Тензометрический датчик принцип действия. Тензометрические датчики: принцип работы, виды и применение

Что такое тензометрический датчик. Как работают тензодатчики. Какие бывают виды тензометрических датчиков. Где применяются тензодатчики. Каковы преимущества использования тензометрических датчиков.

Что такое тензометрический датчик

Тензометрический датчик (тензодатчик) — это устройство, предназначенное для измерения деформаций, напряжений, усилий и других механических величин путем преобразования их в электрический сигнал. Принцип работы тензодатчика основан на явлении тензоэффекта — изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации.

Основным элементом тензодатчика является тензорезистор — резистор, сопротивление которого меняется при деформации. Тензорезистор закрепляется на упругом элементе, который воспринимает измеряемую механическую величину. При деформации упругого элемента происходит деформация тензорезистора, что приводит к изменению его сопротивления. Это изменение преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный измеряемой величине.

Принцип работы тензометрических датчиков

Принцип работы тензодатчика основан на следующих физических явлениях:

• Тензоэффект — изменение электрического сопротивления проводника при его механической деформации.
• Закон Гука — линейная зависимость между напряжением и деформацией упругого тела в определенных пределах.
• Эффект Пуассона — изменение поперечных размеров тела при его продольной деформации.

Рассмотрим подробнее последовательность работы тензодатчика:

1. Измеряемая механическая величина (сила, давление и т.д.) воздействует на упругий элемент датчика.
2. Упругий элемент деформируется под действием нагрузки в соответствии с законом Гука.
3. Тензорезистор, закрепленный на упругом элементе, деформируется вместе с ним.
4. При деформации тензорезистора изменяется его электрическое сопротивление (проявляется тензоэффект).
5. Изменение сопротивления преобразуется измерительной схемой в электрический сигнал.
6. Выходной электрический сигнал пропорционален измеряемой механической величине.

Таким образом, тензодатчик преобразует механическую деформацию в изменение электрического сопротивления, которое затем преобразуется в удобный для измерения электрический сигнал.

Основные виды тензометрических датчиков

Существует несколько основных видов тензометрических датчиков, различающихся по конструкции и принципу действия:

1. Проволочные тензодатчики

Самый простой и распространенный вид. Чувствительный элемент выполнен в виде тонкой проволоки, уложенной зигзагообразно. Проволока приклеивается к упругому элементу. При деформации изменяется длина и поперечное сечение проволоки, что приводит к изменению её сопротивления.

2. Фольговые тензодатчики

Чувствительный элемент изготовлен из тонкой металлической фольги путем фотолитографии. Имеют лучшие характеристики по сравнению с проволочными датчиками — более высокую точность и стабильность. Широко применяются в современных измерительных системах.

3. Полупроводниковые тензодатчики

Используют пьезорезистивный эффект в полупроводниках. Обладают очень высокой чувствительностью, но имеют существенную нелинейность характеристик. Применяются для измерения малых деформаций.

4. Пленочные тензодатчики

Чувствительный элемент выполнен в виде тонкой пленки, нанесенной на подложку. Отличаются малыми размерами и высокой точностью. Используются для измерений на миниатюрных объектах.

Области применения тензометрических датчиков

Тензометрические датчики нашли широкое применение в различных отраслях промышленности и науки благодаря своей универсальности и высокой точности. Основные сферы использования тензодатчиков включают:

Весоизмерительная техника

Тензодатчики являются ключевым элементом большинства современных электронных весов и весоизмерительных систем. Они позволяют с высокой точностью измерять вес в диапазоне от долей грамма до сотен тонн. Применяются в:

• Торговых весах
• Промышленных весах
• Автомобильных и вагонных весах
• Бункерных весах и дозаторах

Измерение силы и давления

Тензодатчики широко используются для измерения различных механических величин в промышленности и научных исследованиях:

• Измерение усилий в прессах и испытательных машинах
• Контроль давления в гидравлических и пневматических системах
• Измерение тяги двигателей
• Определение нагрузок в строительных конструкциях

Автомобильная промышленность

В автомобилестроении тензодатчики применяются для:

• Измерения крутящего момента в трансмиссии
• Контроля усилий в элементах подвески
• Измерения давления в шинах
• Определения нагрузки на оси автомобиля

Авиационная и космическая техника

Тензодатчики играют важную роль в обеспечении безопасности и контроле состояния летательных аппаратов:

• Измерение нагрузок на элементы конструкции самолетов
• Контроль давления в гидросистемах
• Измерение тяги ракетных двигателей
• Определение деформаций корпуса космических аппаратов

Преимущества использования тензометрических датчиков

Тензометрические датчики обладают рядом важных преимуществ, которые обусловили их широкое применение в измерительной технике:

1. Высокая точность измерений

Современные тензодатчики обеспечивают точность измерений до 0,01% и выше. Это позволяет использовать их в прецизионных измерительных системах.

2. Широкий диапазон измерений

Тензодатчики способны измерять как очень малые, так и большие механические величины. Диапазон измерений может составлять от долей грамма до сотен тонн.

3. Высокая надежность

Тензодатчики не содержат движущихся частей, что обеспечивает их высокую надежность и долговечность. При правильной эксплуатации срок службы может достигать десятков лет.

4. Малые габариты и вес

Современные тензодатчики имеют небольшие размеры и вес, что позволяет использовать их в миниатюрных измерительных системах.

5. Простота интеграции

Тензодатчики легко интегрируются в различные измерительные системы и совместимы с современными средствами обработки сигналов.

6. Возможность удаленных измерений

Тензодатчики позволяют проводить измерения на удаленных и труднодоступных объектах, передавая данные по проводным или беспроводным каналам связи.

Факторы, влияющие на точность тензометрических измерений

Несмотря на высокую точность тензодатчиков, существует ряд факторов, которые могут влиять на результаты измерений:

1. Температурные воздействия

Изменение температуры может вызывать температурную деформацию элементов датчика и изменение их электрических свойств. Для компенсации температурных погрешностей применяются специальные схемы термокомпенсации.

2. Нелинейность характеристик

Реальные характеристики тензодатчиков могут отклоняться от линейных, особенно при больших деформациях. Для повышения точности используются методы линеаризации и калибровки.

3. Гистерезис

Явление гистерезиса проявляется в том, что показания датчика при увеличении и уменьшении нагрузки могут различаться. Для минимизации гистерезиса применяются специальные конструкции упругих элементов.

4. Ползучесть

Под действием постоянной нагрузки показания датчика могут медленно изменяться во времени. Это явление называется ползучестью и требует специальных мер компенсации.

5. Внешние электромагнитные помехи

Электромагнитные поля могут наводить паразитные сигналы в измерительных цепях тензодатчика. Для защиты от помех применяется экранирование и специальные схемы подключения.

Учет и минимизация влияния этих факторов позволяет обеспечить высокую точность и надежность тензометрических измерений в различных условиях эксплуатации.

Перспективы развития тензометрической техники

Технология тензометрических измерений продолжает активно развиваться. Основные направления совершенствования тензодатчиков включают:

• Повышение точности и стабильности измерений
• Расширение диапазона измеряемых величин
• Миниатюризация конструкций
• Интеграция с цифровыми системами обработки данных
• Развитие беспроводных технологий передачи данных
• Создание интеллектуальных датчиков с функциями самодиагностики

Перспективным направлением является разработка тензодатчиков на основе новых материалов, таких как графен и углеродные нанотрубки, которые позволят существенно улучшить характеристики измерительных систем.

Развитие тензометрической техники открывает новые возможности для создания высокоточных измерительных систем в различных отраслях науки и техники.

Тензометрические датчики: виды, принцип работы

 

Системы контроля производят постоянное наблюдение за состоянием различных механизмов и, в том числе, контролируют вес. Для проведения измерений на многих предприятиях широко востребованы тензодатчики. Основным компонентом прибора выступает тензорезистор. Он преобразует величину упругой деформации в удобный для измерения сигнал, в основном — в электрический.

