кристалл также деформируется, генерируя небольшое напряжение между его верхней и нижней гранями при изменении его формы. Чем больше напряжение, тем больше деформация, поэтому измерение электрического напряжения является очень точным способом измерения механического напряжения (из патента США 2,558,563: пьезоэлектрический тензодатчик, автор WilliamJanssen, GeneralElectric, 26 июня 1951 г.).

Существует большое количество других типов датчиков деформации: акустических, тепловых, электромагнитных, рентгеновских и т.д. Но они не нашли широкого применения и не оставили в заметный след в истории вопроса.

Тензорезисторы в настоящее время представляют собой наиболее распространённый тип датчиков деформации.

На нашем сайте вы можете купить (заказать) тензорезисторы от японской компании TML, одного из лидеров в производстве тензорезисторов в мире.

Материалы для данной статьи взяты из источника по адресу: https://www.explainthatstuff.com/straingauge.html[Woodford, Chris. (2009/2015) Strain gauges. Retrieved from https://www.explainthatstuff.com/straingauge.html. Last updated: February 27, 2019. Доступ 19.04.2019)] 

Тензометрические датчики (Тензодатчики). Виды и работа. Устройство

На многих предприятиях существует необходимость для измерения различных параметров, изменения состояния деталей, различных конструкций. Для решения этих задач используются тензометрические датчики. Они преобразовывают величину деформации в электрический сигнал. Это получается за счет уменьшения или увеличения сопротивления датчика во время деформации, нарушения геометрии формы датчика от сжатия или растяжения. В результате определяется значение деформации.

Резистивный преобразователь, является главной составной частью высокоточных устройств и приборов. Изготавливают датчик из чувствительного тензорезистора, представляющего собой тонкую алюминиевую проволоку или фольгу. Резистор в результате деформации изменяет свое сопротивление, подает сигнал на индикатор.

Виды

В разных отраслях промышленности используется множество видов тензометрических датчиков:

• Приборы, измеряющие силу и нагрузку.
• Контроль давления.
• Измерители ускорения.
• Измерители перемещения.
• Датчики контроля момента для станков, моторов автомобилей.

Модели датчиков разнообразны, но чаще всего используется датчик определения веса, который изготавливается в различных вариантах: шайбовый, бочковой, S-образный. Исходя из назначения подбирается необходимое исполнение.

Тензометрические датчики имеют классификацию, как по форме, так и по особенностям конструкции, которая зависит от вида чувствительного элемента.

Применяются следующие виды датчиков:

• Из фольги.
• Пленочные.
• Из проволоки.

Датчик из фольги

Применяется в виде наклеивания на поверхность. Конструкция датчика состоит из фольговой ленты 12 мкм. Частично пленка плотная, остальная часть решетчатая. Эта конструкция отличительна тем, что к ней можно припаять вспомогательные контакты. Такие датчики легко используются при низких температурах.

Пленочные датчики

изготовлены по аналогии с фольговыми, кроме материала. Такие виды производятся из тензочувствительных пленок, имеющих специальное напыление, повышающее чувствительность датчика. Эти измерители удобно применять для контроля динамической нагрузки. Пленки изготавливаются из германия, висмута, титана.

Проволочный вариант

датчика может измерить точную нагрузку от сотых частей грамма до тонн. Они называются одноточечные, так как измерение происходит не на площади, а в одной точке, в отличие от датчиков из фольги и пленки. Проволочными датчиками можно контролировать растяжение и сжатие.

Принцип действия тензодатчиков

Тензометрические датчики представляет собой конструкцию из тензорезистора, имеющего контакт на панели. Она соприкасается с телом для измерения. Принципиальная схема действия датчика заключается в действии на чувствительный элемент исследуемой детали. Для подключения датчика к питанию используются электроотводы, соединенные с чувствительной пластиной.

В контактах существует постоянное напряжение. На тензодатчик кладется деталь через подложку. Вес детали разрывает цепь путем деформации. Деформация видоизменяется в сигнал тока.

Мост измерения тензодатчика дает возможность измерить минимальные нагрузки, расширяя этим применяемость прибора. Схема подключения мостом датчика основывается на законе Ома. Если сопротивления равны, то проходящий ток будет одинаковым. Действие снаружи обрело название «внешний фактор», изменение сигнала – «внутренний фактор». Тогда можно сказать, что принцип работы датчика заключается в определении внешнего фактора с помощью внутреннего.

В быту тензометрические датчики работают в весах. Тензорезисторы подключены с поверхностью работы весов. Подключение к питанию весов осуществляется через батареи.

Этот контрольный прибор имеет высокую точность. Погрешность чувствительных элементов составляет менее 0,02%, это высокий показатель. Существуют приборы с чувствительностью гораздо выше этого. Их работа основана на контроле действия силы. Значение силы давления прямопропорционально преобразованному сигналу тензодатчика.

Принцип действия датчиков силы

Датчики силы, другими словами динамометры входят в состав приборов, измеряющих вес. Их отсутствие делает невозможным работу системы по автоматизированию техпроцессов на производстве. Они используются в сельском хозяйстве, строительстве, металлургии.

Работа основывается на изменении деформации в сигнал. В действии происходит много разных явлений, которые обусловили несколько типов тензодатчиков:

• Тактильные.
• Резистивные.
• Пьезорезонансные.
• Пьезоэлектрические.
• Магнитные.
• Емкостные.

Тактильные датчики

Этот тип датчиков самый новый, появился после возникновения робототехники. Тактильные датчики делятся на: датчики усилия, касания, проскальзывания. Первые два определяют силу и отличаются сигналом. От других они отличаются небольшой толщиной из-за применения специальных материалов, обладающих прочностью, эластичностью, гибкостью.

Конструкция состоит из 2-х пластин(1 и 2). Между ними находится прокладка (3) с ячейками из изоляционного материала. Один провод соединен с верхней, второй с нижней пластиной. При воздействии силы на верхнюю пластину она прогибается и замыкается с нижней. Падение напряжения на резисторе является сигналом выхода.

Резистивный тензодатчик

Это широко применяемый вид датчиков, так как интервал усилий работы составляет от 5 Н до 5 МН, используются для разных нагрузок. Преимуществом его стала линейность сигнала выхода. Рабочий элемент – тензорезистор, состоящий из проволоки на гибкой подложке.

1 — Подложка
2 — Чувствительный элемент
3 — Контакты

Датчик приклеивают к измеряемому предмету. Под действием деформации изменяется сопротивление резистора, а соответственно подающего сигнала.

Пьезорезонансный тензодатчик

В этом типе датчиков применяются два эффекта: обратный и прямой. Элемент чувствительности датчика – резонатор. Пьезоэффект обратный обуславливается напряжением, которое вызывает заряды, это называется прямым пьезоэффектом.

Колебания резонатора вызывают резонансные колебания. Пьезорезонансные датчики подключаются по разным схемам. На рисунке изображена схема с генератором частоты и фильтра резонанса. Сила действует на резонатор, изменяет настройки частоты фильтра, от которых зависит напряжение выхода.

Пьезоэлектрические тензометрические датчики

Работа заключается на основе прямого пьезоэффекта. Им обладают такие материалы: кристаллы титаната бария, турмалина, кварца. Они химически устойчивы, имеют высокую прочность, их свойства мало зависят от окружающей температуры.

Суть эффекта состоит в действии силы на материал. Возникают заряды разной полярности, величина которых зависит от силы. Датчик состоит из корпуса, двух пьезопластин, выводов. При воздействии силы пластины сжимаются, возникает напряжение, поступающее на усилитель сигнала.

Такие тензометрические датчики используются для контроля динамических сил.

Магнитные тензометрические датчики

Магнитострикция является основным явлением для работы датчиков этого типа. Такой эффект меняет геометрию размеров в магнитном поле. Изменение геометрии изменяет магнитные свойства, что называется магнитоупругого эффекта. При снятии усилия свойства тела возвращаются.

Это определяется изменением расположения атомов в решетке кристаллов в магнитном поле или под действием силы. В нашем варианте катушка индуктивности расположена на ферромагнитном сердечнике. От силы сердечник деформируется, получая состояние напряженности.

Изменение сердечника дает изменение его проницаемости, а, следовательно, изменяется магнитное сопротивление и индуктивность катушки.

Широко применяемыми стали датчики с двумя катушками. Первичная – запитана генератором, во вторичной образуется ЭДС. Во время деформации магнитная проницаемость меняется. В результате меняется ЭДС 2-й обмотки.

Емкостные датчики

Это параметрический тип датчиков, представляющий собой конденсатор. Чем больше площадь пластин, тем больше емкость. А чем больше промежуток между пластинами, тем меньше емкость.

Это свойство применяют для конструкции емкостных датчиков. Чтобы было удобно пользоваться измерениями, емкость преобразуют в ток. Для этого пользуются разными схемами подключения.

Обычно применяют вариант со сжатием диэлектрика между пластинами.

Преимущества тензометрических датчиков

• Повышенная точность измерения.
• Сочетаются с измерениями напряжений, не имеют искажений данных измерения. Это удобство незаменимо при применении датчиков на транспорте или в критических ситуациях и условиях.
• Малые размеры дают возможность применять их в любых измерениях.

К недостаткам тензометрических датчиков, можно отнести снижение чувствительности при резких изменениях температуры. Для получения точных результатов рекомендуется делать контроль измерения при комнатной температуре.

Подключение тензодатчиков

Подключить тензометрические датчики можно легко самому, используя схему. Перед приобретением тензодатчиков определите длину кабеля подключения. Если короткий кабель наращивать в длину, то точность измерения индикатором будет значительно меньше. Оптимизацию этого параметра можно произвести контроллером SE 01, который действует вместо усилителя.

Если в конструкции весов применяются разные индикаторы, то их соединяют по параллельной схеме с помощью специальных коробок. Проводники датчиков обязательно заземляются, независимо от вида питания. Установка заземления производится в общей одной точке. Для этих целей применяется коробка для разветвления.

Далее проверяется правильность подключения по схеме датчиков, надежность контактов и заземления. Монтаж прибора осуществляется экранированным кабелем. Он заглушает помехи, вспомогательные модули при его использовании не нужны. По подобию подсоединяется преобразователь в дозатор.

Похожие темы:

принцип действия, описание, виды, схемы

Устройство и принцип работы

Основу тензодатчика составляет тензорезистор, оснащенный специальными контактами, закрепленными на передней части измерительной панели. В процессе измерения чувствительные контакты панели соприкасаются с объектом. Происходит их деформация, которая измеряется и преобразуется в электрический сигнал, передаваемый на элементы обработки и отображения измеряемой величины тензометрического датчика.

В зависимости от сферы функционального использования датчики различаются как по типам, так и по видам измеряемых величин. Важным фактором является требуемая точность измерения. Например, тензодатчик грузовых весов на выезде с хлебозавода совершенно не подойдет к электронным аптекарским весам, где важна каждая сотая часть грамма.

Рассмотрим более предметно виды и типы современных тензометрических датчиков.

Датчики крутящего момента

Датчики крутящего момента предназначены для измерения крутящего момента на вращающихся частях таких систем, как коленвал двигателя или рулевой колонки. Тензодатчики крутящего момента могут определять как статический, так и динамический момент контактным либо бесконтакным (телеметрическим) способом.

Тензодатчики балочного, консольного и кромочного типов

Эти типы датчиков изготавливают обычно на основе параллелограммной конструкции со встроенным элементом изгиба для высокой чувствительности и линейности измерений. Тензорезисторы в них закрепляются на чувствительных участках упругого элемента датчика и соединяются по схеме полного моста.

Конструктивно балочный тензодатчик имеет специальные отверстия для неравномерного распределения нагрузки и выявления деформаций сжатия и растяжения. Для получения максимального эффекта тензорезисторы по специальным меткам строго ориентируют на поверхности балки в ее самом тонком месте. Высокоточные и надежные датчики этого типа используют для создания многодатчиковых измерительных систем в платформенных или бункерных весах. Нашли они свое применение и в весовых дозаторах, фасовщиках сыпучих и жидких продуктов, измерителях натяжения тросов и других измерителях силовых нагрузок.

Принцип работы

Конструктивно прибор представляет собой тензорезистор с контактным элементом. Он закреплен на верхней панели устройства, которая соприкасается с измеряемым телом. Принцип работы любого тензодатчика основан на воздействии на чувствительный элемент определенной детали. Для включения датчика в сеть применяется специальные электрические отводы, которые подключаются к чувствительной пластине. Благодаря этому в контактном элементе наблюдается постоянное напряжение. Но, при работе датчика на специальную подложку устанавливается деталь. Её вес разрывает цепь и образовывается механическая деформация, которая при помощи контрольных контактов преобразуется в электрический сигнал.

Измерительный мост тензодатчика позволяет измерить наименьшие нагрузки, благодаря чему значительно расширяется использование прибора. Мостовая схема подключения тензометрического датчика основана на законе Ома, при котором если все сопротивления имеют равное значение, то ток, проходящий через резисторы, также будет иметь одинаковое значение. Здесь воздействие из вне принято называть «внешним фактором», а преобразование сигнала – «внутренним». Тогда принцип действия основан на анализе внешнего фактора при помощи внутреннего.

В бытовом использовании работы тензодатчиков наглядно демонстрируют электронные или цифровые весы. В них установлены специальные тензорезисторы, которые контактами соединены с рабочей поверхностью весов. Питание таких приборов производится при помощи батарей.

Фото — принцип работы тензометрического модуля Z-SG

Этот измерительный прибор обладает чрезвычайно высокой точностью анализа. Чувствительность рабочих элементов допускает погрешность не более 0,02 %, что является довольно высоким показателем. Но некоторые устройства выполняются с еще большим классом точности. Работа таких моделей основана на измерении силы воздействия на контакты. Электрический преобразованный сигнал является прямо пропорциональной величиной силе давления.

Достоинства тенодатчиков:

1. Высокая точность измерения;
2. Подходят для измерения статических и динамических напряжений, при этом, не искажают полученные данные. Это очень удобно при использовании устройств в транспортных средствах или экстремальных условиях работы;
3. Небольшие размеры позволяют использовать такие датчики практически в любых измерительных устройствах.