Процесс происходит при изменении сопротивления измерительной решетки тензорезистора при его растяжении или сжатии. Конструктивно резистивный преобразователь можно представить в виде тонкой упругой проволоки из константана или пленки (фольги), распределенной по контролируемой поверхности. Устройство позиционируется как один из основных составляющих высокоточного оборудования для взвешивания. Его используют в любых весах электронного типа: от бытовых напольных до сверхточных лабораторных.

Содержание:

1. Виды:
   • Фольговый тензорезистор
   • Пленочный тензорезистор
   • Проволочный тензорезистор
2. Принцип действия тензодатчиков
3. Принцип действия датчиков силы
4. Преимущества тензометрических датчиков
5. Подключение тензометрических датчиков к индикатору веса

Виды

Ассортимент тензометрических датчиков очень большой, их выбирают с учетом сферы использования: измеряют силу и нагрузку; контролируют давление; контролируют момент для станков, моторов автомобилей.

Чаще всего для определения веса используются следующие модели:

• мембранные — широко используются в вагонных и автомобильных весах, для взвешивания цистерн, баков;
• колонные — для многотонных весов — автомобильных, вагонных, бункерных, а также для модернизации механического весового оборудования;
• S-образные — для подвесных, бункерных измерительных приборов, дозаторов массы.

Кроме классификации по форме, тензорезисторы различают по конструкционному чувствительному элементу. Рассмотрим эти разновидности подробнее.

Фольговый тензорезистор

Получили наибольшее распространение. Производят методом фотохимического травления.

Решетка тензорезистора выполняется из разных металлосплавов, обеспечивающих достаточную чувствительность и в то же время имеющих хорошую адгезию с изоляционной основой, на которой выполняется устройство. Толщина проводящего покрытия 3–15 мкм. Сопротивление находится в пределах 30–2000 Ом. Для защиты от внешней среды датчик покрывается специальным слоем.

Основные преимущества изделий — наибольшая чувствительность по сравнению с проволочными устройствами, прочные выводы и сложная конфигурация решетки.

Пленочный тензорезистор

Изготовляют путем напыления слоя германия, теллура, висмута или сульфида свинца на эластичное изоляционное основание из слюды или кварца.

Малая толщина таких тензодатчиков (15–30 мкм) предоставляет существенный плюс при измерениях деформаций в динамическом режиме в области высоких температур. Тензометрический коэффициент преобразователя равен 2–4, а его сопротивление варьируется в пределах 100–1000 Ом.

Проволочный тензорезистор

Представляет собой тонкую проволоку диаметром d 0 002н–0 5 мм, которая укладывается в виде петель длиной 5–25 мм, шириной 8–10 мм и приклеивается к бумаге. К ее концам припаиваются выводы 3 из более толстой проволоки, при помощи которых тензорезистор включается в цепь измерительной системы. Проволока должна соответствовать высокому удельному сопротивлению и малому температурному коэффициенту.

Принцип действия тензодатчиков

Суть работы довольна проста: на вход подается питание, с выхода снимается сигнал. Выходное напряжение зависит от приложенной нагрузки на весовой измерительный датчик для весов.

На практике используют несколько типов весоизмерительных датчиков — четырех-, и шестипроводные. Предлагаем рассмотреть подробнее принцип действия на самом простом — первом варианте.

Четырехпроводной и шестипроводной тензодатчик работает по принципу моста Уитстона. Измерительная схема следующая: на гибкой подложке расположены четыре тензорезистора. Для обеспечения на выходе в состоянии покоя нулевого значения разности потенциалов в точках + S и – S все элементы имеют равное сопротивление. Ток не протекает в выходной цепи измерительного прибора, если считать тензорезистор идеальным. На практике из-за конструкционных особенностей и температурных перепадов все равно наблюдается токовая нагрузка.

При механическом воздействии нагрузки на тензодатчик гибкое основание деформируется. В результате в мостовой измерительной схеме изменяются рабочие параметры 4 резисторов, в том числе сжатие и растяжение. Обратите внимание на рисунок ниже.

Стрелка гальванометра отклоняется, что свидетельствует о том, что равновесие электроцепи нарушается, и ток начинает протекать через выход тензорезистора. Гибкая пластина вернется в исходное состояние, а измерительный мост придет в равновесие, как только нагрузка прекратится.

По факту, тензорезистор меняет параметр омического сопротивления по отношению к прилагаемой силе. На практике устройства широко используются для измерения массы и нагрузки в весоизмерительных системах.

Принцип действия датчиков силы

Специальные устройства предназначены для измерения показателей силы или получения параметров момента действующей силы. Они определяют усилие либо силу, с которой один объект действует на другой.

Наличие датчиков силы в весах обуславливает возможность автоматизировать техпроцесс на производстве. Они востребованы в различных сферах — в с/х, строительстве и металлургической промышленности.

Принцип работы: весовая нагрузка деформирует упругий элемент. В месте возникновения деформации возрастает сопротивление, что приводит к изменению силы тока. Последняя пропорциональна величине деформации и, соответственно, действующей на датчик силе. Модели тензометрических датчиков характеризуются высокой точностью, обладают минимальными габаритами и весом.

Высокоточные малогабаритные устройства предназначены для измерения усилий сжатия и расширения. Самое широкое распространение получили датчики с металлическими тензометрами за свою универсальность, достаточную точность, простоту обработки выходного сигнала и приемлемую цену. Кроме того, они универсальны — подходят для измерения статических и динамических сил.

Преимущества тензометрических датчиков

К преимуществам тензодатчиков следует отнести:

• малый вес и размеры. Современные устройства компактные и не такие громоздкие, как раньше;
• простоту конструкции и крепления датчиков к изделиям. Процесс взвешивания гораздо упростился, а фиксация возможна как на плоских, так и на криволинейных поверхностях;
• способность измерять статические и динамические деформации. Это очень востребовано при использовании устройств в транспортных средствах или экстремальных условиях работы;
• возможность проведения измерений в сложных условиях окружающей среды в температурном интервале от -50 до +50 ˚С.

У нас вы можете купить тензометрические датчики для различных, в том числе больших нагрузок — до 200 т. Устройства работают результативно и обладают максимальной точностью измерения показателей. Подберем для вас нужную конструкцию исходя из области использования — S-образный, колонный, консольный, мембранный, балочный.

Подключение тензометрических датчиков к индикатору веса

В зависимости от пожеланий заказчика и технического задания мы можем изготовить устройства, которые могут иметь 4-х проводный или 6-ти проводный кабель для подключения к весовому индикатору.

Посмотрите на рисунок, где указаны эти две схемы:

Если промышленные весы имеют сразу несколько тензодатчиков, то они должны быть подключены параллельно, желательно с использованием специализированных соединительных коробок. Также они позволят сбалансировать систему, состоящую из множества устройств.

Например, для автовесов используют сборную конструкцию грузоприемного устройства. Платформа состоит из двух полуплатформ. Каждая платформа размещается на четырех тензодатчиках. Для подключения группы тензометрических датчиков применяют соединительные коробки. Они позволяют не только объединить сигналы с тензометрических датчиков, но и произвести выравнивание угловых нагрузок за счет добавочных резисторов, которые включаются в цепь сигнала датчиков.

В комплектацию устройств входит кабель. Если изменить его длину, то требуется обязательная калибровка весового индикатора, иначе показания могут быть недостоверными. Например, удлинение и укорачивание кабеля всегда приводят к потере точности определения массы. Отметим, что сколько бы проводов не было, датчик должен соответствовать требованиям ГОСТ.

Смотрите также:

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

виды, принцип работы и устройство

В различных современных сферах жизнедеятельности человека существует необходимость контроля разных конструкций путем замера параметров и текущего состояния данного элемента. Незаменимыми помощниками в таком деле выступают тензометрические датчики.

Ведущие технологии все чаще используют электронные тензодатчики, среди которых наибольшее распространение получили тензорезистивные модели устройства. Тензометрические элементы могут измерять вес, силу, давление, передвижение и т.п.

Широкое применение нашли тензодатчики для весов, промышленных станков, различных двигателей, используются в строительной области и многих других направлениях.

Виды датчиков

В различных промышленных отраслях применяется огромное множество тензометрических преобразователей. Различают следующие типы устройств:

• средства измерения силы – датчики сканируют изменения параметров усилия и нагрузки;
• приборы для измерения проекции ускорения – акселерометры;
• измерительные средства перемещения испытуемых материалов;
• тензометрические устройства давления – характеризуются контролем параметров давления различных элементов в разных средах;
• тензометрические преобразователи крутящего момента.

Для весов тензодатчики являются наиболее типичным конструктивным элементом. В зависимости от применения структуры грузовой принимающей поверхности используются датчики следующих видов:

• приборы консольного типа;
• средства измерения в виде латинской литеры S;
• тензодатчики в форме шайбы;
• приборы измерения, отдаленно напоминающие форму бочки.

Существует классификация измерительных тензодатчиков, зависящая от конструктивной особенности – элемента чувствительности. Исходным материалом определены такие модели:

• проволочные – создаются в форме проволоки, материалом служит двухкомпонентный нихром, элементальное соединение фехраль, термостабильный сплав константан;
• тензометрические датчики из фольги – используются тонкие полоски фольги;
• полупроводниковые датчики – изготавливаются из таких химических элементов, как кремний, галий, германий.

Принцип функционирования

В основе принципа устройства использован тензоэффект. Его суть заключается в изменении рабочего противодействия полу- и проводниковых элементов во время их растяжения или сжатия – механической деформации.

Тензодатчики представляют собой конструктивный набор из тензорезистора, который имеет коммуникативную точку на панели. Последняя соединяется с материалом для измерения. Функциональная схема срабатывания тензометрического датчика заключается в том, что происходит воздействие на элемент чувствительности. Подсоединение прибора к источнику питания проводится при помощи электроотводов, которые имеют контакт с чувствительной пластиной.

Контактные места характеризуются наличием постоянного напряжения. Тензодатчик принимает на себя деталь через специальную подложку. Масса материала прерывает цепь за счет деформационных искажений. Полученный процесс трансформируется в электрический сигнал тока.

Тензометрический датчик давления зачастую используется с тензоусилителями переменного тока. В данной системе совершается амплитудная модуляция напряжения, которая подается непосредственно на преобразовательные датчики.

Устройство тензодатчика

Тензометрическое средство измерения состоит из:

• упругого элемента;
• тензорезистора;
• корпуса прибора;
• герметичного разъема.

Под упругим элементом подразумевается тело, принимающее на себя нагрузку. В основном производится из специальных марок стали, которые заранее прошли термическую обработку. Это оказывает влияние на получение стабильных показаний. Форма изготовления представлена в виде стержня, кольца или консоли. Стержневая конструкция более востребована и широко распространена.

Тензорезистор – это проволочный или фольговый резисторный узел, который приклеивается к стержню. Данная деталь тензометрического датчика меняет свое сопротивление относительно деформации стержня, а деформационное искажение, в свою очередь, пропорционально нагрузке.

Корпус измерительного прибора предохраняет внутреннюю конструкцию от всевозможных механических повреждений, в том числе и от негативных воздействий окружающей обстановки. Корпус соответствует нормам международного стандарта и имеет различные формы.

Герметичный разъем необходим для коммуникации датчика с дополнительным оборудованием (весы, усилители и т.п.) посредством кабеля. Существуют вариативные схемы соединения. Конструктивные особенности некоторых тензодатчиков предусматривают замену кабеля.

Датчики измерения силы

Тензометрические датчики силы имеют другое распространенное название – динамометры. Данные средства измерения являются составной частью весового оборудования. Их необходимость трудно переоценить, так как они функционируют во всех автоматизированных технологических системах любого производства. Они нашли применение в сфере сельского хозяйства, медицине, металлургии, автомобилестроении и т.д.

В данном методе измерений происходит множество манипуляций, и в соответствии с этим различают несколько типов тензодатчиков:

• тактильные – подразделяются на преобразователи усилия, проскальзывания и касания;
• резистивные – используют тензорезистор и имеют линейный сигнал выхода;
• пьезорезонансные – характеризуются прямым и обратным эффектом, который обеспечивает специальный датчик – резонатор;
• пьезоэлектрические – устойчивы к окружающей температуре, высокопрочные, используется непосредственный пьезоэффект;
• магнитные – функционируют на явлении магнитострикции, изменяющей геометрию размеров в магнитной области;
• емкостные – средства измерения параметрического типа, являющиеся конденсатором.

Датчики измерения веса

Тензометрические датчики веса состоят из трех элементов:

1. Тензорезистор.
2. Балка изгиба.
3. Кабель.

Датчики используются в весовом оборудовании промышленного назначения и личного пользования. Более популярны данные средства измерения в производственных сферах и имеют такие типы:

• консольные устройства – алюминиевые или стальные заготовки. Стальные могут быть исполнены в форме бочки или шайбы, обладают высокой герметичностью;
• балочные устройства – измеряют нагрузки на платформенных и мостовых конструкциях.

Преимущества тензодатчиков

Они следующие:

• Высокоточные замеры параметров.
• Не допускают искажения информации.
• Совместимость с замерами напряжений.
• Компактные габаритные размеры.

Недостатком можно считать потерю чувствительности функционирующих элементов при критических перепадах температуры.

Общие сведения и принцип работы тензодатчиков -Типы тензодатчиков

Тензодатчики (тензометрические датчики) являются основным первичным устройством преобразования физической величины веса в нормированный электрический сигнал. Сигнал с тензодатчика впоследствии обрабатывается вторичными преобразователями (весовой индикатор, весовой процессор, аналого-цифровой преобразователь и т.д.).

Тензодатчики (тензометрические датчики) — это устройства для измерения деформации различных конструкций, основанный на определении смещения (или перемещения) упругого элемента. Датчики смещения могут измерять как линейный сдвиг (при поступательном движении), так и угол поворота (при вращении).

Существует множество способов измерения деформаций в соответствии с используемым принципом преобразования: тензорезистивный, оптико-поляризационный, пьезорезистивный, волоконно-оптический, или простым считыванием показаний с линейки механического тензодатчика. Среди электронных тензодатчиков, наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики.

Существуют разные типы тензодатчиков, в зависимости от сферы применения:

• тензодатчики силоизмерительные измеряют усилия и нагрузки;
• тензодатчики весоизмерительные измеряют вес;
• тензодатчики давления измеряют давления в различных средах;
• акселерометры -датчики ускорения;
• тензодатчики перемещения;
• тензодатчики крутящего момента.

Наиболее типичным применением весовых тензодатчиков являются весы. В зависимости от конструкции грузоприемной платформы применяются весовые тензодатчики различного типа:

• тензодатчики консольные или балочные тензодатчики;
• тензодатчики s-образные;
• тензодатчики «шайба» или тензодатчики мембранного типа;
• тензодатчики «бочка» или тензодатчики колонного типа.

Конструкция тензодатчиков.

Тензодатчики тензорезистивные представляют собой упругий элемент, на котором зафиксирован тензорезистор. Под действием силы (вес груза) происходит деформация упругого элемента вместе с тензорезистором. По изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.

Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки.

Тензодатчики являются наиболее уязвимыми компонентами весоизмерительной системы. В процессе эксплуатации на весовые тензодатчики воздействуют: агрессивная окружающая среда, ударные динамические нагрузки, электростатическое воздействие (сварка), вибрации и т.д. Поэтому в периоды технического обслуживания, перед установкой в оборудование, а также в аварийных случаях, существует необходимость диагностики весовых тензодатчиков.