Но, у тензодатчиков есть и определенные недостатки. Любой преобразователь такого типа подвержен снижению чувствительности при перепадах температуры. Для наиболее точного измерения требуется производить опыты только при комнатной температуре и влажности не более 30 %.

Видео: Тензометрический датчик

Характеристика

Для изготовления тензометрических датчиков необходимо использовать материалы проволок, относительное изменение сопротивления которых пропорционально удлинению в максимальном диапазоне деформаций. При этом коэффициент пропорциональности k должен иметь большие значения. Для компактных устройств со значительной чувствительностью приходится применять материалы, обладающие высоким удельным сопротивлением. При этом температурная зависимость удельного сопротивления при изменении внешних условий должна быть незначительной, а лучше и вовсе отсутствовать.

Условия оптимального использования тензорезисторов:

• Малое различие между коэффициентами теплового расширения материала конструкции (или узла) и измерительной проволоки устройства.
• Нечувствительность к термическим напряжениям, которые возникают при соединении измерительного элемента с контролируемой частью оборудования или конструкции (для такого присоединения чаще всего используют пайку).
• Хорошая обрабатываемость паяных соединений, которая не изменяет эксплуатационные параметры оборудования.
• Надежность соединения, учитывающая возможные динамические удары и перемещения.

На параметр пропорциональности k влияют коэффициент Пуассона ε (представляющий собой условную меру изменения поперечного сечения детали при приложении к ней растягивающих напряжений) и теплофизические параметры материала, из которого изготовлен тензометрический прибор.

Принцип работы тензодатчика

Под воздействием механической нагрузки некоторые вещества меняют свое электрическое сопротивление. Тензочувствительность у разных материалов отличается. Если для металлической фольги коэффициент составляет от 2 до 5 единиц, то для кремния диапазон шире: от -125 до 200. Разрабатывая тензодатчики под конкретные нужды производители подбирают материал, исходя из тензочувствительности требуемой в конкретном применении и других технических характеристик.

Тензодатчик измеряет вес от 500 граммов до 600 тонн и более. Для каждой модели производитель заявляет пределы и точность измерения. Превышать указанный предел нагрузки запрещается. Это вызывает снижение точности, а при существенном увеличении запредельной нагрузки повлечет разрушение датчика и выход его из строя.

Тензодатчики рассчитан на определение одного из видов деформации: давление, растяжение, сдвиг, кручение. Они компактны. Тензодатчики размещают в опорах платформ, в точке подвеса емкости или внутрь цистерны. В последнем случае используются мембранные тензорезисторные датчики. Во влажных средах используются тензодатчики в защищенном от воды и пыли корпусе из нержавеющей стали, сплавов, устойчивых к коррозии.

Вступление

Технический термин, тензометрические датчики, вряд ли вам знаком, хотя с его работой вы сталкиваетесь достаточно часто. Любое взвешивание на электронных весах, не возможно без тензометрического датчика. Именно он преобразует механическую нагрузку на весы в электронный сигнал, который преобразуется в цифры на экране весового табло.

Но бытовое назначение тензометрического датчика не основное. Тензометрический датчик это основной элемент измерительной аппаратуры различного назначения. Датчики различного типа преобразуют на только силовую нагрузку в электронный сигнал, но и давление, ускорение, центробежную силу. Принципиально, тензодатчик преобразует любую деформацию в электронный сигнал пригодный для его фиксации и измерению.

Виды тензометров

Для измерения деформаций различных объектов были созданы тензометры, отличающиеся принципами действия и областями применения. По этим признакам измерительное оборудование подразделяют на следующие виды:

• механическое;
• резистивное;
• струнное;
• ёмкостное;
• индуктивное.

Механические

Измерения основаны на фиксации изменения длины объекта под нагрузкой. Работа механического тензометра заключается в определении зависимости удлинения тела от напряжения в поперечном сечении.

Резистивные

Плёночные тензоризисторы, наклеенные в разных направлениях на теле объекта, при его сжатии или растяжении меняют своё электрическое сопротивление вместе с объектом. Точность измерений деформаций обеспечивается работой не одного датчика, а группы тензорезистров.

Плёночные тензорезисторы

Струнные

Струнный вариант представляет собой стальную проволоку (струну), её натягивают между опорами, которые закрепляют на поверхности объекта. Суть измерений заключаются в определении отношения частоты колебания струны к степени её натяжения при изменении длины обследуемого тела под воздействием нагрузки.

Ёмкостные

В качестве датчика применяют конденсатор с переменной ёмкостью. Деформация объекта вызывает изменение зазора между пластинами конденсатора, что отражается на характеристике тока в измерительной схеме прибора.

Индуктивные

Устройство прибора основано на применении катушки индуктивности, в которой установлен подвижный сердечник. Он напрямую контактирует с поверхностью объекта. При малейшей деформации поверхности происходит смещение сердечника в катушке. Изменяющиеся параметры катушки индуктивности фиксируются через электросхему прибором.

Архивы

АрхивыВыберите месяц Июль 2020  (2) Июнь 2020  (1) Апрель 2020  (1) Март 2020  (3) Февраль 2020  (2) Декабрь 2019  (2) Октябрь 2019  (3) Сентябрь 2019  (3) Август 2019  (4) Июнь 2019  (4) Февраль 2019  (2) Январь 2019  (2) Декабрь 2018  (2) Ноябрь 2018  (2) Октябрь 2018  (3) Сентябрь 2018  (2) Август 2018  (3) Июль 2018  (2) Апрель 2018  (2) Март 2018  (1) Февраль 2018  (2) Январь 2018  (1) Декабрь 2017  (2) Ноябрь 2017  (2) Октябрь 2017  (2) Сентябрь 2017  (4) Август 2017  (5) Июль 2017  (1) Июнь 2017  (3) Май 2017  (1) Апрель 2017  (6) Февраль 2017  (2) Январь 2017  (2) Декабрь 2016  (3) Октябрь 2016  (1) Сентябрь 2016  (3) Август 2016  (1) Июль 2016  (9) Июнь 2016  (3) Апрель 2016  (5) Март 2016  (1) Февраль 2016  (3) Январь 2016  (3) Декабрь 2015  (3) Ноябрь 2015  (4) Октябрь 2015  (6) Сентябрь 2015  (5) Август 2015  (1) Июль 2015  (1) Июнь 2015  (3) Май 2015  (3) Апрель 2015  (3) Март 2015  (2) Январь 2015  (4) Декабрь 2014  (9) Ноябрь 2014  (4) Октябрь 2014  (4) Сентябрь 2014  (7) Август 2014  (3) Июль 2014  (2) Июнь 2014  (6) Май 2014  (4) Апрель 2014  (2) Март 2014  (2) Февраль 2014  (5) Январь 2014  (4) Декабрь 2013  (7) Ноябрь 2013  (6) Октябрь 2013  (7) Сентябрь 2013  (8) Август 2013  (2) Июль 2013  (1) Июнь 2013  (2) Май 2013  (4) Апрель 2013  (7) Март 2013  (7) Февраль 2013  (7) Январь 2013  (11) Декабрь 2012  (7) Ноябрь 2012  (5) Октябрь 2012  (2) Сентябрь 2012  (10) Август 2012  (14) Июль 2012  (5) Июнь 2012  (21) Май 2012  (13) Апрель 2012  (4) Февраль 2012  (6) Январь 2012  (6) Декабрь 2011  (2) Ноябрь 2011  (9) Октябрь 2011  (14) Сентябрь 2011  (22) Август 2011  (1) Июль 2011  (5)

Тензометрические датчики веса и силы широко применяются в современном взвешивающем оборудовании.

Чувствительным элементом такого оборудования является тензорезистор с электронной согласующей схемой, встроенные в алюминиевый или стальной корпус. Деформация объектов позволяет измерить различные физические величины, например, объем, силу и вес.

Внешнее электронное оборудование на основе показаний с датчиков определяет величину требуемого параметра. Схемо-технически подключение датчиков выбирается для компенсации температурного влияния.

Изменение сопротивления датчика от приложенной силы тензометрических датчиков носит линейный характер, что упрощает процесс преобразования.

Рис. 1

Тензорезисторы в зависимости от типа чувствительного материала делятся на проволочные, пленочные и фольговые. Наибольшее распространение получили фольговые датчики (Рис. 1), в которых тензоматериал 1 наносится на подложку 3 методом травления как в печатных платах.

Для защиты от внешней среды датчик покрывается защитным слоем 4. Выводы 2 служат для подключения внешней измерительной схемы.

Под действием груза или приложенной силы возникает деформация корпуса и тензористора, вызывая изменения сопротивления. Большая площадь тензометрических проводников обеспечивает хорошую чувствительность измерений.

Материалом для измерения деформации служит манганин или константан. Отличие пленочных датчиков (Рис. 2) состоит в используемым полупроводниковом чувствительном элементе М.

Поэтому пленочные тензорезисторы не применяют в условиях резкого колебания температур, т.к. тепловые процессы внутри полупроводника приводят к нелинейности выходного сопротивления.

Рис. 2

Измерительным элементом проволочных датчиков силы и веса  (Рис. 3) являются несколько параллельно соединённых

Рис. 3

тензочувствительных проводников 1.Параллельное соединение повышает чувствительность измерений. Гибкая подложка 3 подвергается внешней деформации, проводники залиты защитным слоем цемента или клея 4. К внешнему оборудованию датчик подключается через выводы 2.

Проволочные датчики в простейшем случае служат для измерения давления. В таких датчиках катушка из тензочувствительного материала, помещенная в объем измеряемой жидкости или газа меняет свое сопротивление под действием давления.

Максимальная нагрузка и точность измерения веса и силы зависит от конструктивных особенностей корпуса датчика и количества измерительных резисторов.

Верхний и нижний пределы измерения веса современных тензометрических весов колеблются от нескольких тонн до нескольких грамм. Одноточечные балочные датчики с одним измерительным элементом в большинстве случаев имеют алюминиевый корпус и используются для измерения небольшой массы груза в фасовочных и дозирующих системах (Рис. 4).

Одноточечные датчики преобразуют величину поперечной деформации в электрический сигнал.

Рис. 4

Электрическая измерительная часть тензометрического датчика надежно изолирована от внешней среды и не подвержена влиянию влажности и пыли и может работать в широком диапазоне температур (Для большинства датчиков от -40 до +80 градусов).

Выбор максимальной нагрузки, как правило, осуществляется с запасом для исключения повреждения датчика. Важным параметром датчиков веса и силы является класс точности. Наибольшее распространение получили датчики с классом С3 с нормированной по ГОСТу точностью в 0,002 %.

Чтобы снизить величину ошибки измерения для каждого вида датчика нужно выбрать правильное место установки.

Балочные датчики (Рис. 5) закрепляются неподвижно одним торцом, а на другой край подвешивается груз. Типичный вес нагрузки таких датчиков – от нескольких килограмм до нескольких тонн.

Рис.5

Цилиндрические тензометрические датчики силы (Рис. 6), также известные как «шайбовые», имеют стальной корпус, применяются для взвешивания грузов массой до нескольких десятков тонн. Такие датчики используется для модернизации устаревших бункерных весов, для определения массы автомобилей, вагонов, крупногабаритных емкостей.

Рис.6

S-образные датчики (Рис. 7)работают на сжатие и растяжение, являются  измерительной системой в подвесных весах.

Рис.7

Современные тензодатчики находят широкое применения для измерения различных параметров, связанных с механической деформацией объектов, таких вес, нагрузки износ оборудования. Такие системы применяются в охранных системах, металлургии, в промышленном оборудовании, при взвешивании автомобилей и другого транспорта и негабаритных грузов.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Как выбрать тензодатчик и комплектующие для весового оборудования?

Главная / Сервисная служба / Документация и программное обеспечение / Статьи Старые / Как выбрать тензодатчик и комплектующие для весового оборудования?

Как выбрать тензодатчик и комплектующие для весового оборудования?