При проверке состояния тензодатчиков для начала необходимо  проверить  общее техническое состояние системы измерения веса:

• наличие заземляющего контура (шунта), затяжку резьбовых соединений;
• проверка отсутствия следов коррозии, повреждения тензодатчиков, узлов встройки, грузоприемного устройства;
• проверка суммирующих плат; весового индикатора на имитаторе тензодатчика;
• тестирование весового индикатора, подключение к имитатору тензодатчика;
• осмотр состояния кабельной продукции, герметичность кабельного ввода на тензодатчике.

Рассмотрим  последовательность выполнения тестов лоя проверки тензодатчика.

1. Проверка нулевого баланса.

Измерение нулевого баланса необходимо для проверки состояния тензодатчика в ненагруженном состоянии, для этого тензодатчик извлекают из узла встройки и убирают с датчика веса всю приложенную нагрузку. Далее подключают источник питания 10 В в цепь возбуждения тензодатчика, с выходной цепи снимают сигнал в мВ и сравнивают со значением в калибровочном листе. Например, при чувствительности тензодатчика 2мВ/В и питании 10В, напряжение нулевого баланса соответствует +- 0.02 мВ.

В случае если значения выходного сигнала существенно отличаются от паспортных значений, можно судить о деформации упругого элемента тензодатчика, а также нарушении изоляционного слоя тензорезисторов.

2. Проверка сопротивления изоляции

Производится подключением мегомметра к кабелю тензодатчика и проверке на наличие тока утечки между корпусом тензодатчика и токоведущими частями. Низкое значение сопротивления изоляции меньше 1кОм свидетельствует о коротком замыкании (к.з.). Нормальным значением является сопротивление 5Мом. Короткое замыкание может быть между корпусом тензодатчика и токоведущими частями, а также в кабеле. При к.з. в кабеле и появлении тока утечки, кабель можно заменить, если это предусматривает конструкция тензодатчика.

3.Проверка целостности тензометрического моста (Мост Уитстона)

Целостность моста проверяется путем измерения входного и выходного сопротивления, а также сопротивления баланса моста. Отсоедините датчик из коробки или измерительного прибора. Входные и выходные сопротивления измеряется омметром, подключаемого к каждой паре входных и выходных проводов тензодатчика. Далее производится сравнение входного и выходного сопротивления со значениями в калибровочном сертификате или с технической спецификацией оригинального тензодатчика. Сопротивление баланса моста измеряется поочередным подключением омметра к каждой паре выводов кабеля. Значение сопротивления между парами, не должно отличаться более чем на 1-2 Ома.

Отличие входного и выходного сопротивления тензодатчика от паспортных значений, свидетельствует о неисправности тензометрического моста, появление сопротивления разбаланса, означает неработоспособность тензодатчика и необходимость замены. Подобные неисправности появляются, как правило, в следствии электрического воздействия (сварка, статическое поле, электрический пробой), физического (удары, прокручивание, боковые нагрузки), термического.

4. Проверка под нагрузкой

Тензодатчик должен быть подключен к весовому индикатору или к прибору со стабильным источником питания не менее 10В. С помощью милливольтметра, подключенного к выходу тензодатчика, нагружают датчик и фиксируют показания выходного сигнала, при снятии нагрузки показания выходного сигнала должны вернуться к исходным . Будьте предельно осторожны, не перегрузите тензодатчик! В случае если при проведении теста показания будут отличаться при постоянно прикладываемой нагрузке и не возвращаться к исходным значениям, можно судить о нарушении контакта в клеевом слое между тензорезисторами и упругим элементом. Тензодатчик требует замены.

• ← Предыдущая статья
• Следующая статья →

[обновлено] Тензорезистор: принцип, типы, особенности и применение

Тензодатчики являются важными геотехническими инструментами, которые измеряют деформацию в подземных полостях, туннелях, зданиях, бетоне, каменных дамбах, мостах и ​​заделках в грунте/бетоне. и т. д. Основное назначение тензодатчика — косвенное количественное определение напряжения и его изменения во времени. Изменение напряжения определяется путем умножения измеренной деформации на модуль упругости.

Вот все, что вам нужно знать о тензодатчиках. Мы рассмотрели его принципы работы, характеристики, возможности, а также области применения.

Что такое тензодатчик?

Тензодатчик или тензодатчик был изобретен в 1938 году Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром К. Руге. Это один из важных датчиков, используемых в геотехнической области для измерения степени деформации любой конструкции (плотин, зданий, атомных станций, туннелей и т. д.). Сопротивление тензорезистора изменяется в зависимости от приложенной силы и преобразует такие параметры, как сила, давление, натяжение, вес и т. д., в изменение сопротивления, которое можно измерить позже.

Всякий раз, когда к объекту прикладывается внешняя сила, он имеет тенденцию изменять свою форму и размер, тем самым изменяя свое сопротивление. Напряжение — это внутренняя сопротивляемость объекта, а деформация — это степень деформации, которую он испытывает.

Любой базовый тензорезистор состоит из изолирующей гибкой подложки, поддерживающей узор из металлической фольги. Датчик крепится к объекту под напряжением с помощью клея. Деформация объекта приводит к деформации фольги, что в конечном итоге изменяет удельное электрическое сопротивление фольги. Это изменение удельного сопротивления измеряется мостом Уитстона, который связан с деформацией величиной, называемой манометрическим коэффициентом.

Как работает тензодатчик?

Тензодатчик зависит от удельного электрического сопротивления любого проводника. Сопротивление любого проводящего устройства зависит как от его длины, так и от площади поперечного сечения.

Предположим, что L1 — первоначальная длина провода, а L2 — новая длина после приложения к нему внешней силы, деформация (ε) определяется по формуле:

ε = (L2-L1)/L1

Теперь всякий раз, когда внешняя сила изменяет физические параметры объекта, изменяется и его электрическое сопротивление. Тензодатчик измеряет эту деформацию с помощью Формула манометрического коэффициента .

В случае реального мониторинга при строительстве бетонных конструкций или памятников нагрузка прикладывается в точке приложения нагрузки тензодатчика, состоящего из расположенного под ним тензодатчика. Как только прикладывается сила, тензорезистор деформируется, и эта деформация вызывает изменение его электрического сопротивления, что в конечном итоге приводит к изменению выходного напряжения.

Коэффициент тензорезистора – это коэффициент чувствительности тензорезисторов, который определяется по формуле:

GF = [ΔR / (R G * ε)]

Где,

ΔR = Изменение сопротивления деформации

RG 02 = S 0003 калибр 90 ε

Измерительный коэффициент для обычной металлической фольги обычно немного больше 2. Выходное напряжение моста Уитстона, SV определяется по формуле:

SV = {EV x [(GF x ε)/4]}

Где,

EV – напряжение возбуждения моста

Измерительный коэффициент различных материалов приведен ниже:

Материал	Коэффициент манометра
Тензорезистор из металлической фольги	2-5
Тонкопленочный металл (например, константан)	2
Монокристалл кремния	от -125 до + 200
Поликремний	±30
р-тип Ge	102
Толстопленочные резисторы	100

Каков принцип работы тензодатчика?

Тензодатчик работает по принципу электрической проводимости и ее зависимости от геометрии проводника. Всякий раз, когда проводник растягивается в пределах его эластичности, он не рвется, а сужается и удлиняется. Точно так же, когда он сжимается, он становится короче и шире, что в конечном итоге меняет его сопротивление.

Известно, что сопротивление напрямую зависит от длины и площади поперечного сечения проводника:

R= L/A

Где,

R = сопротивление

L = длина

A = Площадь поперечного сечения

Изменение формы и размера проводника также изменяет его длину и площадь поперечного сечения, что в конечном итоге влияет на его сопротивление.