Этот вопрос легко решается, если следовать советам компании ЮНИВЕС. Сначала поймём, что такое тензометрический датчик? Силоизмерительный тензодатчик предназначен для преобразования усилий (механических деформаций) в электрический сигнал и применяется как комплектующее изделие в весах, весодозирующих и силоизмерительных устройствах. Чтобы не ошибиться при выборе тензодатчика необходимо однозначно представлять себе следующие технические вопросы: 1. Возможные варианты размещения датчиков (датчика) в весовом устройстве в зависимости от его конструкции и предназначения. Возможно, ваша система взвешивания будет монтироваться на одном датчике либо Вы планируете использовать несколько датчиков

В случае, если центр тяжести находится ниже места крепления тензодатчика Вам следует обратить внимание на S-образные датчики растяжения. Если центр тяжести находится выше места крепления тензодатчиков Вам потребуются датчики сжатия

В случае использования одного датчика сжатия обратите внимание на алюминиевые датчики. Если используется несколько — на конструкции узлов встройки для выбранного типа датчика. 2. Максимальная удельная нагрузка на датчик и возможные перегрузки. Максимальная удельная нагрузка на датчик определяется как сумма веса весоприемной конструкции, собственно веса продукта и дополнительных нагрузок от внешних воздействий (возможных смещений груза, динамического нагружения, ветровых нагрузок). Желательно, чтобы рассчитанная максимальная удельная нагрузка не превышала НПВ датчика. Всегда выбирайте датчик с большим НПВ в случае, если рассчитанная максимальная удельная нагрузка несколько больше ближайшего значения НПВ. 3. Требуемая точность системы и желаемая дискретность отсчета. Различайте цену поверочного деления вашей весовой системы (е) и дискретность отсчета (d), которую может обеспечить ваша система. Помните, что погрешность измерения определяется нагрузочной кривой тензодатчика и жесткостью системы (отношением нагрузки к деформации), а дискретность — лишь возможностью АЦП весового индикатора. Для того чтобы достичь погрешности 0,03% Вам необходимо использовать датчик типа D3 или С3. Если Вам необходимо получить более высокие погрешности (0,02%) используйте датчики А5. Помните, что при использовании нескольких датчиков точность системы повышается в N раз, где N — число датчиков. Выбирая датчик знайте, что CAS обеспечивает 40% рабочий интервал для всех датчиков, т.е любой датчик будет соответствовать своим метрологическим данным D3, С3 или А5 даже при использовании 40% рабочего диапазона. 4. Устойчивость показаний. Для устойчивой оцифровки аналогового сигнала весовым индикатором рекомендуется выполнение следующего условия 1d = 1,5…2,0 мкВ. При этом обращайте внимание на рабочий коэффициент передачи датчика (РКП) и выбирайте НПВ датчика(ов) с разумным запасом. 5. Условия эксплуатации датчиков. Всегда обращайте внимание на указанную степень защиты (IP) датчика. Помните, что для использования в агрессивных средах следует использовать датчики с IP не ниже 67. 6. Предполагаемые инвестиции (выбирайте согласно принципу цена-качество). Самым надёжным в конструкции — датчики, так как именно этот элемент конструкции определяет точность, надежность и долговечность весовой системы в целом.Поэтому помните, что скупой платит дважды. 7. Формальности при покупке и гарантийные обязательства. При покупке датчика проверьте наличие калибровочного сертификата датчика. Данный сертификат с указанием индивидуального номера датчика и его технических характеристик является одновременно инструкцией по эксплуатации данного датчика и его гарантийным талоном. Помните, что продавец в праве отказать в бесплатном ремонте или замене датчика, в случае потери калибровочного сертификата датчика. Всегда сохраняйте индивидуальный калибровочный сертификат. В случае необходимости Вы можете получить копию метрологического сертификата о внесении данного типа датчика в государственный реестр средств измерений. 8. Что дальше? Вам необходимо выбрать весовой индикатор и, если Вы намерены использовать более одного датчика, — соединительную коробку. На все возникшие вопросы Вам ответят специалисты компании ЮНИВЕС по телефону.

описание, инструкция и принцип работы

Тензодатчик – это специальный датчик, который позволяет преобразовывать измеряемую деформацию твердых тел в электрический сигнал.

В этой статье мы рассмотрим принцип действия и устройство тензодатчика. Также вы узнаете его сопротивление и преобразующую деформацию.

Особенности работы

Изменение сопротивления проводника тензодатчика во время деформации объясняется по двум причинам:

1. Изменением геометрических размеров.
2. Изменением удельного сопротивления материала.

Работа тензодатчика будет характеризоваться коэффициентом тензоустойчивости (S). Найти его можно по следующей формуле:

• L и R в этой формуле – это длина сопротивления датчика при отсутствии механического напряжения.
• ?L и ?R – изменение длины и сопротивления в результате воздействия внешнего деформирующего усилия.

Формула также может быть представлена в следующем виде:

Коэффициент тензоустойчивости считается безразмерной величиной и поэтому он может быть, как положительным, так и отрицательным показателем. Для разнообразных металлов значение S может колебаться от – 12.6 до +6. Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах от 50 до 1000 Ом.

Важно знать! Проводниковые тензодатчики изготовляют из металлической проволоки. Их диаметр составляет от 0.015 до 0.05 мм

Наклеиваемый тензодатчик

Наклееваемый тензодатчик также пользуется популярностью. Он представляет собою тонкую проволоку, которая будет сложена в виде решетки. Также она будет обклеена с обеих сторон специальными изоляционными пластинками. Для определения растяжения или сжатия пластинку в обязательном порядке необходимо будет наклеить на поверхность детали с помощью специального клея.

Тензодатчики способны воспринимать все деформации наружного волокна детали и реагировать на сжатие или растяжение. Проволочные тензодатчики имеют небольшие размеры и поэтому являются безынерционными. В большинстве случаев подобные датчики размещают в труднодоступных местах. Благодаря ряду достоинств эти устройства действительно приобрели значительную популярность.

Конечно, после детального изучения, наклеиваемого тензодатчика можно выделить и его недостатки. К основному недостатку относится малая величина изменения сопротивления. В связи с этим во время проведения измерения, вам потребуется применять измерительные схемы высокой чувствительности.

Проволочные тензодатчики на сегодняшний день применяют при измерении деформаций в деталях разнообразных механизмов. Тензодатчик также является составной частью тензометра. Тензометр – это специальный прибор, который проводит измерения в твердых телах деформаций, возникающих во время нагрузки.

Для измерения разнообразных деформаций датчики будут включаться в мостовые или потенциометрические схемы. Благодаря использованию тензодатчиков у вас появится возможность измерять не только статические, но и динамические деформации.

Чтобы регистрировать сложные деформации тензодатчика специалисты применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты. Например, изучить сложные деформации можно с помощью оциллогрофа. Теперь вы знаете, как работает тензодатчик и его разновидности. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Тензорезистивный метод

Сейчас это наиболее удобный и чаще других используемый метод. При деформации электропроводящих материалов (металлов, полупроводников) происходит изменение их удельного электрического сопротивления и, как следствие, — изменение сопротивления чувствительного элемента датчика. В качестве проводящих материалов обычно используются металлические плёнки, напылённые на гибкую диэлектрическую подложку. В последнее время находят применение полупроводниковые датчики. Сопротивление чувствительного элемента измеряется тем или иным способом.

Конструкция типичного металлического датчика

Плёночный тензорезистор. На подложку через фигурную маску в вакууме напылена или сформирована методами фотолитографии плёнка металла. Для подключения электродов выполнены контактные площадки (снизу). Метки облегчают ориентацию при монтаже.

На диэлектрическую подложку (например, полимерную плёнку или слюду) в вакууме через напыляют плёнку металлического сплава, либо формируют проводящую конфигурацию на подложке фотолитографическими методами. В последнем случае на предварительно напылённую сплошную плёнку металла на подложке наносят слой фоторезиста и засвечивают его ультрафиолетовым излучением через фотошаблон. В зависимости от вида фоторезиста, либо засвеченные, либо незасвеченные участки фоторезиста смываются растворителем. Затем незащищённую фоторезистом металлическую плёнку растворяют (например, кислотой), формируя фигурный рисунок металлической плёнки.

В качестве материала плёнки обычно используются сплавы, имеющие низкий температурный коэффициент удельного сопротивления (например, манганин) — для снижения влияния температуры на показания тензометра.

При использовании тензорезистор подложкой приклеивают к поверхности исследуемого на деформации объекта или поверхности упруго-деформируемого элемента в случае применения в весах, динамометрах, торсиометрах, датчиках давления и др., так, чтобы тензорезистор деформировался вместе с деталью.

Чувствительность к деформации такого тензорезистора зависит от направления приложения деформирующей силы. Так, наибольшая чувствительность при растяжении и сжатии — по вертикальной по рисунку оси и практически нулевая при горизонтальной, так как полоски металла в зигзагообразной конфигурации сильнее изменяют своё сечение при вертикальной деформации.

Тензорезистор включается с помощью электрических проводников во внешнюю электрическую измерительную схему.

Измерительная схема

Измерительный мост с вольтметром в диагонали. Тензорезистор обозначен R_x.

Обычно тензорезисторы включают в одно или два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного напряжения (диагональ моста A—D). С помощью переменного резистора R₂ производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствии приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B—C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор, дифференциальный усилитель или АЦП.

При выполнении соотношения R₁ / R₂ = R_x / R₃ напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление R_x (например, увеличивается при растяжении), это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов R_x и R₃ (B) и изменение напряжения диагонали B—C моста — полезный сигнал.

Изменение сопротивления R_x может происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов в мост.

Например, в схеме на рисунке вместо постоянного резистора R₃ включают такой же тензорезистор, как и R_x, но при деформации детали этот резистор изменяет своё сопротивление с обратным знаком. Это достигается наклейкой тензорезисторов на поверхности по-разному деформируемых зон детали, например, с разных сторон изгибаемой балки или с одной стороны, но со взаимно перпендикулярной ориентацией. При изменении температуры, если температура обоих резисторов равна, знак и величина изменения сопротивления (вызванного изменением температуры) равны, и температурный уход при этом компенсируется.

Также промышленностью выпускаются специализированные микросхемы для работы совместно с тензорезисторами, в которых помимо усилителей сигнала часто предусмотрены источники питания моста, схемы термокомпенсации, АЦП, цифровые интерфейсы для связи с внешними цифровыми системами обработки сигналов и другие сервисные функции.

Виды тензорезисторных датчиков

Одноточечные тензодатчики. Главным их как преимуществом, так и недостатком является возможность создания весоизмерительной системы используя лишь один датчик. Такие датчики применяются в фасовочном и дозирующем оборудовании, а также в конструкциях небольших платформенных весов с малой нагрузкой на платформу.

Т24А датчики тензорезисторные одноточечного типа	Т70А датчики тензорезисторные одноточечного типа	К-О-10А тензодатчики одноточечные

Тензодатчики балочного (консольного) типа (консольная балка сдвига). Используются как чувствительные элементы в весах и весоизмерительных системах с общим НПВ в 5-7 тонн.

Н2 датчики тензорезисторные балочного типа	Т2 датчики тензорезисторные балочного типа	К-О-14А тензодатчики балочные с сильфоном

S-образные тензодатчики (балка на растяжение-сжатие). Предназначаются для использования в подвесных и бункерных весах. Датчики укомплектованы шарнирными подвесами, за счет которых снижается затрачиваемое время на установку и запуск оборудования. В основе работы таких тензодатчиков лежит принцип преобразования механической силы растяжения/сжатия в электрический сигнал, пропорциональный этой механической силе.

С2 датчики тензорезисторные S-образные	С2А датчики тензорезисторные S-образные	К-Р-16К тензодатчики S-образные

Цилиндрические тензодатчики. Работают по принципу преобразования показаний механической деформации при сжатии в пропорциональный электрический сигнал. Чаще всего применяются при выпуске новых или модернизации старых вагонных, автомобильных или многотонных бункерных весов, а также в испытательных стендах.

M50 датчики тензорезисторные	К-С-18Д тензодатчики цилиндрические	SHB датчики тензометрические

Колонные датчики. Силоизмеряющий элемент выполнен в виде колонны. Применяются в автомобильных весах, железнодорожных весах и т.д.

МВ датчики тензорезисторные колонного типа	МВ150 датчики тензорезисторные колонного типа	ST-T датчики тензометрические колонного типа

Датчики платформенного типа. Используются в производстве автомобильных, вагонных, бункерных и емкостных весов.

Торсионные тензодатчики. Также называются тензодатчиками мембранного типа, шайбами, «таблетками», круглыми датчиками. Используются для производства автомобильных, железнодорожных и емкостных весов, а также в конвейерном весовом оборудовании.

Прочие. Включают в себя специализированные узкопрофильные модели.

С2К датчики тензорезисторные специализированные для крановых весов	К-Р-20А тензодатчики на растяжение	К-Б-12Т тензодатчики силы натяжения троса

Вывод

Подводя итоги, можно сказать, что тензодатчик – это важный элемент, составляющий основу механизма любого электронного весоизмерительного оборудования. Электронное весовое оборудование, в отличие от механического оборудования, благодаря применению датчиков силы, стало менее громоздким, более точным и намного более функциональным. Электронная система с применением тензодатчиков позволила перейти на качественно новый уровень работы и полностью автоматизировать контрольно-измерительные процессы.

Чтобы правильно подобрать тензодатчики, узнать стоимость тензометрических датчиков весов или купить тензорезисторные датчики, вам достаточно позвонить по телефону +7 (4812) 209-311 или написать по электронной почте [email protected].

Оцените статью:

Как работает тензодатчик? — Блог о строительстве

Тензодатчик – это специальный датчик, который позволяет преобразовывать измеряемую деформацию твердых тел в электрический сигнал.

В этой статье мы рассмотрим принцип действия и устройство тензодатчика. Также вы узнаете его сопротивление и преобразующую деформацию.

Особенности работы

Изменение сопротивления проводника тензодатчика во время деформации объясняется по двум причинам:

Изменением геометрических размеров.Изменением удельного сопротивления материала.

Работа тензодатчика будет характеризоваться коэффициентом тензоустойчивости (S). Найти его можно по следующей формуле:

L и R в этой формуле – это длина сопротивления датчика при отсутствии механического напряжения.?L и ?R – изменение длины и сопротивления в результате воздействия внешнего деформирующего усилия.

Формула также может быть представлена в следующем виде:

Коэффициент тензоустойчивости считается безразмерной величиной и поэтому он может быть, как положительным, так и отрицательным показателем. Для разнообразных металлов значение S может колебаться от – 12.6 до +6. Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах от 50 до 1000 Ом.

Важно знать! Проводниковые тензодатчики изготовляют из металлической проволоки. Их диаметр составляет от 0.015 до 0.05 мм.

Наклеиваемый тензодатчик

Наклееваемый тензодатчик также пользуется популярностью.

Он представляет собою тонкую проволоку, которая будет сложена в виде решетки. Также она будет обклеена с обеих сторон специальными изоляционными пластинками. Для определения растяжения или сжатия пластинку в обязательном порядке необходимо будет наклеить на поверхность детали с помощью специального клея.

Тензодатчики способны воспринимать все деформации наружного волокна детали и реагировать на сжатие или растяжение.

Проволочные тензодатчики имеют небольшие размеры и поэтому являются безынерционными. В большинстве случаев подобные датчики размещают в труднодоступных местах. Благодаря ряду достоинств эти устройства действительно приобрели значительную популярность.

Конечно, после детального изучения, наклеиваемого тензодатчика можно выделить и его недостатки. К основному недостатку относится малая величина изменения сопротивления. В связи с этим во время проведения измерения, вам потребуется применять измерительные схемы высокой чувствительности.

Проволочные тензодатчики на сегодняшний день применяют при измерении деформаций в деталях разнообразных механизмов. Тензодатчик также является составной частью тензометра. Тензометр – это специальный прибор, который проводит измерения в твердых телах деформаций, возникающих во время нагрузки.

Для измерения разнообразных деформаций датчики будут включаться в мостовые или потенциометрические схемы. Благодаря использованию тензодатчиков у вас появится возможность измерять не только статические, но и динамические деформации.

Чтобы регистрировать сложные деформации тензодатчика специалисты применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты.

Например, изучить сложные деформации можно с помощью оциллогрофа. Теперь вы знаете, как работает тензодатчик и его разновидности. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Тензодатчиком называется датчик, преобразующий измеряе­мую деформацию твердых тел в электрический сигнал. Рассмотрим принцип действия и устройство тензодатчика сопротив­ления, преобразующего деформацию (растяжение или сжатие) в изменение электрического сопротивления проводников или полу­проводников.Двухопорные тензодатчики: с цилиндрическими опорами и с плоскими опорами.Изменение сопротивления проводника тензодатчика при действии деформации объясняется 2-мя причинами: изменением гео­метрических размеров (длины, диаметра проволоки) и измене­нием удельного сопротивления материала тензодатчика.Работа тензодатчика характеризуется коэффициентом тензочувствительности (S), который равен частному от деления относи­тельного изменения сопротивления тензодатчика на его относи­тельную деформацию:где Lи R— соответственно длина и сопротивление датчика при отсутствии механического напряжения;?Lи?R— соответственно изменение длины и сопротивления в результате воздействия внешнего деформирую­щего усилия.Формула может быть представлена в виде:Коэффициент тензочувствительности является безразмерной величиной и может быть как положительным (для материалов, у которых сопротивление при растяжении увеличивается), так и отрицательным (для материалов, у которых сопротивление при растяжении уменьшается).

Для различных металлов значение Sколеблется от —12,6 (никель) до +6 (платино-иридий). Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах 50—1000 Ом.Проводниковые тензодатчики делают из металлической проволоки (никель, копель, константан и др.) диаметром 0,015 – 0,05 мм.Конструктивно они выполняются ненаклеиваемыми и наклеиваемыми.Рисунок 1. Конструктивная схема исполнения ненаклеиваемого тензодатчика.На рис.

1 приведено конструктивное исполнение ненаклеиваемого тензодатчика. Чувствительным элементом в нем являет­ся круглая проволока.Наклеиваемый тензодатчик представляет собой тонкую про­волочку, сложенную в виде решетки (рис. 2) и обклеенную с обеих сторон изоляционными пластинками из папиросной бумаги, пленки лака или клея.Для определения растяжения или сжатия пластинка прочно наклеивается на поверхность детали при помощи специального клея (например, БФ-2, БФ-4, бакелитового клея и др.), тензодатчики воспринимают деформации наружного во­локна детали и реагируют на растяжение и сжатие.

В случае pacтяжения сопротивление проволочки тензодатчика увеличивается, а при сжатии – уменьшается.Проволочные датчики имеют малый вес и габариты, практически безынер­ционны и потому могут измерять быстро меняющиеся деформации.Рисунок 2. Конструктивная схема наклеиваемого тензодатчика.Проволочные тензодатчики можно размещать в труднодоступных местах, они просты по конструкции и дешевы. Все перечислен­ные достоинства тензодатчиков вызвали их широкое распространение.К недостаткам проволочных тензо­датчиков следует отнести малую вели­чину относительного изменения сопро­тивления и, следовательно, малую чувствительность.

В связи с этим при использовании тензодатчиков следует применять измерительные схемы высо­кой чувствительности и сложности.Проволочные тензодатчики применя­ют при измерении деформаций в деталях механизмов в качестве главных элементов датчиков усилий, веса, давления, крутящего момента и т. п.Тензодатчик является составной частью электрического тензо­метра — прибора для измерения в твердых телах деформаций, возникающих под воздействием нагрузок.Для измерения дефор­маций датчики включаются в мостовые или потенциометрические схемы. Тензодатчики позволяют измерять как статические, так и динамические деформации.При необходимости регистрации сложных деформаций применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты; регистрация при этом производит­ся, например, на осциллографе, что делает установку значительно сложнее.Поделитесь полезной статьей:

Главная» Электромонтаж» КИПиА» Как работает тензодатчик?

Содержание

1Особенности работы2Наклеиваемый тензодатчик

Тензодатчик – это специальный датчик, который позволяет преобразовывать измеряемую деформацию твердых тел в электрический сигнал.

В этой статье мы рассмотрим принцип действия и устройство тензодатчика. Также вы узнаете его сопротивление и преобразующую деформацию.

Особенности работы

Изменение сопротивления проводника тензодатчика во время деформации объясняется по двум причинам:

Изменением геометрических размеров.Изменением удельного сопротивления материала.

Работа тензодатчика будет характеризоваться коэффициентом тензоустойчивости (S). Найти его можно по следующей формуле:

L и R в этой формуле – это длина сопротивления датчика при отсутствии механического напряжения.?L и ?R – изменение длины и сопротивления в результате воздействия внешнего деформирующего усилия.

Формула также может быть представлена в следующем виде:

Коэффициент тензоустойчивости считается безразмерной величиной и поэтому он может быть, как положительным, так и отрицательным показателем.

Для разнообразных металлов значение S может колебаться от – 12.6 до +6. Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах от 50 до 1000 Ом.Важно знать! Проводниковые тензодатчики изготовляют из металлической проволоки. Их диаметр составляет от 0.015 до 0.05 мм.

Наклеиваемый тензодатчик

Наклееваемый тензодатчик также пользуется популярностью.

Он представляет собою тонкую проволоку, которая будет сложена в виде решетки. Также она будет обклеена с обеих сторон специальными изоляционными пластинками. Для определения растяжения или сжатия пластинку в обязательном порядке необходимо будет наклеить на поверхность детали с помощью специального клея.

Тензодатчики способны воспринимать все деформации наружного волокна детали и реагировать на сжатие или растяжение.

Проволочные тензодатчики имеют небольшие размеры и поэтому являются безынерционными. В большинстве случаев подобные датчики размещают в труднодоступных местах. Благодаря ряду достоинств эти устройства действительно приобрели значительную популярность.

Конечно, после детального изучения, наклеиваемого тензодатчика можно выделить и его недостатки. К основному недостатку относится малая величина изменения сопротивления. В связи с этим во время проведения измерения, вам потребуется применять измерительные схемы высокой чувствительности.

Проволочные тензодатчики на сегодняшний день применяют при измерении деформаций в деталях разнообразных механизмов. Тензодатчик также является составной частью тензометра. Тензометр – это специальный прибор, который проводит измерения в твердых телах деформаций, возникающих во время нагрузки.Для измерения разнообразных деформаций датчики будут включаться в мостовые или потенциометрические схемы.

Благодаря использованию тензодатчиков у вас появится возможность измерять не только статические, но и динамические деформации.Чтобы регистрировать сложные деформации тензодатчика специалисты применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты.Например, изучить сложные деформации можно с помощью оциллогрофа. Теперь вы знаете, как работает тензодатчик и его разновидности. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Источники:

• dekormyhome.ru
• fazaa.ru
• vse-elektrichestvo.ru

Как работает тензодатчик? Что такое тензодатчик?

Что такое датчик веса , какие существуют типы датчиков силы и как они работают при измерении силы? В этом подробном руководстве вы узнаете о функциях и возможностях различных тензодатчиков, также известных как датчики силы.

---

Датчик нагрузки , произведенный в США компанией FUTEK Advanced Sensor Technology (FUTEK), ведущим производителем датчиков нагрузки, производящим огромный выбор датчиков силы , использующих одну из самых передовых технологий в индустрии датчиков: тензодатчик из металлической фольги технология.Датчик силы определяется как преобразователь, который преобразует входную механическую нагрузку , вес, растяжение, сжатие или давление в электрический выходной сигнал (определение тензодатчика). Датчики силы также широко известны как Force Transducer . Существует несколько типов датчиков веса в зависимости от размера, геометрии и грузоподъемности.

Посетите наш магазин тензодатчиков. Доступно более 600+ типов тензодатчиков!

---

Что такое тензодатчик, датчик силы или датчик силы?

По определению, датчик веса (или датчик веса) — это тип датчика, в частности датчик силы.Он преобразует входную механическую силу , такую ​​как нагрузка , вес (также известные датчики веса), натяжение , сжатие или давление (также известные как датчики давления для измерения давления — что такое датчик давления?) В другое физическое состояние. переменная, в данном случае, в электрический выходной сигнал, который можно измерить, преобразовать и стандартизировать. По мере увеличения силы, приложенной к датчику силы, электрический сигнал изменяется пропорционально.

Преобразователи силы

стали важным элементом во многих отраслях промышленности, включая автомобилестроение, высокоточное производство, аэрокосмическую и оборонную промышленность, промышленную автоматизацию, медицину и фармацевтику, а также робототехнику, где надежное и высокоточное измерение нагрузки имеет первостепенное значение (т.е. медицинский тензодатчик). Совсем недавно, с развитием коллаборативных роботов (коботов) и хирургической робототехники, появилось много новых приложений для измерения силы , таких как миниатюрные медицинские датчики для роботизированной хирургии.

Миниатюрный линейный датчик нагрузки LCM100

Ячейка нагрузки через отверстие пончика ЛТх400 — Шайба силы

Посетите наш магазин тензодатчиков.Доступно более 600+ типов тензодатчиков!

Как работает тензодатчик?

Во-первых, нам необходимо понять физику и материалы, лежащие в основе принципа работы тензодатчика , тензодатчика (иногда называемого тензодатчиком ). Тензодатчик из металлической фольги — это материал, электрическое сопротивление которого зависит от приложенной силы. Другими словами, он преобразует (или преобразует) силу, давление, растяжение, сжатие, крутящий момент, вес и т. Д. В изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить.Таким образом, тензодатчик из металлической фольги является строительным блоком принципа работы датчика силы. Измерение веса с помощью тензометрического моста также является одним из замечательных приложений этой технологии.

Тензодатчики — это электрические проводники, плотно прикрепленные к пленке зигзагообразно. Когда эту пленку натягивают, она вместе с проводниками растягивается и удлиняется. Когда его толкают, он сокращается и становится короче. Это изменение формы вызывает изменение сопротивления в электрических проводниках.На основании этого принципа можно определить прилагаемую к весоизмерительной ячейке деформацию, поскольку сопротивление тензодатчика увеличивается с приложенной деформацией и уменьшается с уменьшением.

Рис. 1. Тензорезистор из металлической фольги. Источник: ScienceDirect

.

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

При приложении силы ( растяжение или сжатие ) металлический корпус действует как «пружина» и слегка деформируется, и, если он не подвергается перегрузке, возвращается к своей первоначальной форме. По мере деформации изгиба тензодатчик также изменяет свою форму и, следовательно, свое электрическое сопротивление, что создает изменение дифференциального напряжения через цепь моста Уитстона . Таким образом, изменение напряжения пропорционально физической силе, приложенной к изгибу.

Рис. 2: Деформация тензодатчика как при растяжении, так и при сжатии.

Посетите наш магазин тензодатчиков. Доступно более 600+ типов тензодатчиков!

Эти тензодатчики расположены в так называемой схеме моста Уитстона (см. Анимированную схему цепи датчика веса). Это означает, что четыре тензодатчика соединены между собой в виде замкнутой цепи, и измерительная сетка измеряемой силы выравнивается соответствующим образом.

Модуль усилителя тензодатчика (или преобразователи сигнала тензодатчика) подает регулируемое напряжение возбуждения на усилитель моста Уитстона тензодатчика и преобразует выходной сигнал мВ / В в другую форму сигнала, более полезную для пользователя.Сигнал, генерируемый тензометрическим мостом, является сигналом низкой мощности и может не работать с другими компонентами системы, такими как ПЛК, модули сбора данных (DAQ), регистраторы данных тензодатчиков, компьютеры или микропроцессоры. Таким образом, функции тензометрического усилителя включают в себя напряжение возбуждения, фильтрацию или ослабление шума, усиление сигнала и преобразование выходного сигнала (то есть АЦП с тензодатчиком).

Кроме того, изменение выходного напряжения усилителя тензодатчика откалибровано так, чтобы оно было линейно пропорционально силе Ньютона, приложенной к изгибу.

Рис. 3: Тензодатчик — схема Уитстона с полным мостом.

Важным понятием, касающимся датчиков силы, является чувствительность и точность тензодатчика. Точность датчика силы может быть определена как наименьшее количество силы, которое может быть приложено к корпусу датчика, необходимое для того, чтобы вызвать линейное и повторяемое изменение выходного напряжения. Чем выше точность тензодатчика силы, тем лучше, поскольку он может постоянно фиксировать очень ощутимые изменения силы. В таких приложениях, как высокоточная автоматизация производства, хирургическая робототехника, аэрокосмическая промышленность, линейность тензодатчиков имеет первостепенное значение для обеспечения точной подачи данных в систему управления PLC или DAQ при точном измерении силы.Некоторые из наших универсальных весоизмерительных ячеек типа «блины» демонстрируют нелинейность ± 0,1% (от номинальной мощности) и неповторяемость ± 0,05% RO.

Хотите узнать больше о тензодатчиках? Загляните в наш магазин тензодатчиков!

Каковы преимущества тензодатчиков?

Тензодатчики с тензометрическим датчиком из металлической фольги (а не с тензометрическим датчиком) являются наиболее распространенной технологией, учитывая их высокую точность, долгосрочную надежность, разнообразие форм и геометрии датчиков, а также экономическую эффективность по сравнению с другими технологиями измерения силы.Кроме того, тензометрические датчики силы меньше подвержены влиянию колебаний температуры.

• Самая высокая точность, которая может соответствовать многим стандартам от хирургической робототехники до авиакосмической промышленности;
• Прочная конструкция из высокопрочной нержавеющей стали или алюминия;
• Сохраняйте высокую производительность при максимально долгом сроке службы даже в самых суровых условиях. Некоторые конструкции тензодатчиков могут работать до миллиардов полностью обращенных циклов (срок службы).
• Множество геометрий и индивидуальных форм, а также варианты монтажа для ЛЮБОЙ шкалы В ЛЮБОМ месте.
• Полная гамма блюд с вместимостью от 10 граммов до 100 000 фунтов.