Любой типичный тензорезистор имеет длинную тонкую токопроводящую полоску, расположенную в виде зигзага из параллельных линий. Причина их зигзагообразного расположения заключается в том, что они не увеличивают чувствительность, поскольку процентное изменение сопротивления при данной деформации для всей проводящей полосы одинаково для любой отдельной дорожки.

Кроме того, отдельная трасса подвержена перегреву, что может изменить ее сопротивление и, таким образом, затруднить точное измерение изменений.

Как измерить деформацию с помощью тензодатчика?

Как упоминалось ранее, тензометрические датчики работают по принципу сопротивления проводника, который дает значение коэффициента тензорезистора по формуле:

GF = [ΔR / (RG * ε)]

Теперь на практике в деформации объекта очень малая величина, которую можно измерить только с помощью моста Уитстона. Схема моста Уитстона приведена ниже.

Рис. 1: Цепь тензометрического датчика

Мост Уитстона представляет собой сеть из четырех резисторов с напряжением возбуждения В ex , которое приложено к мосту. Мост Уитстона представляет собой электрический эквивалент двух параллельных цепей делителя напряжения, где R1 и R2 — одна из них, а R3 и R4 — другая.

Выход схемы Уитстона определяется как:

В o = [( R3 / R3 + R4 ) – ( ​​ R2 / R1 +2)] * V ex

Всякий раз, когда R1/R2 = R4 / R3, выходное напряжение V o равно нулю и говорят, что мост сбалансированный. Следовательно, любое изменение значений R1, R2, R3 и R4 изменит выходное напряжение. Если вы замените резистор R4 тензометрическим датчиком, даже незначительное изменение его сопротивления изменит выходное напряжение Vex, которое является функцией деформации. Выходная эквивалентная деформация и выходное напряжение всегда имеют соотношение 2:1.

Характеристики тензодатчиков 

Характеристики тензорезисторов следующие:

1. Они обладают высокой точностью и не подвержены влиянию изменений температуры. Однако, если на них влияют изменения температуры, для корректировки температуры доступен термистор.
2. Они идеально подходят для дальней связи, так как на выходе — электрический сигнал.
Тензорезисторы
3. просты в обслуживании и имеют длительный срок службы.
4. Производство тензорезисторов упрощается благодаря простому принципу действия и небольшому количеству компонентов.
5. Тензорезисторы подходят для долговременной установки. Тем не менее, они требуют определенных мер предосторожности при установке.
6. Все тензодатчики производства Encardio Rite герметичны и изготовлены из нержавеющей стали, что делает их водонепроницаемыми.
7. Они полностью герметизированы для защиты от повреждений при обращении и установке
8. Также возможно дистанционное цифровое считывание для тензодатчиков

Где используются тензометрические датчики (Применения)

Тензометрические датчики широко используются в области геотехнического мониторинга для постоянного контроля конструкций, плотин, туннелей и зданий, чтобы можно было вовремя избежать аварий. Применение тензометров включает:

Аэрокосмическая промышленность

Тензодатчики крепятся к несущим элементам конструкции для измерения напряжений вдоль траекторий нагрузки при прогибе или деформации крыла в самолете.

Тензорезисторы подключаются к цепям моста Уитстона, а области их применения включают бортовые блоки формирования сигналов, источники питания возбуждения и телеметрию, необходимую для считывания измерений на месте.

Вантовые мосты

Контрольно-измерительные приборы мостов проводятся для проверки проектных параметров, оценки эффективности новых технологий, используемых при строительстве мостов, проверки и контроля процесса строительства и последующего мониторинга эффективности.

Хорошо оснащенные мосты могут предупредить ответственные органы о приближающемся отказе, чтобы принять превентивные меры. Выбор надлежащих типов датчиков, технологии, диапазона измерения и их расположения на мосту очень важен для оптимизации затрат и получения всех преимуществ от приборов.

Возникает необходимость регулярно контролировать мосты на предмет деформации любого рода, так как это может привести к несчастным случаям со смертельным исходом. Технология тензодатчиков используется для мониторинга огромных мостов в режиме реального времени, что делает проверки более точными.

Например, мост Ямуна в Аллахабаде-Найни — это 630-метровый вантовый мост через реку Ямуна. На мосту установлено множество измерительных каналов, которые измеряют скорость ветра и натяжение тросов.

Мониторинг рельсов

Тензометрические датчики уже давно используются для обеспечения безопасности рельсов. Он используется для измерения напряжения и деформации на рельсах. Тензорезисторы измеряют осевое растяжение или сжатие без воздействия на рельсы. В случае чрезвычайной ситуации тензометрические датчики могут генерировать предупреждение, поэтому техническое обслуживание может быть выполнено заблаговременно, чтобы свести к минимуму воздействие на железнодорожное движение.

Измерение крутящего момента и мощности во вращающемся оборудовании

Тензометрические датчики могут измерять крутящий момент, прилагаемый двигателем, турбиной или двигателем к вентиляторам, генераторам, колесам или гребным винтам. Вы найдете такие типы оборудования на электростанциях, кораблях, нефтеперерабатывающих заводах, автомобилях и в промышленности.

Почему важны тензорезисторы?

Тензометрические датчики широко используются в области геотехнического мониторинга и приборостроения для постоянного контроля плотин, внутренней обделки туннелей, сооружений, зданий, вантовых мостов и атомных электростанций во избежание аварий и аварий в случае их деформации .

Своевременные действия помогут избежать несчастных случаев и гибели людей из-за деформаций. Следовательно, тензометрические датчики являются важными датчиками в геотехнической области.

На этих конструкциях устанавливаются тензометрические датчики, после чего полные данные с них можно получить дистанционно с помощью регистраторов данных и устройств считывания. Они считаются важным измерительным оборудованием для обеспечения производительности и безопасности.

Типы тензодатчиков

Существует несколько типов тензорезисторов, основанных на принципе их работы, а именно. механические, оптические, акустические, пневматические или электрические. С учетом монтажа тензорезисторы могут быть клеевыми или несвязанными, а в зависимости от конструкции могут быть фольгированные, полупроводниковые и фотоэлектрические тензорезисторы.

Encardio Rite в основном имеет дело с шестью различными типами тензодатчиков:

1. Модель EDS-11V/герметичный вибрационный тензорезистор

Тензометр модели EDS-11V подходит для заделки в грунт, бетон или на поверхность монтаж сваркой на металлоконструкциях. Он предоставляет важные количественные данные о величине и распределении деформации сжатия и растяжения и ее изменениях во времени.

В тензодатчике Encardio Rite используется новейшая технология вибропровода для дистанционного цифрового считывания деформации сжатия и растяжения в плотинах, мостах, подземных полостях, канализационных/метро/железнодорожных/автомобильных туннелях, шахтах, стальных конструкциях и других областях применения. там, где требуется измерение деформации.

Долговременная стабильность достигается за счет термоциклирования и циклической нагрузки, уникального метода зажима проволоки путем создания вакуума 1/1000 торр внутри датчика с помощью электронно-лучевой сварки. Это приводит к полному исключению влияния окисления, влаги, условий окружающей среды и любого проникновения воды.

Принцип работы герметически закрытого вибрационного тензорезистора

Вибрационный тензорезистор Encardio Rite в основном состоит из намагниченной натянутой проволоки с высокой прочностью на растяжение, один конец которой закреплен, а другой конец смещается пропорционально изменению деформации.

Любое изменение деформации напрямую влияет на натяжение проволоки, что приводит к соответствующему изменению частоты вибрации проволоки. Резонансная частота, с которой вибрирует проволока, считывается блоком отсчета. Деформация пропорциональна квадрату частоты, и блок считывания может отображать это непосредственно в деформациях.