Какие типы датчиков веса?

Несмотря на то, что существует несколько технологий для измерения силы, мы остановимся на наиболее распространенном типе тензодатчиков: тензодатчиках из металлической фольги. В пределах типов датчиков силы существует множество форм и геометрий тела, каждый из которых предназначен для различных приложений. Познакомьтесь с ними, если хотите купить датчик веса:

• Линейный датчик нагрузки — Чаще всего называемый линейным датчиком силы с наружной резьбой.Этот тип датчика силы нагрузки может использоваться как в приложениях силы толкания, так и тяги. Проточные датчики обеспечивают высокую точность и высокую жесткость при минимальном необходимом монтажном зазоре. Они отлично подходят для выносливости, приложений для измерения усилия и датчика измерения силы для оборудования для тренировок в тренажерном зале. Также предлагается в миниатюрных версиях в виде микродатчик нагрузки (он же микродатчик силы, миниатюрный датчик нагрузки, миниатюрный датчик силы или миллиграммовый датчик нагрузки).
• Тензодатчик на колонне — FUTEK предлагает широкий ассортимент емкостных весоизмерительных ячеек (также известных как тензодатчики с колонной), предназначенных для высокопроизводительных приложений сжатия, таких как испытание силы зажима тисков станков с ЧПУ.Эти модели предлагают прочную конструкцию с грузоподъемностью от 2 000 до 30 000 фунтов. Компания FUTEK также разработала серию миниатюрных контейнеров для тензодатчиков для приложений, где размер является критическим фактором.
• Кнопка нагрузки — Эти датчики силы имеют одну плоскую выступающую поверхность (также известную как кнопка), на которую прикладывается сжимающая сила. Что впечатляет в кнопках загрузки, так это их низкопрофильная конструкция датчика веса. Какими бы небольшими они ни были, они известны своей надежностью и используются при усталостных нагрузках.Для некоторых приложений требуются миниатюрные режимы, такие как кнопка загрузки сверхминиатюрного тензодатчика LLB130. Измерение нагрузки на подшипник качения — это приложение, в котором используются кнопки нагрузки.
• Тензодатчик S Beam — С другими названиями, включая Z Beam Sensor, S-Type или Shear Beam Load Cell, S Beam Load Cell, S Beam Load Cell, S Beam Load Cell, S Beam Load Cell — датчик нагрузки растяжения и датчик давления сжатия с внутренней резьбой для монтажа. Этот тип датчика силы, обладающий высокой точностью, тонким динамометрическим датчиком и компактным профилем, отлично подходит для поточной обработки и приложений с автоматической обратной связью.Весоизмерительные ячейки S Beam также могут использоваться в качестве бесконтактного датчика потока в приложении для измерения расхода жидкости.
• Тензодатчик со сквозным отверстием — Также известный как тензодатчик со сквозным отверстием или тензодатчик с шайбой, датчик со сквозным отверстием традиционно имеет гладкий внутренний диаметр без резьбы, используемый для измерения сжимающих нагрузок, которые требуют, чтобы стержень проходил через его центр. Одно из основных применений этого типа датчика — измерение нагрузки на болты.
• Тензодатчики типа «блины» — Тензодатчики типа «блины» или универсальные датчики веса имеют центральное резьбовое отверстие для измерения нагрузок при растяжении или сжатии.Эти датчики силы используются в приложениях, где требуется высокая износостойкость, высокая усталостная долговечность или высокопроизводительные линейные измерения, например, силовые испытания материалов, тензодатчики для систем взвешивания резервуаров или тензодатчики кранов. Они также обладают высокой устойчивостью к внеосевым нагрузкам и также доступны в виде низкопрофильных тензодатчиков типа «блины».
• Датчик нагрузки на конце стержня — Также известный как датчик нагрузки с приводом, этот тип датчика нагрузки предлагает одну наружную резьбу и одну внутреннюю резьбу для установки.Комбинация наружной и внутренней резьбы хорошо подходит для приложений, в которых необходимо адаптировать датчик силы к существующему приспособлению.
• Весоизмерительный датчик с изгибающейся балкой — Обладает тонкой конструкцией, что делает его идеальным для OEM-приложений. Весоизмерительные ячейки с изгибающимися балками, используемые при сжатии, можно использовать для измерения силы, поверхностного давления и смещения в OEM-приложениях. Консольные весоизмерительные ячейки благодаря своему миниатюрному размеру — отличный выбор для работы в тесных условиях.
• Одноточечный датчик веса — Боковой датчик веса с одноточечной конструкцией, специально разработанный для OEM-приложений, требующих высокой точности или крупносерийного производства.Эти датчики силы на основе тензометрических датчиков измеряют растяжение и сжатие и также известны как компактные параллелограммные датчики или одноточечные датчики нагрузки. Боковые датчики нагрузки, такие как модель LSM300, являются рекомендуемым OEM-решением для измерения веса автоматических машин для розлива бутылок.

Также доступны другие уникальные конструкции, такие как датчики нагрузки со штифтом (также известный как штифт датчика веса), датчик нагрузки ремня безопасности и другие.

LLB130 Миниатюрная кнопка загрузки

LCA305 Миниатюрный тензодатчик с колонной

Посетите наш магазин весоизмерительных ячеек с более чем 600 типами весоизмерительных ячеек!

Как выбрать датчик нагрузки для вашего приложения?

Мы понимаем, что выбор подходящего датчика нагрузки — непростая задача, так как не существует реального отраслевого стандарта относительно того, как выбирать датчики нагрузки для продажи.Вы также можете столкнуться с некоторыми проблемами, в том числе с поиском совместимого тензометрического усилителя, формирователя сигнала тензодатчика или требования нестандартного продукта, который увеличил бы время доставки продукта.

Чтобы помочь вам выбрать датчик силы, компания FUTEK разработала простое руководство из 5 шагов. Вот краткая информация, которая поможет вам сузить круг выбора. Ознакомьтесь с нашим полным руководством «Важные соображения при выборе тензодатчика» для получения дополнительной информации.

• Шаг 1: Изучите свое приложение и то, что вы измеряете .Датчики нагрузки отличаются от промышленных датчиков давления (также называемых датчиком давления) или датчиков крутящего момента, и они предназначены для измерения нагрузок на растяжение и сжатие.
• Шаг 2 : Определите монтажные характеристики датчика и его сборку. У вас статическая нагрузка или она динамическая? Определите тип крепления. Как вы будете устанавливать этот датчик силы?

Диаграммы на линии

Схемы бокового монтажа

• Шаг 3 : Определите минимальные и максимальные требования к емкости. Обязательно выберите грузоподъемность над максимальной рабочей нагрузкой и определите все посторонние нагрузки (боковые нагрузки или нецентральные нагрузки) и моменты до выбора грузоподъемности. В некоторых случаях вам потребуется многоосевой датчик нагрузки, такой как 6-осевой датчик. Одним из типичных применений многоосных тензодатчиков в аэрокосмической отрасли является стенд для испытания тяги ракетного двигателя, необходимый для определения характеристик тяги и Isp ракетного двигателя в условиях статических испытаний.
• 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 моста, разрешение, частотная характеристика и т. Д.)Другие характеристики, которые следует учитывать, включают водонепроницаемый датчик силы (погружной датчик нагрузки), криогенный, высокотемпературный, множественные или дублирующие мосты и TEDS IEEE1451.4.
• Шаг 5: Определите тип вывода, который требуется вашему приложению. Выходные данные схемы датчиков силы указаны в мВ / В (милливольт на вольт). Следовательно, если вашему ПЛК, прибору или DAQ требуется аналоговый выход (т.Для некоторых приложений требуется цифровой индикатор весоизмерительной ячейки или портативный дисплей для локального считывания показаний весоизмерительной ячейки. Убедитесь, что вы выбрали правильный усилитель, а также откалибруйте всю систему измерения (датчик нагрузки + формирователь сигнала). Это готовое решение обеспечивает большую совместимость и точность всей системы измерения силы.

В сочетании с тросовым датчиком (он же струнный потенциометр) тензодатчики являются стержнем современной автоматизации производства.

FUTEK имеет специальные типы универсальных модулей формирования сигналов, которые поддерживают широкий диапазон входных сигналов датчиков, таких как ± 10 В постоянного тока, 0-20 мА, ± 400 мВ / В и входы импульсного типа TTL.Универсальный модуль формирования сигнала USB520 USB может работать в паре с датчиками различных типов и устраняет необходимость во внешнем источнике питания для датчика и оборудования отображения. Модуль питается от ПК через USB-кабель, обеспечивая напряжение возбуждения 5-24 В постоянного тока на датчик и одновременно 5 В постоянного тока для энкодеров.

Для получения более подробной информации о нашем Руководстве по 5 шагам, пожалуйста, посетите наш «Как выбрать тензодатчик» для получения полных рекомендаций.

Что такое цифровой датчик веса? Как это работает?

Что такое цифровой датчик веса и как они работают?

---

Цифровые весоизмерительные ячейки , произведенные в США компанией FUTEK Advanced Sensor Technology (FUTEK), ведущим производителем, производящим огромный выбор датчиков силы , использующих одну из самых передовых технологий в сенсорной индустрии: тензодатчик из металлической фольги технология.Датчик веса определяется как датчик, который преобразует входную механическую нагрузку, вес, растяжение, сжатие или давление в электрический выходной сигнал (определение датчика веса). Датчики силы также широко известны как Датчик силы . Существует несколько типов датчиков веса в зависимости от размера, геометрии и грузоподъемности.

---

Что такое тензодатчик с цифровым датчиком нагрузки?

По определению, датчик веса (или датчик нагрузки) является типом преобразователя, в частности преобразователем силы .Он преобразует входную механическую силу , такую ​​как нагрузка , вес , растяжение , сжатие или давление , в другую физическую переменную, в данном случае в электрический выходной сигнал, который можно измерить, преобразовать и стандартизировать. По мере увеличения силы, приложенной к датчику силы, электрический сигнал изменяется пропорционально.

Преобразователи силы

стали важным элементом во многих отраслях, включая автомобилестроение, высокоточное производство, аэрокосмическую и оборонную промышленность, промышленную автоматизацию, медицину и фармацевтику, а также робототехнику, где надежность и точность измерения силы имеют первостепенное значение.Совсем недавно, с развитием коллаборативных роботов (коботов) и хирургической робототехники, появилось много новых приложений для измерения силы .

Загляните в наш магазин тензодатчиков и поговорите с нашими специалистами!

Как работает схема цифрового тензодатчика?

Во-первых, нам необходимо понять физику и материалы, лежащие в основе принципа работы тензодатчика , тензодатчика (иногда называемого тензодатчиком ).Тензодатчик из металлической фольги — это датчик, электрическое сопротивление которого зависит от приложенной силы. Другими словами, он преобразует (или преобразует) силу, давление (т.е. датчик давления), натяжение, сжатие, крутящий момент, вес и т. Д. В изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить.

Тензодатчики — это электрические проводники, плотно прикрепленные к пленке зигзагообразно. Когда эту пленку натягивают, она вместе с проводниками растягивается и удлиняется. Когда его толкают, он сокращается и становится короче.Это изменение формы вызывает изменение сопротивления в электрических проводниках. На основании этого принципа можно определить прилагаемую к весоизмерительной ячейке деформацию, поскольку сопротивление тензодатчика увеличивается с приложенной деформацией и уменьшается с уменьшением. Эта же концепция также используется в датчиках веса.

Рис. 1. Тензорезистор из металлической фольги. Источник: ScienceDirect

.

Конструктивно датчик веса состоит из металлического корпуса (также называемого изгибом), к которому прикреплены тензодатчики из фольги .Корпус датчика обычно изготавливается из алюминия или нержавеющей стали, что придает датчику две важные характеристики: (1) обеспечивает прочность, чтобы выдерживать высокие нагрузки, и (2) обладает эластичностью, позволяющей минимально деформироваться и возвращаться к своей исходной форме при воздействии силы. удаленный.

При приложении силы ( растяжение или сжатие ) металлический корпус действует как «пружина» и слегка деформируется, и, если он не подвергается перегрузке, возвращается к своей первоначальной форме. По мере деформации изгиба тензодатчик также изменяет свою форму и, следовательно, свое электрическое сопротивление, что создает изменение дифференциального напряжения через цепь моста Уитстона .Таким образом, изменение напряжения пропорционально физической силе, приложенной к изгибу, которую можно рассчитать с помощью выходного напряжения цепи датчика веса.

Рис. 2: Деформация тензодатчика как при растяжении, так и при сжатии.

Посетите наш магазин датчиков веса и поговорите с нашими специалистами по продажам. Доступно более 600 типов тензодатчиков!

Эти тензодатчики расположены в так называемой схеме усилителя на мосту Уитстона (также известной как схема усилителя с тензодатчиками).Это означает, что четыре тензодатчика соединены между собой в виде замкнутой цепи, и измерительная сетка измеряемой силы выравнивается соответствующим образом.

Тензометрические мостовые усилители (или формирователи сигналов тензодатчиков) подают регулируемое напряжение возбуждения в схему усилителя весоизмерительной ячейки и преобразуют выходной сигнал мВ / В в другую форму сигнала, которая более полезна для пользователя, например Аналоговый выход для тензодатчика 4-20 мА или цифровой выход для тензодатчика USB.Сигнал, генерируемый тензодатчиком, является сигналом низкой мощности и может не работать с другими компонентами системы, такими как ПЛК, модули сбора данных (DAQ), компьютеры или микропроцессоры. Для некоторых приложений может потребоваться локальное считывание сигнала, также известное как индикатор тензодатчика. Таким образом, функции формирователя сигнала датчика силы включают в себя напряжение возбуждения, фильтрацию или ослабление шума, усиление сигнала и преобразование выходного сигнала.

Кроме того, изменение выходного напряжения усилителя откалибровано так, чтобы оно было линейно пропорциональным ньютоновской силе, приложенной к изгибу, которая может быть рассчитана с помощью уравнения для напряжения цепи весоизмерительного датчика .

Рис. 3: Схема цепи тензодатчика — полная мостовая схема Уитстона.

Посетите наш магазин тензодатчиков. Доступно более 600+ типов тензодатчиков!

Разница между аналоговыми и цифровыми датчиками веса

Согласно приведенной выше диаграмме, в весоизмерительных ячейках на основе тензодатчиков выходной сигнал выражается в мВ / В и зависит от таких факторов, как напряжение возбуждения, количество сопротивлений тензодатчиков на каждой ветви и результирующее сопротивление моста.Основное различие между аналоговым и цифровым тензодатчиками заключается в том, как обрабатывается выходной сигнал моста Уитстона. Обычно выходной сигнал тензометрического моста начинается с аналогового электрического напряжения милливольт на вольт (мВ / В), что является аналоговым сигналом очень низкого уровня. Этот аналоговый сигнал низкого уровня может быть затем интегрирован либо в аналоговый, либо в цифровой усилитель тензодатчика.

Усилитель IDA100 с цифровой конфигурацией и выходом USB — это формирователь сигнала, который предлагает пользователям уникальную возможность иметь как усиленный аналоговый, так и цифровой выход, подходящий для приложений с цифровыми датчиками нагрузки.Функции двойного выхода цифрового АЦП с тензодатчиком IDA100 питаются исключительно от выхода 5 В от USB. Это устройство также имеет программно выбираемый аналоговый выход ± 5 В и ± 10 В с низким уровнем шума 12 мВ (пик-пик) и полосой пропускания 1 кГц.

Еще одним примером усилителя цифрового тензодатчика является цифровой контроллер IDC305 с SPI, USB и аналоговым выходом. Характеристики цифрового выхода SPI IDC305:

• 5-проводный SPI 32-битный цифровой выход
• , разрешение без шума до 19 бит при 5 SPS;
• +/- 2.Аналоговый выход 5 В постоянного тока, а также выход UART;
• Сверхнизкое энергопотребление — 0,159 Вт или 159 мВт (с выключенными светодиодами)

Цифровой маломощный трехканальный выход SPI QIA125 — это многоканальный усилитель с тензодатчиками, подходящий для трехосных тензодатчиков (3 оси), с низким энергопотреблением и цифровым выходом (выход SPI).

Цифровой маломощный / высокоскоростной встроенный мостовой контроллер QIA123 с SPI и аналоговым выходом — еще один пример цифрового усилителя тензодатчика.Его основные характеристики цифрового выхода:

• Отбор проб: 10 — 9600 SPS
• SPI Выход:
  • Напряжение: 3,3 В постоянного тока
  • Тактовая частота: 3-8 МГц
  • Размер слова: 16 бит
  • — Сохраненная калибровка: 5 точек на направление
• Напряжение UART: 3,3 В постоянного тока

Что такое датчик веса? | Как работает тензодатчик?

Датчики веса используются для измерения веса. Они являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. «В вашей машине или у прилавка с сыром в супермаркете — мы встречаем датчики веса повсюду», — говорит менеджер по продукции HBM Стефан Шмидт.Конечно, они обычно не распознаются сразу, потому что они скрыты во внутренней работе инструментов.

Весоизмерительные ячейки обычно состоят из пружинного элемента, на котором размещены тензодатчики. Пружинный элемент обычно изготавливается из стали или алюминия. Это означает, что он очень прочный, но при этом минимально эластичный. Как следует из названия «пружинный элемент», сталь слегка деформируется под нагрузкой, но затем возвращается в исходное положение, упруго реагируя на каждую нагрузку.Эти чрезвычайно малые изменения могут быть зафиксированы с помощью тензодатчиков. Затем, наконец, деформация тензодатчика интерпретируется аналитической электроникой для определения веса.

Чтобы понять этот последний пункт, давайте рассмотрим тензодатчики более подробно: они представляют собой электрические проводники, прочно прикрепленные к пленке извилистым узором. Когда эту пленку натягивают, она и проводники становятся длиннее. Когда он сокращается, он становится короче. Это вызывает изменение сопротивления в электрических проводниках.На этом основании можно определить деформацию, поскольку сопротивление возрастает с натяжением и уменьшается с сокращением.

Тензодатчики прочно прикреплены к пружинному элементу и поэтому совершают те же движения, что и. Эти тензодатчики организованы по так называемой мостовой схеме, или, точнее, по мостовой схеме Уитстона (см. Схему). Это означает, что четыре SG соединены «в кольцо» и соответственно выровнена измерительная сетка измеряемой силы.

Если объект помещен на датчик веса или подвешен к нему, можно определить вес объекта.Предполагаемая нагрузка для тензодатчика всегда выравнивается по направлению к центру земли, другими словами, по направлению силы тяжести. Должна быть получена только эта силовая составляющая нагрузки. Это не относится к датчикам силы, которые похожи по конструкции и также часто называются «весоизмерительными датчиками»: они обычно предназначены для измерения нагрузок, возникающих во всех направлениях. Направление гравитационной силы Земли не имеет отношения к тому, как они установлены.

Каковы принципы работы тензодатчиков натяжения и s-типа

Принцип работы

Тензодатчики, как и все другие современные датчики веса, по сути являются преобразователями, которые преобразуют силу или вес в электрический сигнал посредством тензодатчиков.При нагрузке основная часть тензодатчика слегка деформируется. Тензодатчики, которые прочно прикреплены к корпусу весоизмерительного датчика, также деформируются, изменяя свое электрическое сопротивление. Это генерирует сигнал напряжения, который пропорционален начальной силе или весу.

Конструкция

Тензодатчики разработаны для применений, в которых используются подвешенные грузы. По существу, им часто необходимо располагаться на одной линии с зависимым объектом, обычно интегрированным в поддерживающее устройство.Форма «S» или «Z» этих весоизмерительных ячеек обусловлена ​​этим требованием. И верхняя, и нижняя конечности обеспечивают совпадение монтажных отверстий с центральной осью.

Во многих отношениях это специализированные балочные весоизмерительные ячейки. Центральная штанга действует так же, как и тензодатчик, с тензодатчиками, установленными для определения деформации изгиба или сдвига. Разница в том, что у консоли нет фиксированного конца. В обычных весоизмерительных ячейках с балкой один конец обычно прикреплен к основанию, а нагрузка прикладывается к другому «свободному» концу, как у трамплина.В ячейке натяжения S-типа ни один конец не закреплен, а скорее один конец соединен через верхнее плечо с устройством выше, а другой конец через нижний рычаг соединен с устройством ниже.

Когда весоизмерительный датчик испытывает напряжение, с одной стороны центральной штанги происходит подтягивание вверх, а с другой стороны — равное усилие вниз. Дифференциал поперек центральной планки вызывает деформацию, которая улавливается тензодатчиками.

Flintec Products

Компания Flintec предлагает для покупки ряд датчиков нагрузки на растяжение, которые подходят как для крупных, так и для небольших заказов.Все наши продукты полностью производятся нами, что обеспечивает высокое качество материалов и отличное качество сборки. Если вам нужно что-то уникальное, мы можем помочь вам с индивидуальным решением. Мы можем предложить несколько услуг, включая проектирование механической части, разработку электрических систем и программного обеспечения, испытания и калибровку, управление нормативными требованиями и сертификацией, вплоть до полностью управляемых проектов. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о том, чем мы можем помочь.

Каковы принципы работы одноточечного датчика веса…

Принцип работы

Одноточечные, как и все другие современные датчики веса, по сути являются преобразователями, которые преобразуют силу или вес в электрический сигнал.Они делают это с помощью тензодатчиков, которые прикреплены к корпусу тензодатчика. Под нагрузкой форма тензодатчика слегка деформируется. Это изменение регистрируется тензодатчиками, которые искажаются синхронно с телом, что приводит к изменению напряжения. Этот сигнал напряжения пропорционален начальной силе или весу и, таким образом, может использоваться для его расчета.

Дизайн

Одноточечные датчики веса бывают разных форм и размеров, чтобы соответствовать различным типам приложений.Все они имеют внутреннее отверстие, которое представляет собой геометрически точный вырез корпуса. Часто это то, что визуально отличает их от весоизмерительных датчиков с балкой. Эта апертура контролирует толщину металла в различных точках корпуса датчика нагрузки и является ключом к способности датчика выдерживать нецентральную нагрузку.

Одноточечные наконечники обычно изготавливаются либо из нержавеющей стали, либо из высококачественного алюминия, причем последний лучше всего подходит для использования с низкой производительностью. Они бывают как в герметичном, так и в герметичном исполнении, в зависимости от необходимой степени защиты окружающей среды, при этом некоторые модели предлагают допуск ATEX для использования во взрывоопасных зонах.

Продукты Flintec

Flintec предлагает для покупки полный каталог одноточечных весоизмерительных ячеек, позволяющий удовлетворить как крупные, так и мелкие заказы. Все наши продукты полностью производятся нами, что обеспечивает высокое качество материалов и отличное качество сборки. Если вам нужно что-то уникальное, мы можем помочь вам с индивидуальным решением. Мы можем предложить несколько услуг, включая проектирование механической части, разработку электрических систем и программного обеспечения, испытания и калибровку, управление нормативными требованиями и сертификацией, вплоть до полностью управляемых проектов.Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о том, чем мы можем помочь.

Весоизмерительные ячейки и датчики силы

Тензодатчики и датчики силы являются важными устройствами в приложениях для взвешивания или измерения. Нет четких определений датчика веса и датчика силы, но все они являются датчиками; Обычно датчик веса измеряет вес, а датчик силы измеряет силу или крутящий момент.

Они используются в различных отраслях промышленности, таких как упаковка, транспорт, пищевая, сельское хозяйство, сельское хозяйство, строительство, медицина, высокие технологии, испытания и измерения и многие другие.

Основными компонентами любого тензодатчика или датчика силы являются:

сенсорный элемент
• и
• Чувствительная электроника

Чувствительный элемент:

Чувствительный элемент в датчике нагрузки или датчике силы, часто называемый «пружинным элементом», представляет собой точно обработанный металлический элемент, обычно изготовленный из высокопрочной легированной стали, нержавеющей стали с термообработкой или высокопрочного алюминиевого сплава.

Чувствительный элемент выполнен таким образом, что если к нему приложить нагрузку в определенном направлении и ориентации, в нем будет развиваться деформация, пропорциональная приложенной нагрузке.Точность тензодатчика во многом зависит от конструкции и материала сенсорного элемента, а также от качества изготовления.

Сенсорные элементы

бывают разных форм и размеров, которые соответствуют конкретному применению и номинальной нагрузке. Anyload предлагает следующие тензодатчики:

Чувствительная электроника:

Ключевой частью измерительной электроники для тензодатчика является тензодатчик. Тензодатчик, как следует из названия, может измерять деформацию куска металла, когда он прикреплен к нему.

Тензодатчик — это тонкий прецизионный резистор, который изменяет свое значение сопротивления при растяжении или сжатии.

Рисунок 1: Тензодатчики при сжатии, нормальном давлении и растяжении (изменение формы преувеличено).

Чтобы превратить это изменение сопротивления в полезный выход напряжения, четыре (или группы из четырех) тензодатчиков прикреплены к чувствительному элементу в виде моста из пшеничного камня.

Рисунок 2: Схема подключения тензодатчика

Тензодатчики прикреплены к чувствительному элементу таким образом, что при приложении нагрузки к датчику нагрузки R1 и R3 будут находиться под давлением, а R2 и R4 — под напряжением.

Как это работает?

Чтобы показать, как на самом деле работает датчик веса, мы продемонстрируем использование одноточечного датчика веса. Чувствительный элемент одноточечного датчика нагрузки будет выглядеть примерно так, как на этом рисунке:

Рисунок 3: Модель одноточечного датчика веса

Когда нагрузка прилагается к датчику веса или датчику силы в точке нагружения, чувствительный элемент будет создавать напряжение в соответствии со следующей симуляцией (см. Рисунок 4).Изменение формы чувствительного элемента преувеличено в иллюстративных целях. Фактическое отклонение большинства тензодатчиков или датчиков силы составляет самое большее от 0,1 мм до 1 мм при полной шкале.

Рисунок 4: Одноточечный датчик веса под нагрузкой

В большинстве случаев тензодатчики прикрепляются к чувствительному элементу в местах, где возникает наибольшая деформация.

Когда датчик нагрузки или датчик силы находится в ненагруженном и нормальном состоянии, все значения сопротивления тензодатчика равны или близки к равным, а выходное напряжение моста пшеничного камня равно нулю или близко к нулю.

Когда к датчику прикладывается нагрузка, тензодатчики испытывают сжатие или растяжение в соответствии со схемой ниже:

Рисунок 5: Подключение тензодатчика под нагрузкой

В этом состоянии тензодатчики при сжатии имеют меньшее сопротивление, а датчики при растяжении имеют более высокое сопротивление. Это изменение сопротивления вызовет отклонение выходного напряжения от нуля или близкое к нулю на величину, пропорциональную приложенной нагрузке.

Милли-вольт на выходное напряжение

Выходное напряжение датчика по отношению к напряжению возбуждения или питания представлено в мВ / В в спецификации тензодатчика или преобразователя. Это значение указано для полной шкалы выходного сигнала весоизмерительного датчика и обычно составляет 1, 2, 3, 4 мВ / В или другие числа ниже или между ними.

Термин «выходное значение полной шкалы» означает выходное напряжение весоизмерительного датчика, когда весоизмерительный датчик находится при полной номинальной механической нагрузке.