Характеристики герметичных вибропроводных тензорезисторов

1. Точный, прочный и недорогой тензорезистор
2. Обеспечивает долговременную стабильность и высокую надежность
3. Герметично запаян под вакуумом 0,001 торр
4. Тензорезистор изготовлен из нержавеющей стали
5. Не требует специальной установки и обслуживания
6. Вместе с этим тензодатчиком доступен широкий ассортимент принадлежностей
7. Термистор доступен для коррекции температуры
8. Дистанционный цифровой считыватель для измерения деформации
9. Простота регистрации данных 

Применение герметичных вибротросовых тензорезисторов

1. Измерение и контроль деформации в бетонных, каменных и стальных конструкциях
2. Исследование распределения напряжений в опорных ребрах подземных полостей и тоннелей
3. Определение и мониторинг распределения напряжений в бетоне и кирпичной кладке плотин
4. Испытание тройников
5. Контроль напряжений в напорных валах

2.

Модель EDS-12V/Sister Bar Тензометр

Encardio Rite Модель EDS-12V Тензометр специально разработан для заделки в бетонные конструкции. Они идеально подходят для измерения напряжения в бетонных конструкциях, таких как сваи, диафрагмы/стены из цементного раствора, опоры мостов, облицовка туннелей, дамбы, фундаменты и т. д.

Простота установки и водонепроницаемость

Возможно надежное и точное измерение

Полностью герметизирован для защиты от повреждений при обращении и установке

Прочная конструкция

Применение тензометра с вибрирующим проводом

1. Подходит для измерения деформации в железобетонных конструкциях
2. Измерение деформации бетонных свай и монолитных бетонных свай.
3. Измерение деформации в шламовых стенках диафрагмы
4. Модель EDS-12V Измерение деформации в тоннельной обделке, плотинах и мост абатменты
5. Обеспечивает надежные показания с высоким разрешением

3.

Модель EDS-20V-Series/Тензорезистор

Вибрационный тензорезистор имеет три разные модели в своей серии:

• EDS-20V-AW/Arc переносной тензорезистор

Модель EDS-20V-AW в основном состоит из двух концевых частей, соединенных трубкой, в которую заключен отрезок магнитной натянутой проволоки с высокой прочностью на растяжение. Провод герметизируется в трубке набором двойных уплотнительных колец, закрепленных на каждом наконечнике. Двойные кольцевые уплотнения надлежащим образом защищают тензорезистор от проникновения воды. На тензодатчике предусмотрена дополнительная гидроизоляция в виде термоусадочной трубки для предотвращения попадания воды.

Трубка сплющена посередине для размещения датчика в сужении. Датчик является неотъемлемой частью тензорезистора. Тензодатчик лучше подходит для мест, подверженных капающей или проточной воде, или мест, которые могут быть погружены в воду.

Для монтажа тензорезистора два кольцевых монтажных блока точно позиционируются и выравниваются с помощью монтажного шаблона и манекена и привариваются к конструкции. Затем манекен манометра окончательно заменяется настоящим тензодатчиком и фиксируется парой установочных винтов на каждом блоке.

Кольцевые монтажные блоки с армированными стержнями для заливки цементным раствором доступны для поверхностного монтажа тензорезистора на бетонную конструкцию.

• EDS-20V-E/Малодиапазонный встраиваемый тензодатчик

Тензорезистор вибрационный модели ЭДС-20В-Э предназначен для измерения деформации в подземных полостях, туннелях, зданиях, бетонных и каменных плотинах и т.д. Тензорезистор пригоден для заделки в грунт или бетон.

Встраиваемый тензорезистор аналогичен тензодатчику для дуговой сварки, за исключением того, что монтажные блоки заменены фланцами из нержавеющей стали.

• EDS-20V-SW/тензометр для точечной сварки

В модели EDS-20V-SW тензорезистор с возможностью точечной сварки, язычок из фольги из нержавеющей стали, прикрепленный к каждому концевому блоку, позволяет приваривать тензорезистор точечной сваркой или фиксировать его на месте с помощью эпоксидной смолы. Датчик предварительно натянут небольшой пружиной сжатия. Начальное натяжение может быть установлено во время установки, что обеспечивает максимальный диапазон растяжения или сжатия по мере необходимости. Манометр предназначен для использования только на плоских поверхностях.

4. Модель серии EDS-21V/тензометр высокого диапазона

Серия тензорезисторов высокого диапазона Encardio Rite используется для измерения деформаций до 5000 микродеформаций. В эту серию входят две разные модели:

• EDS-21V-E/Высокочастотный тензодатчик для погружения
  

Модель EDS-21V-E представляет собой тензодатчик, очень похожий на модель EDS 20V-E. Тензорезистор высокого диапазона используется для определения напряжения в бетонной массе, подземных полостях, туннелях, зданиях, бетоне, каменных дамбах и т. д. Фланцы из нержавеющей стали на обоих концах прибора позволяют встраивать его непосредственно в любой бетон.

Деформация бетонной массы отражается в изменении натяжения проволоки, что приводит к изменению частоты колебаний.

Встраиваемый тензодатчик высокого диапазона может измерять до 3000 микродеформаций.

• EDS-21V-AW/ Тензорезистор высокого диапазона для дуговой сварки
  

Encardio Rite Модель EDS-21-AW находит свое применение при поверхностном монтаже путем сварки на стальных конструкциях, таких как мосты, сваи, тройники, напорные шахты, туннельные обделки, опоры и т. д. Он используется для определения деформации на стальной или бетонной поверхности композитной конструкции.

Тензорезистор для дуговой сварки имеет диапазон 5000 микродеформаций при активной длине датчика 150 мм.

5. Модель EDS-40D/Динамический тензодатчик

Модель Encardio Rite EDS-40D представляет собой прецизионный тензодатчик с высокочастотной характеристикой для мониторинга динамической деформации или напряжения. Динамический тензодатчик обычно применяется для мониторинга состояния конструкции. Он устанавливается на мембрану из конструкционной стали, где необходимо контролировать напряжение/деформацию. Модель EDS-40D полезна в приложениях, где напряжения быстро меняются и необходим динамический мониторинг.

Encardio Rite Динамический тензодатчик подходит для долгосрочного мониторинга, поскольку он поставляется с возможностью водонепроницаемой установки и хорошо работает даже в агрессивных средах.

Часто задаваемые вопросы

Что такое расчетная длина?

Невозможно измерить поля нелинейных деформаций без внесения некоторой погрешности, потому что деформацию нельзя измерить в точке с помощью датчика любого типа.

В таких случаях погрешность зависит от длины и ширины датчика. Размер датчика для механического тензорезистора рассчитывается по расстоянию между двумя кромками ножа, контактирующими с образцом, и по ширине подвижной кромки ножа.

Что такое чувствительность датчика?

Чувствительность можно определить как наименьшее значение деформации, которое можно прочесть на шкале тензодатчика.

Выбор манометра сильно зависит от требуемой степени чувствительности, и довольно часто выбор манометра с очень высокой чувствительностью усложняет метод измерения.

Какой диапазон тензорезисторов?

Следующей характеристикой тензодатчика является его диапазон. Диапазон представляет максимальную деформацию, которая может быть зарегистрирована без сброса или замены тензодатчиков.

Также диапазон и чувствительность взаимосвязаны, так как высокочувствительный манометр реагирует на малые деформации при отклонениях индикатора, а диапазон обычно ограничивается отклонением индикатора на полную шкалу.

Что такое точность с точки зрения тензодатчика?

В механическом тензометрическом датчике неточности могут быть вызваны потерями движения, такими как люфт зубчатой ​​передачи, трение, изменения температуры и износ механизма, проскальзывание, изгиб или отклонение компонентов.

Можно ли повторно использовать тензодатчики?

Основными преимуществами механических тензорезисторов являются простота их использования, их относительно низкая стоимость и возможность многократного использования. Тензодатчики электрического сопротивления преодолевают большинство недостатков механических тензорезисторов.

Почему для измерения деформации используется мост Уитстона?