Например, для тензодатчика или датчика силы с выходным сигналом полной шкалы 2 мВ / В это означает, что если напряжение возбуждения равно 10 В постоянного тока, то при полной шкале выходное напряжение будет 20 мВ в соответствии со следующим уравнением:

Датчик нагрузки или компенсация датчика силы

В идеале весоизмерительный датчик с простой мостовой схемой из пшеничного камня имеет нулевой выходной сигнал, когда он разгружен. Однако на самом деле в схему моста из пшеничного камня необходимо добавить несколько резистивных компонентов, чтобы минимизировать влияние изменения температуры и достичь нулевого баланса в ненагруженном состоянии.Реальный пример моста из пшеничного камня в датчике нагрузки будет выглядеть примерно так:

Рисунок 6: Пример моста из пшеничного камня на датчике нагрузки

Существуют различные резистивные компоненты, кроме четырех основных тензодатчиков, которые составляют мостовую схему из пшеничного камня. Их

• Компенсация нулевого баланса
• Температурная компенсация по нулю
• Компенсация чувствительности
• Температурная компенсация чувствительности

Компенсация нулевого баланса

Поскольку не все тензодатчики имеют точно равные значения, и их значение может измениться на небольшую величину после процесса соединения с чувствительным элементом, резистивные компоненты нулевого баланса помогут противодействовать этому изменению или разнице.Цель нулевого баланса — сделать все тензодатчики, прикрепленные к чувствительному элементу, почти равными по величине.

Температурная компенсация нуля

Чувствительный элемент, а также тензодатчики будут естественным образом расширяться и сжиматься в зависимости от температуры окружающей среды. Это может привести к ошибочному считыванию значения нагрузки при разных температурах.

Компонент температурной компенсации представляет собой резистор, зависящий от температуры, который противодействует изменениям сопротивления основных тензодатчиков.

Компенсация чувствительности

Компоненты компенсации чувствительности помогут отрегулировать чувствительность весоизмерительного датчика до стандартного значения 1, 2, 3, 4 мВ / В или других чисел ниже или между ними, выход полной шкалы в пределах определенного диапазона допуска.

Температурная компенсация чувствительности

Чувствительный элемент, тензодатчики, модуль упругости чувствительного элемента естественным образом изменяются в зависимости от температуры окружающей среды во время восприятия нагрузки или силы.Это может привести к неправильному считыванию значений нагрузки или усилия при разных температурах.

Компонент температурной компенсации — это резистор, зависящий от температуры, который будет противодействовать неправильным показаниям при другой температуре.

Скачать файл PDF

Весоизмерительные ячейки

: типы, принцип работы, применение и преимущества

Геотехнические приборы и мониторинг — обширная область, включающая в себя несколько датчиков, которые помогают в мониторинге состояния конструкций, мониторинге оползней, мониторинге земляных работ и т. Д.

Весоизмерительные ячейки

являются одним из таких инструментов, которые обычно используются для измерения веса. Они могут измерять вещи от маленьких, как игла, до тяжелых, как большие сверлильные станки. Вы можете найти датчики веса повсюду, даже в ближайших продуктовых магазинах, чтобы взвесить свои товары, хотя они находятся внутри инструментов.

Весоизмерительные ячейки

доступны в различных формах, типах и размерах. Если вам интересно, что такое тензодатчик и как он работает, продолжайте читать, чтобы стать лучше.

Давайте поговорим о них подробнее, об их типах, принципах работы, преимуществах и многом другом.

Что такое тензодатчик?

Весоизмерительный датчик — это преобразователь, который преобразует механическую силу в считываемые электрические единицы, аналогичные нашим обычным весам. Их основное предназначение — взвесить или проверить величину передаваемого груза.

Датчики тензодатчиков всегда скреплены эластичным материалом, известным как тензодатчики.

Чтобы понять о них больше, необходимо знать о тензодатчиках, их типах, принципе работы, а также области применения.

| Подробнее : Тензодатчик: принцип, типы, характеристики и применение |

Для чего используется датчик веса?

Тип инструментов, используемых в геотехнической области, зависит от объема работ. Тензодатчики могут использоваться на начальном этапе, то есть во время исследований и разработок, или даже на более позднем этапе при мониторинге конструкции.

Геотехнические инструменты используются как до, так и после строительства для обеспечения безопасности конструкций, плотин, туннелей, мостов и т. Д.Правильный геотехнический мониторинг обеспечивает долгосрочную безопасность этих конструкций.

Весоизмерительные ячейки

находят свое применение в геотехнической области и обычно используются для контроля:

• Фундамент глубокого заложения: раскос в виде подкосов, солдатская свая; подвязки или анкеры; подпорные стены
• Тоннели и шахты: стальная облицовочная плита, монолитный бетон, сборный железобетон, торкрет-бетон
• Плотины: бетонные плотины, подземная ГЭС
• Сваи: испытание на свайную нагрузку

Стойки

Рисунок 1: Датчик нагрузки сжатия между стойками на строящейся станции метро

Стойки двутавровой балки обычно устанавливаются в каркасе станций метро.Тензодатчики с твердым корпусом широко используются для измерения нагрузки, передаваемой на стойки. Датчики веса устанавливаются между стойками.

Анкеры, анкерные болты, анкеры грунтовые

Тензодатчики с анкерным креплением предназначены для испытания и измерения нагрузок в анкерных анкерах, анкерных болтах и ​​грунтовых анкерах. Испытание под нагрузкой проводится путем приложения нагрузки к анкерному анкеру с помощью продольного гидравлического домкрата.
Датчик нагрузки помещается между подпорной стенкой и гидравлическим домкратом.Как только гидравлический домкрат открывается, нагрузка, передаваемая на стяжку, измеряется датчиком нагрузки.

Подпорная стенка

Существуют различные типы подпорных стен, а именно. шпунт, подпорные стены анкерные, подпорные стены буронабивные, консольные. В этих стенах устанавливаются весоизмерительные датчики, чтобы отслеживать изменения, стоящие за ними, и одновременно изучать эффективность различных видов удерживающих систем.

Тензодатчики заранее измеряют и показывают чрезмерную нагрузку.

Мембрана или стенка из шпунтовых свай

Рисунок 2: Якорь Весоизмерительная ячейка в мембранной стене на строящейся станции метро

Для измерения устойчивости диафрагменной или шпунтовой стены в анкерных анкерных системах устанавливаются весоизмерительные ячейки. Однако положение датчика веса соответствует установленным стойкам.

Опора кровли в подземных полостях / Устойчивость откоса в зонах оползней

Необходимо внимательно следить за подземными полостями, потому что они находятся под постоянной угрозой обрушения крыши или падения боковины.

Обвалы склонов и оползни вызвали серьезную озабоченность геологов, поскольку они являются наиболее частой формой стихийного бедствия. Следовательно, предварительно напряженные анкеры с цементным раствором используются для обеспечения активной поддержки стен и крыш.

Весоизмерительные ячейки

измеряют величину передаваемой нагрузки и вовремя предупреждают соответствующие органы, чтобы избежать серьезных сбоев.

Плотины

Рисунок 3: Якорь Весоизмерительный датчик в полости дамбы.

Анкеры-анкеры устанавливаются на стороне выше по течению бетонной плотины для снятия моментов, вызванных очень сильными паводковыми условиями.Датчики веса установлены для контроля устойчивости якоря плотины и обеспечения раннего предупреждения.

Испытание на свайную нагрузку

Рисунок 4: Датчик нагрузки на сжатие, используемый при испытаниях свай

Перед построением конструкции проводится испытание статической нагрузкой. Глубокие котлованы и фундаменты засыпаются сваями для исследования их несущей способности.

Нагрузка прикладывается путем размещения гидравлического домкрата против опорных свай и балки или непосредственно путем сжатия.

Каков принцип работы тензодатчика?

Если вы когда-нибудь задумывались, как работают датчики нагрузки, вот ваш ответ !.Принцип тензодатчика
предполагает использование множества специальных геотехнических инструментов. Он не может работать без сопряжения с датчиками, одним из которых являются тензодатчики.

Тензодатчики

— это тонкие эластичные материалы, изготовленные из нержавеющей стали, которые крепятся внутри тензодатчиков с помощью специальных клеев. Тензодатчик имеет удельное сопротивление, прямо пропорциональное его длине и ширине.

При приложении силы к датчику нагрузки он изгибается или растягивается, заставляя тензодатчик перемещаться вместе с ним.И, когда длина и поперечное сечение тензодатчика изменяются, его удельное электрическое сопротивление также изменяется, тем самым изменяя выходное напряжение.

Есть еще одна концепция, связанная с принципом работы тензодатчиков. Давайте посмотрим на это.

Что такое мост Уитстона?

Каждый раз, когда происходит изменение сопротивления тензодатчика, оно отображается как электрический выходной сигнал. Но задумывались ли вы, как измеряется изменение сопротивления тензодатчика?

Тензодатчик работает только тогда, когда тензодатчик имеет некоторое изменение сопротивления, и мы используем мост Уитстона для измерения этого изменения.

Цепь датчика веса

Цепь датчика веса

также известна как цепь моста Уитстона.

Предположим, что датчик тензодатчика имеет четыре внутренних тензодатчика, то есть A, B, C и D, как показано на изображении выше.

Входное напряжение, подаваемое формирователем сигнала или цифровым дисплеем, прикладывается к двум противоположным углам моста, то есть C и D, тогда как выходное напряжение измеряется путем присоединения резисторов A и B к сигнальной стороне цифрового дисплея.

Когда к весоизмерительному датчику не приложена нагрузка (Нагрузка = 0), цепь считается сбалансированной. Как только на него будет приложена нагрузка, резисторы тензодатчика будут регистрировать изменение его сопротивления, тем самым изменяя напряжение, протекающее по цепи.

Следовательно, напряжение на A и B изменится, что будет отображаться как вес на блоке считывания или цифровом дисплее.

Выходной сигнал моста Уитстона или тензодатчика — это аналоговые данные, которые преобразуются в считываемые единицы с помощью интерпретатора.

Разница между тензодатчиком и тензодатчиком

Это частый вопрос, который мы получаем от многих людей. Поскольку оба этих датчика неразрывно связаны друг с другом, людям иногда не удается найти разницу между ними. Наиболее очевидное различие состоит в том, что тензодатчик представляет собой единственный резистивный элемент, а тензодатчик представляет собой набор из четырех тензодатчиков в виде моста Уитстона, как указано выше.

С другой стороны, при использовании тензодатчика необходимо приложение напряжения к противоположным узлам, тогда как для использования тензодатчика вам необходимо установить от двух до четырех тензодатчиков, которые будут испытывать противоположные силы.

Типы тензодатчиков

Что касается множества типов весоизмерительных ячеек, многие из них предлагают различные применения и принципы. Давайте посмотрим на различные типы датчиков веса, их работу и технические характеристики.

Тензодатчик сжатия большой емкости, модель ELC-150S-H

Одним из первых типов датчиков нагрузки является датчик нагрузки сжатия Encardio-rite модели ELC-150S-H большой емкости, который широко используется для измерения сжимающей нагрузки во время испытания свай.Для испытания свай под нагрузкой более 12 500 кН можно использовать более одного датчика веса.

Модель Encardio-rite ELC-150S-H представляет собой прецизионный датчик тензодатчика высокой емкости, разработанный для измерения большой сжимающей нагрузки или осевых сил. Он специально разработан для применения в гражданском строительстве. Он доступен с нагрузками от 5000 до 12500 кН.

Работа тензодатчика — модель ELC-150S-H

Если вам интересно, как работает тензодатчик, давайте взглянем на него.

Тензодатчик сжатия состоит из столбчатого элемента из высокопрочной мартенситной нержавеющей стали. В датчике используются шестнадцать тензодатчиков с сопротивлением 350 Ом, соединенных проводом в виде моста на 1400 Ом.

Чтобы свести к минимуму влияние неравномерной и эксцентричной нагрузки, тензодатчики расположены на одинаковом расстоянии по окружности.

Нагрузка, приложенная к ячейке, может быть измерена с помощью любого стандартного цифрового считывающего устройства, подходящего для приложений тензометрических датчиков.Весоизмерительный датчик обладает высокой устойчивостью к внешним силам и защищен от пыли, влаги и неблагоприятных условий окружающей среды.

Площадь поперечного сечения элемента варьируется в тензодатчиках с разной емкостью для обеспечения примерно одинаковой выходной мощности в милливольтах при изменении от нуля до полной нагрузки.

Технические характеристики модели ELC-150S-H

Диапазон (кН)	5000, 6000, 7500,10000 и 12500
Номинальная мощность	1.5 мВ / В ± 10%
Максимальный диапазон	120% с максимумом до 14000 кН
Предел температуры	от -20o до 80o C
Кабель	Четырехжильный экранированный длиной 5 м; указать
Точность калибровки	± 0,25% полн. Шкалы
Нелинейность	± 1% полн. Шкалы

Датчик нагрузки на сжатие, модель ELC-210S, резистивный тензодатчик

Тензодатчик сжатия с резистивным тензодатчиком модели ELC-210S компании Encardio-rite представляет собой прецизионный датчик нагрузки для тяжелых условий эксплуатации.Он специально разработан для удовлетворения растущих потребностей в измерении нагрузки с высокой степенью точности и надежности.

Датчик тензодатчика идеально подходит для измерения сжимающей нагрузки или сил при применении распорок. Он доступен с нагрузками от 1000 до 3500 кН.

Конструкция модели ELC-210S

Внутренняя конструкция датчика веса столбчатая. Элемент тензодатчика изготовлен из мартенситной нержавеющей стали. Элемент закален, чтобы обеспечить лучшую линейность и гистерезис.Используемые тензодатчики представляют собой фольгу и крепятся к элементам с помощью специальных эпоксидных цементов, которые очень надежны.

Принцип работы модели ELC-210S

Работа тензодатчиков предполагает использование схемы тензодатчиков.
Датчик, сваренный электронно-лучевой сваркой, использует прецизионные тензодатчики из фольги, соединенные по простой схеме моста Уитстона. Выходной сигнал определяется дисбалансом в мостовой схеме, когда датчик определяет нагрузку.

Обычно мостовая схема возбуждается напряжением 10 В постоянного тока, чтобы получить полную шкалу на выходе около 1.5 мВ / В. Нагрузку, приложенную к ячейке, можно измерить с помощью любого стандартного цифрового считывающего устройства, подходящего для тензодатчиков сопротивления.

Характеристики весоизмерительной ячейки

модели ELC-210S

Диапазон (кН)	1000, 1500, 2000, 3000, 3500
Номинальная мощность	1,5 мВ / В ± 10%
Корпус	IP 68, электронно-лучевая сварка в вакууме 1/1000 Торр
Предел температуры	от -20o до 80o C
Кабель	Четырехжильный экранированный длиной 2 м; указать
Максимальный диапазон	120%
Точность калибровки	± 0.25% fs
Нелинейность	± 1% полн. Шкалы

Тип резистивного тензодатчика модели ELC-30S Датчик нагрузки с центральным отверстием / анкерным болтом

Этот тип датчика нагрузки представляет собой датчик нагрузки с центральным отверстием с резистивным тензодатчиком Encardio-rite модели ELC-30S, который широко используется для определения нагрузки в анкерных болтах, анкерных креплениях, фундаментных анкерах, тросах или стойках в зависимости от области применения. Он также используется для измерения сжимающей нагрузки между элементами конструкции i.е. туннельные опоры или на стыке балки и вершины свайной стойки.

Модель Encardio-rite ELC-30S представляет собой прецизионный резистивный датчик нагрузки с центральным цилиндрическим отверстием. Цилиндрический датчик веса специально разработан для применения в гражданском строительстве и доступен в диапазоне нагрузок от 200 кН до 2000 кН.

Принцип работы модели ELC-30S

Датчик нагрузки с центральным отверстием состоит из элемента из высокопрочной мартенситной нержавеющей стали.В нем используются восемь тензодатчиков с сопротивлением 350 Ом, соединенных проводом в виде моста на 700 Ом. Чтобы свести к минимуму влияние неравномерной и эксцентричной нагрузки, восемь тензодатчиков установлены под углом 45 ° друг к другу в канавке в основании столбчатого элемента из нержавеющей стали.

Нагрузка, приложенная к ячейке, может быть измерена с помощью любого стандартного цифрового считывающего устройства, подходящего для приложений тензометрических датчиков. Тензодатчики устанавливаются в паз в основании столбчатого элемента из нержавеющей стали.

Мембрана из нержавеющей стали представляет собой приваренный к элементу пучок электронов, закрывающий канавку, в результате чего внутри датчика создается вакуум около 1/1000 Торр.

Все это помогает сделать датчик невосприимчивым к атмосферной коррозии и воздействию воды. Площадь поперечного сечения столбчатого элемента и глубина канавки в нем варьируются в датчиках нагрузки с разной емкостью, чтобы обеспечить примерно одинаковый выходной сигнал мВ / В для различных нагрузок от нуля до полной.

Технические характеристики модели ELC-30S

Диапазон (кН) / ID (мм)	200/40, 500/52, 1000/78, 1000/105, 1500/85, 1500/130, 2000/105, 2000/155, указать
Максимальный диапазон	120%
Точность калибровки	± 0.25% fs
Нелинейность	± 1% полн. Шкалы
Предел температуры	от -20o до 80o C
Кабельное соединение	Шестиконтактное уплотнение стекло-металл

Тип резистивного тензодатчика модели ELC-30S-H Датчик нагрузки с центральным отверстием / анкерным болтом

Датчик нагрузки используется для определения нагрузки на анкерные болты, анкерные крепления, фундаментные анкеры, тросы или стойки в зависимости от области применения.Модель Encardio-rite ELC-30SH также используется для измерения сжимающей нагрузки между элементами конструкции, то есть опорами туннелей или в месте соединения балки и верхней части стойки сваи.

Модель Encardio-rite ELC-30S-H представляет собой прецизионный датчик нагрузки большой емкости с центральным цилиндрическим отверстием. Он специально разработан для применения в гражданском строительстве. Он доступен с нагрузками от 3500 кН до 10000 кН.

Принцип работы модели ELC-30S-H

Датчик нагрузки с центральным отверстием представляет собой цилиндр из высокопрочной мартенситной нержавеющей стали.Обычно в нем используются восемь тензорезисторов с сопротивлением 350 Ом, соединенных проводами для образования моста на 700 Ом на нагрузку 3500 кН и 5000 кН. Для нагрузок свыше 5000 кН используются шестнадцать тензорезисторов сопротивления 350 Ом для образования моста 1400 Ом.

Чтобы свести к минимуму влияние неравномерной и эксцентричной нагрузки, тензодатчики расположены на одинаковом расстоянии по окружности. Нагрузку, приложенную к ячейке, можно измерить с помощью любого стандартного цифрового считывающего устройства, подходящего для приложений тензодатчиков сопротивления.

Площадь поперечного сечения элемента варьируется в тензодатчиках с разной емкостью для обеспечения примерно одинаковой выходной мощности в милливольтах при изменении от нуля до полной нагрузки.

Характеристики весоизмерительной ячейки

модели ELC-30S-H

Диапазон (кН) / ID (мм)	3500/185, 5000/202, 7500/227, 10000/210, указать
Максимальный диапазон	120%
Нелинейность	± 1% полной шкалы (доступно ± 0,5% полной шкалы)
Выход	1,5 мВ / В ± 20%
Возбуждение	10 В постоянного тока (макс.20 В постоянного тока)
Предел температуры	от -20o до 80o C
Кабельное соединение	Четыре экранированных жилы длиной 5 м, указать

Датчик нагрузки с вибрирующей проволокой модели ELC-31V с гидравлическим центральным отверстием и анкерным болтом

Encardio-rite Model ELC-31V представляет собой прецизионный тензодатчик с вибрирующей проволокой и гидравлическим центральным отверстием, специально разработанный для применения в гражданском строительстве.Он заполнен жидкостью и изготовлен из нержавеющей стали. Он доступен с нагрузками от 250 до 2000 кН.

Принцип работы модели ELC-31V

Весоизмерительная ячейка с вибрационной проволокой модели ELC-31V состоит из чувствительной нажимной подушки, которая образована путем соединения двух очень жестких стальных дисков по их периферии. Пространство внутри ячейки заполнено обезвоздушенной жидкостью. Когда к ячейке прилагается нагрузка, давление на жидкость изменяется.

Это изменение давления жидкости используется для регистрации изменения нагрузки, прикладываемой к ячейке.Нагрузка равномерно распределяется по загрузочной области ячейки толстой распределительной пластиной. Пластины распределения нагрузки могут использоваться как над, так и под датчиком тензодатчика, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на датчик.

Нижние пластины распределения нагрузки не требуются, если в предлагаемую схему установки включена соответствующая опорная пластина.

Давление в датчике нагрузки измеряется датчиком давления с вибрирующей проволокой. Преобразователь давления с вибрирующей проволокой изготовлен из нержавеющей стали и оснащен новейшей технологией вибрационной проволоки для считывания электрических показаний.Уплотнение между стеклом и металлом облегчает подключение кабеля.

Данные с датчика давления с вибрирующей проволокой могут быть считаны регистратором данных модели EDI-51V. Данные также могут быть считаны дистанционно с помощью автоматической системы сбора данных модели ЭДАС-10.

Технические характеристики модели ELC-31V

Диапазон (кН) / ID (мм)	250/35, 500/52, 750/78, 1000/105, 2000/130, 2500/0
Перегрузка	110% полн. Шкала
Точность калибровки	± 1% полн. Шкалы
Нелинейность	± 2% полной шкалы от 10% до полного диапазона
Предел температуры	от -10o до 50o C
Температурный эффект	± 0.06% полной шкалы C
Термистор	YSI 44005 или аналогичный

Датчик нагрузки с центральным отверстием и анкерным болтом с вибрирующей проволокой модели ELC-32V

Encardio-rite Model ELC-32V — это датчик веса сконструированной точной конструкции с центральным цилиндрическим отверстием. Он специально разработан для применения в гражданском строительстве.

Он доступен с нагрузками от 250 до 3500 кН. Тензодатчики большей емкости и датчики с внутренним диаметром, отличным от указанного в стандартном диапазоне, доступны по запросу.

Принцип работы модели ELC-32V

Датчик нагрузки с центральным отверстием представляет собой цилиндр из высокопрочной мартенситной нержавеющей стали. Обычно в нем используются три тензодатчика с вибрирующей проволокой, установленные под углом 120 ° друг к другу, чтобы минимизировать влияние неравномерной и эксцентричной нагрузки.

Нагрузка, приложенная к ячейке, измеряется индивидуально тензодатчиками с вибрирующей проволокой с использованием цифрового считывающего устройства модели EDI-51V компании Encardio-rite для тензодатчиков с вибрирующей проволокой. Берут среднее из трех показаний.

В качестве альтернативы датчик веса может быть подключен к системе сбора данных модели Encardio-rite EDAS-10 для непрерывного мониторинга. Если требуется, весоизмерительная ячейка может быть оснащена четырьмя или шестью тензодатчиками с вибрирующей проволокой.

Технические характеристики тензодатчика модели ELC-32V

Диапазон (кН) / ID (мм)	250/27, 500/52, 1000/78, 1500/102, 2000/127, 2000/152, укажите (твердотельный датчик веса доступен по запросу)
Перегрузка	150%
Точность калибровки	± 0.25% fs
Нелинейность	± 1% полн. Шкалы
Предел температуры	от -20o до 80o C
Термистор	YSI 44005 или аналогичный
Кабель	Шесть экранированных жил длиной 5 м; указать

Пневматический датчик нагрузки

Пневматические тензодатчики

сконструированы таким образом, что балансировочное давление автоматически регулируется ими. Работа пневматического датчика веса основана на следующей концепции.
Когда давление воздуха прикладывается к одному концу диафрагмы, оно выходит через другой конец / сопло в нижней части. Манометр, прикрепленный к датчику весовой ячейки, измеряет давление внутри ячейки. Отклонение диафрагмы изменяет воздушный поток, проходящий через сопло, а также давление внутри камеры или диафрагмы.

Пьезоэлектрический датчик нагрузки

Пьезоэлектрические весоизмерительные ячейки работают по тому же принципу, что и тензодатчики, но выходное напряжение создается пьезоэлектрическим материалом, который пропорционален деформации весоизмерительной ячейки.

Пьезоэлектрические датчики веса находят свое применение в областях динамического нагружения, где тензодатчики часто выходят из строя из-за длительных циклов динамического нагружения. Пьезоэлектрический эффект является динамическим, что означает, что электрический выходной сигнал датчика является нестатической импульсной функцией. Выходное напряжение используется только при изменении приложенной силы или деформации и не позволяет измерять статические значения.

Давайте посмотрим на преимущества и недостатки пьезоэлектрического датчика нагрузки. Некоторые из плюсов заключаются в том, что они компактны и, следовательно, чрезвычайно просты в обращении.Они также имеют хорошую частотную характеристику и прочную конструкцию для тяжелых условий эксплуатации. С другой стороны, он имеет высокую температурную чувствительность и не подходит для статических условий.

Преимущества тензодатчика

Весоизмерительные ячейки

1. имеют прочную и прочную конструкцию, а также выдающуюся надежность и долгосрочную стабильность
2. Они специально разработаны для работы в суровых промышленных условиях.
Весоизмерительные ячейки
3. имеют температурную компенсацию.
4. У них устойчивая система без движущихся частей и соединений.
5. В некоторые из них встроены несколько тензодатчиков для уменьшения эффекта позиционирования.
6. Любое стандартное тензометрическое мостовое измерительное устройство для считывания показаний может использоваться с тензодатчиками.
7. Весоизмерительные ячейки имеют незначительное влияние боковой и эксцентрической нагрузки

Применение тензодатчиков

Области применения тензодатчиков:

1. Для определения нагрузки анкерных болтов, анкеров, фундаментных анкеров, тросов или распорок.
2. Контрольные испытания и долгосрочный мониторинг эффективности различных типов анкерных систем.
3. Измерение сжимающей нагрузки между элементами конструкции, то есть опорами туннеля, или в стыке между балкой и верхом стойки сваи.
4. Широко используется для корреляции данных, полученных с помощью скважинных экстензометров.
5. Для определения нагрузки при экспериментальных исследованиях, испытаниях свай и измерении тяги горных пород.
6. Измерение сжимающей нагрузки между элементами конструкции.
7. Измерение сжимающей нагрузки и осевых сил в стойках.
8. Нагрузочные испытания в сваях.
9. Определение конвергенции кровли в подземных выработках.

Часто задаваемые вопросы

1. Насколько точны датчики веса?

% RO (выходная скорость) всех тензодатчиков Encardio-Rite упоминается в его технических характеристиках. Точность датчика тензодатчика определяется через его% RO. Если тензодатчик весом 10 000 кг имеет погрешность ± 0.5% RO, это означает, что наилучшее разрешение тензодатчика будет ± 50 кг

2. Что такое чувствительность тензодатчика?

Чувствительность тензодатчика — очень важный фактор для прибора. Чувствительность 3 мВ / В означает, что датчик веса выдает выходной сигнал 3 мВ при номинальной силе, когда входное напряжение составляет 1 В.

3. Что такое калибровка тензодатчика?

Со временем тензодатчики стареют и смещаются. Следовательно, их необходимо регулярно калибровать.Сравнение фактических выходных сигналов весоизмерительных датчиков с испытательными нагрузками известно как калибровка.

4. В чем разница между тензодатчиком и тензодатчиком?

Тензодатчик — это отдельный преобразователь, используемый для преобразования механической деформации в считываемый электрический выходной сигнал. В то время как тензодатчик состоит из набора тензодатчиков, которые преобразуют механическую нагрузку в считываемые единицы.

5. Что такое первичная ось?

Ось, вдоль которой рассчитан нагружаемый датчик нагрузки, известна как первичная ось.

6. Что такое осевая нагрузка?

Это нагрузка, приложенная вдоль главной оси.

7. Что такое нелинейность?

Разница между выходной мощностью при определенной нагрузке и соответствующей точкой на прямой линии, проведенной между минимальной и максимальной нагрузкой, называется нелинейностью.