Не всегда необходимо использовать схему моста Уитстона для измерения электрического сопротивления. Основное преимущество четырехпроводной омической схемы заключается в том, что подводящие провода не влияют на значения, поскольку напряжение определяется непосредственно на тензометрическом элементе.

Что такое стресс?

Это мера внутреннего давления на объект всякий раз, когда на него действует внешняя сила. Чем больше сила или чем меньше площадь, на которую она действует, тем больше вероятность деформации материала.

Деформация является безразмерной величиной, поскольку значения в числителе и знаменателе всегда имеют одни и те же единицы измерения.

S = Δx/X

Где, 

S = деформация (без единиц измерения)

Δx = изменение размера (м для продольной деформации или деформации сдвига, м3 для объемной деформации)

X = первоначальный размер (м для продольной деформации или деформации сдвига, м3 для объемной деформации)

Что такое деформация?

Величина деформации, которая возникает в объекте, называется деформацией. Деформация определяется как изменение длины, производимое силой, деленное на первоначальную длину материала.

Напряжение обозначается σ. Он представлен в Н/м2.

Формула напряжения сформулирована следующим образом:

σ = F/A

Где,

F = приложенная сила

A = площадь, на которую действует сила. Если у вас есть дополнительные вопросы, сообщите нам об этом в комментариях ниже.

Тензорезистор

— принцип работы, типы и области применения В 1938 Эдвард Э. Симмонс и писатель К. Руге изобрели тензодатчики. Металлическая фольга поддерживается изолирующей гибкой подложкой, состоящей из тензорезистора.

При приложении силы тензодатчик используется в качестве датчика для измерения изменений сопротивления с последующим преобразованием этих изменений электрического сопротивления в измерения. Тензорезисторы изготавливаются из длинных тонких кусков металлической проводящей фольги, прикрепленных к гибкому материалу подложки, известному как носитель.

Содержание

• 1. Что такое тензодатчик?
• 2. Принцип работы тензодатчиков
• 3. Типы тензорезисторов
• 4. Характеристики тензорезисторов
• 5. Особенности конструкции тензорезистора
• 6. Применение тензорезисторов
7
4. Strain Gaugeette Ограничения для тензодатчиков

Прочитать статью полностью

Что такое тензодатчик?

Тензодатчик представляет собой датчик, который преобразует силу, давление, напряжение, вес и т. д. в изменение электрического сопротивления, которое впоследствии можно измерить. Сопротивление тензорезистора зависит от приложенной силы. Стресс и деформация возникают, когда внешние силы воздействуют на стационарный объект.

Тензодатчик является одним из наиболее важных датчиков, используемых в методе электрических измерений, используемых для оценки механических величин.

Принцип работы тензодатчика

Тензодатчик на принципе электрической проводимости и ее зависимости от геометрии проводника. Всякий раз, когда проводник растягивается в пределах его эластичности, он не порвется, но может стать уже и длиннее. Точно так же, когда он сжимается, он становится короче и шире и в конечном итоге меняет сопротивление.

Типы тензорезисторов

В зависимости от положения и расположения тензодатчиков они подразделяются на следующие типы.

• Линейный тензометр
• Розеточный тензорезистор
• Мембранный тензорезистор
• Тензорезистор сдвига
• Двойной параллельный тензорезистор

В зависимости от типа резистивного материала, он подразделяется на следующие четыре типа.

• Тензорезистор из тонкой проволоки
• Тензорезистор из металлической фольги
• Полупроводниковый тензодатчик
• Фотоэлектрический тензодатчик

В зависимости от метода изготовления он подразделяется на следующие два типа.

• Несвязанного типа
• Скрепленного типа

Характеристики тензорезистора

Характеристики тензорезистора в основном определяются размерами тензорезистора, сопротивлением, тензорезистором, удельным сопротивлением, температурным коэффициентом и термической стабильностью. Размеры и форма датчика имеют важное значение при выборе правильного типа датчика деформации для данного приложения.

• Наряду с тензодатчиком
• доступен широкий ассортимент принадлежностей. Он обладает высокой точностью и не подвержен влиянию изменений температуры. Однако термистор используется для коррекции температуры, если на нее влияют изменения температуры.
• Тензодатчик идеально подходит для дальней связи, поскольку на выходе он представляет собой электрический сигнал.
• Тензорезисторы требуют минимального обслуживания и имеют длительный срок службы.
• Производство тензорезисторов несложно благодаря их простому принципу действия и небольшому количеству компонентов.
• Тензорезистор для долговременной установки. Тем не менее, тензорезисторы требуют определенных мер предосторожности при установке.
• Все тензорезисторы производства Encardio-Rite герметичны и изготовлены из нержавеющей стали, что делает их водонепроницаемыми.
• Тензорезисторы полностью герметизированы для защиты от повреждений при обращении и установке.
• Дистанционное цифровое считывание удельного сопротивления также возможно в тензодатчиках.

Тензорезисторы изготовлены из металла. Его можно разделить на типы с проволочной обмоткой и металлической фольгой. самая ранняя форма устройства — проволочная рана. В настоящее время наиболее распространены тензометрические датчики с металлической фольгой. Тензорезистор из металлической фольги, изготовленный методом фотохимического травления или печати схем. Некоторым сырьем, используемым для производства металлических тензодатчиков, являются медно-никелевые, никель-хромовые и платиновые сплавы.

Применение тензометрических датчиков

Тензометрические датчики широко используются в геотехническом мониторинге для постоянной проверки конструкций, плотин, туннелей и зданий, чтобы можно было вовремя избежать несчастных случаев. Применение тензометров включает:

• Самолет: тензорезисторы крепятся к несущим элементам конструкции для измерения напряжений вдоль траекторий нагрузки при деформации крыла самолета.
• Вантовый мост: тензометрический датчик становится важным для регулярного контроля мостов на предмет любой деформации, поскольку это может привести к несчастным случаям со смертельным исходом. Технология тензодатчиков используется для мониторинга огромных мостов в режиме реального времени, что делает проверки более точными.
• Мониторинг рельсов: тензометрические датчики имеют большой опыт в обеспечении безопасности рельсов. Тензорезистор используется для измерения деформации, соответствующей нагрузке на рельсы. Тензорезисторы измеряют осевое растяжение или сжатие без воздействия на рельсы. В аварийной ситуации тензометрические датчики могут выдать предупреждение. Следовательно, техническое обслуживание может быть выполнено заблаговременно, чтобы свести к минимуму воздействие на железнодорожное движение.

Розетка тензодатчика

Мы используем наиболее распространенный тип тензорезистора для определения деформации в другом направлении.

• Для измерения напряжения, силы и деформации по нескольким осям используются тензометрические розетки. Можно использовать тензометрическую розетку с двумя тензорезисторами, если известно направление главных напряжений. Комбинация из 3 тензодатчиков была размещена для определения деформации в любом направлении.
• Деформации, возникающие в большинстве инженерных конструкций и машин, очень малы. Например, в металлической стяжке максимально допустимая осевая деформация будет меньше, чем деформация смещения, равная 0,2%.
• Широко используемый метод тензометрических измерений основан на тензометрическом датчике электрического сопротивления. Эти тензорезисторы измеряют нормальную или продольную деформацию, растяжение или сжатие в точке на поверхности деформируемого твердого тела.
• Когда деформация сдвига не может быть измерена напрямую с помощью одного тензодатчика. Расположение трех датчиков, установленных в одной точке, используется для определения состояния деформации точки; такое устройство известно как розетка тензодатчика.

Розетки для тензорезисторов подразделяются на три типа:

• Розетки для тензорезисторов Delta (2-й и 3-й тензорезисторы 60 ⁰ и 120 ⁰ на расстоянии от 1-го тензорезистора)
• Розетки для тензодатчиков прямоугольные 2-й и 3-й тензорезисторы45 ⁰ и 90 ⁰ на расстоянии от 1-го тензодатчика)
• Розетки тензодатчиков типа Y или Star (2-й и 3-й тензорезисторы 120 ⁰ и 240 ⁰ тензодатчик)

Ограничения для тензодатчиков

Каждый тензодатчик имеет свои ограничения в отношении температуры, усталости, степени деформации и среды измерения. Эти ограничения необходимо изучить перед использованием тензодатчика.

• Тензорезисторы измеряют деформацию только в одном направлении, одиночный тензорезистор часто называют аксиальным тензодатчиком, что является сокращением от одноосного тензорезистора и отражает его чувствительность к деформации только в одном направлении.
• Чем больше температура, тем больше сопротивление, и наоборот. Это общее свойство для всех проводников. Эту проблему можно решить, используя тензометрические датчики с температурной самокомпенсацией (или) методом фиктивных тензорезисторов.

Часто задаваемые вопросы о тензометрическом датчике

• Что такое тензодатчик?

  Сопротивление тензорезистора определяется как электрическое сопротивление, измеренное между двумя контактными площадками, предназначенными для соединения измерительных кабелей.

• Каковы преимущества и недостатки тензорезистора?

  Преимущество: В тензодатчике нет движущихся частей. Тензодатчики обычно небольшие, поэтому с ними легко обращаться.

  Недостаток: Тензорезисторы нелинейны. Он нуждается в регулярной калибровке, чтобы использовать его безукоризненно.

• Какие бывают типы тензодатчиков?

  Тензорезисторы делятся на следующие типы в зависимости от их положения и расположения тензодатчиков;

  • Линейный тензометр
  • Розеточный тензорезистор
  • Мембранный тензометр
  • Сдвиговой тензометр
  • Двойной параллельный тензометр

• Какова формула коэффициента манометра?

  Коэффициент тензорезистора = (ΔR/R)/(ΔL/L)

  Где R = сопротивление тензодатчика

  L = длина тензодатчика

• Почему тензодатчик важен?

  Своевременные действия помогут избежать несчастных случаев и гибели людей из-за деформаций. Следовательно, тензодатчик является важным датчиком в геотехнической области. Тензодатчики устанавливаются на конструкциях, и полные данные с них можно получить дистанционно с помощью регистраторов данных и устройств считывания.

ESE & GATE CE

CIVICE ENGG.Gategate CEESE CEESEBARC CEAFCAT CE

ПРИДЕСОВАНИЯ

Следуйте за последние обновления

.

GradeStack Learning Pvt. Ltd.Windsor IT Park, Tower — A, 2-й этаж,

Sector 125, Noida,

Uttar Pradesh 201303

[email protected]

9Принцип работы тензодатчика 0000 — руководство по электротехнике

Привет, друзья,
 
В этой статье я собираюсь описать вам принцип работы тензометрического датчика , тензометрический коэффициент и работу тензодатчика.
 
Тензодатчик представляет собой пассивный преобразователь, преобразующий механическое перемещение в изменение сопротивления. Датчик деформации представляет собой тонкое пластинообразное устройство, которое можно прикрепить к различным материалам для измерения приложенной деформации. Они используются в качестве основного датчика во многих типах датчиков, таких как датчики давления, тензодатчики, датчики крутящего момента и т. д.

Широко распространены тензометрические датчики фольгового типа (рис. 1), в которых резистивная фольга крепится на подложке. Они доступны во множестве форм и размеров для различных применений. Сопротивление фольги изменяется по мере того, как материал, к которому прикреплен датчик, подвергается растяжению или сжатию из-за изменения его длины и диаметра.
 
Это изменение сопротивления пропорционально приложенной деформации. Поскольку это изменение сопротивления очень мало по величине, его влияние можно обнаружить только с помощью моста Уитстона. это основное принцип работы тензодатчика .

Принципиальная схема показана на рисунке №2. На этой принципиальной схеме тензорезистор подключен к мосту Уитстона. Эта схема устроена так, что когда к тензодатчику не приложено никакой силы, R ₁ равно R ₂ , а сопротивление тензорезистора равно R ₃ . В этом состоянии мост Уитстона уравновешен, и вольтметр не показывает отклонения.
 
Но когда к тензодатчику прикладывается напряжение, сопротивление тензометрического датчика изменяется, мост Уитстона разбалансируется, через вольтметр протекает ток. Поскольку чистое изменение сопротивления пропорционально приложенной деформации, результирующий ток, протекающий через вольтметр, пропорционален приложенной деформации. Таким образом, вольтметр можно калибровать по напряжению или силе.
 
В приведенной выше схеме мы использовали только один тензодатчик. Это известно как схема «четверть моста». Мы также можем использовать два или даже четыре тензорезистора в этой схеме. Тогда эта схема называется «полумост» и «полный мост» соответственно. Полномостовая схема обеспечивает большую чувствительность и наименьшие погрешности из-за изменения температуры.

Коэффициент тензорезистора

Коэффициент тензометрического датчика определяется как единичное изменение сопротивления на единицу изменения длины.
 
т.е. коэффициент манометра G _f = (∆R/R)/( ∆l/l)
 
где R = номинальное манометрическое сопротивление,
∆R = изменение сопротивления,
l = длина образца в ненагруженное состояние,
∆l = изменение длины образца.
 
Это может быть доказано математически,
 
Калибровочный коэффициент, G _f = 1 + 2v + (∆ρ/ρ)/(∆L/L)
 
Если изменение удельного сопротивления из-за деформации почти незначительно , затем
 
тензометрический коэффициент ,   G _f = 1 + 2v
 
Где v — коэффициент Пуассона. Его можно определить как отношение деформации в поперечном направлении к деформации в осевом направлении. Коэффициент Пуассона для большинства металлов находится в диапазоне от 0 до 0,5, что дает калибровочный коэффициент приблизительно равный 2.

Тензометрические розетки

Форма тензорезистора выбирается в зависимости от измеряемой деформации. Различные формы тензорезисторов могут использоваться для измерения деформации в осевом, двуосном или многоосном направлениях. Если требуется одновременное измерение деформации более чем в одном направлении, используются многоэлементные тензометрические датчики.

Эти многоэлементные тензорезисторы называются «тензометрическими розетками». В двухэлементных тензорезисторах оба элемента удерживаются в положении 90 ^o . Этот тип тензорезисторов используется в датчиках силы. Трехэлементные розетки тензодатчиков используются для определения направления и величины основной деформации, возникающей в результате сложной структурной нагрузки. Самый популярный тип имеет угловое смещение между чувствительными элементами 45 ^o или 60 ^o (рис. 5).

Тензометрические датчики силы

Датчик силы — это устройство для измерения силы. В тензодатчике преобразователь используется для преобразования силы в пропорциональный электрический сигнал. Существуют различные типы тензодатчиков, такие как гидравлические, пневматические и тензометрические тензодатчики . В промышленности в основном используются тензодатчики. В этих тензодатчиках используются тензометрические датчики для измерения силы и создания пропорционального электрического сигнала.

Схематическое расположение тензодатчика показано на рис. №4. В этом тензодатчике к тензодатчику подключены четыре тензодатчика. Они далее связаны с мостом Уитстона. Эта система устроена таким образом, что в нормальных условиях мост Уитстона остается сбалансированным, и, следовательно, вольтметр не показывает отклонения.
 
Но когда мы прикладываем нагрузку к тензодатчику, в тензодатчиках возникает деформация. Эта деформация в тензодатчиках изменяет их сопротивление. Это делает мост Уитстона неуравновешенным. И вольтметр показывает показания. Поскольку дисбаланс в цепи пропорционален нагрузке, вольтметр можно калибровать по силе или нагрузке.

Характеристики тензорезисторов

Для удовлетворительной работы тензодатчик должен иметь следующие характеристики:

• Должен иметь высокое значение манометрического коэффициента.