Тензометр это. Тензометр: принцип работы, виды и применение в измерении деформаций

Дополнительная информация. Программное обеспечение ZETLAB TENZO содержит программу Тензометр для всех тензостанций. При сбое программ подключают Ethernet. Для этого запускают панель ZETLAB, нажимают клавишу F1 и находят строку подключения к Ethernet.

Цифровой тензорезистор ZET

Тензометрические обследования помогают избегать просчётов в проектировании объектов, испытывающих деформации различного характера под воздействием разных внешних факторов. Своевременное выявление причин, вызывающих изменения характеристик объекта, позволяет сохранить его эксплуатационные качества и предотвратить возникновение аварийных ситуаций.

Видео

Тензометр Аистова — Описание и принцип работы

Тензометр Аистова используется для экспериментального определения деформаций и перемещений. Принцип его работы основан на рычажной системе.

Устройство тензометра Аистова показано на рис. 2.13. Это – тензометр рычажной системы, у которого имеется микрометрический винт с лимбом 1, по которому и производятся отсчеты.

Планка 2 прижимается к поверхности 3 испытываемого образца при помощи струбцинки, не изображенной на рисунке. Планка имеет неподвижную опору 4 и подвижную опору 5. Опору 4 заранее устанавливают на определенном расстоянии s от опоры 5. Расстояние s – база тензометра; максимальное значение базы удлинителя составляет 60 мм.

Опора 5, выполненная в виде призмы, в случае деформации поверхности испытываемого образца будет поворачиваться. Вместе с призмой поворачивается и прикрепленный к ней рычажок 6. Отношение высоты призмы к длине рычажка равно 1:5. Следовательно, перемещение верхнего конца рычажка равно замеряемому удлинению, увеличенному в пять раз.

Это перемещение определяется при помощи микрометрического винта по разности отсчета на лимбе 1 до и после деформации.

Рис. 2.13. Тензометр Аистова

Отсчеты на лимбе берут по неподвижному указателю 7. Для того чтобы взять отсчет, нужно, поворачивая рукой лимб, довести заостренный конец винта до соприкосновения с рычажком 6.

Момент контакта определяется замыканием электрической цепи; при этом вспыхивает лампочка 9. Ток напряжением 4-6 В подается к микрометрическому винту, а отводится через рычажок 6; в стойке 8, поддерживающей винт, имеется изолирующая прокладка.

После взятия отсчета следует отвести винт обратно от рычажка, чтобы обеспечить ему возможность свободного перемещения при удлинении образца. Этого делать не нужно, если образец при испытании не удлиняется, а укорачивается.

Шаг микрометрического винта равен 0,5 мм. Лимб разделен на 100 делений. Следовательно, поворот лимба на одно деление означает перемещение винта вдоль его оси на 0,005 мм. Это соответствует, как выше указано, удлинению образца на 0,001 мм. Таким образом, цена деления шкалы тензометра Аистова равна 0,001 мм.

Тензодатчик сопротивления >
Стрелочный индикатор >

Применение тензометров в анализе напряжений.

Экспериментальный анализ напряжений основан на принципе измерения деформации. Первоначально, для измерения деформации использовались громоздкие механические устройства, которые демонстрировали деформацию, используя передаточное отношение рычажного механизма, равное одной тысяче или больше. Эти был единственный тип устройств доступных для выполнения измерений, необходимых для анализа напряжений.

Система измерения

Обычно деформация, определяемая измерителями деформации (тензометрами), очень мала. Связанные с ней изменения электрического сопротивления также минимальны, и невозможно проводить их непосредственные измерения.

В систему измерения, должен быть включен тензометр, это позволяет точно измерять не деформацию, а изменение сопротивления тензометра.

Помимо тензометра, преобразующего механическую деформацию в изменение электрического сопротивления, в систему измерения включается измерительная схема в виде моста Уитстона, с одной стороны которого подключен тензометр.

Как измерительная схема, так и тензометр являются пассивными компонентами. Когда сопротивление тензометра изменяется в связи с деформацией, схема моста теряет симметричность и баланс. В результате возникает выходное напряжение, пропорциональное дисбалансу моста.

В состав системы измерения в качестве третьего компонента входит усилитель, увеличивающий выходное напряжение моста до уровня, пригодного для работы индикаторов.

В ряде случаев усилитель предназначен для выдачи выходного тока, пропорционального выходному напряжению моста, но некоторые модели могут выводить либо ток, либо напряжение. Четвертым компонентом системы измерения является индикатор. В нем выходной сигнал, поступающий с усилителя, преобразуется в форму, которая может быть воспринята пользователем.

Перечисленные элементы являются основными компонентами. Система измерения может быть расширена за счет использования дополнительного оборудования, такого, как сканеры, фильтры, фиксаторы пиковых значений, предельные выключатели, регистраторы переходных процессов и т.п.

Все эти устройства вы сможете найти в нашем каталоге.

Типы тензометров

Металлические тензометры

Открытое Уитстоном изменение сопротивления электрического проводника под воздействием механической деформации стало объектом исследований в 1930-е годы.

Определенные шаги в этом направлении были достигнуты экспериментальным путем, и наконец, Артур Руге использовал очень тонкую проволоку с большим сопротивлением, уложив ее извилинами на тонкой папиросной бумаге и прикрепив к концам проволоки более толстые контакты. Для исследования характеристик этого прототипа устройства он приклеил его к изгибающейся балке и провел сравнение измерения при помощи традиционных устройств измерения деформации.

Он обнаружил хорошую корреляцию, линейно связывающую напряжение и величины деформации по всему диапазону измерений. Корреляция имела место, как для положительной, так и для отрицательной деформации, т.е. для сжатия и растяжения, включая хорошую устойчивость в нулевой точке. Так был изобретен «тензометрический датчик на основе электрического сопротивления связанной сети» (рисунок 1).

Полупроводниковые тензометры

Кроме металлических датчиков деформации существуют и другие тензометры, использующие электрическое сопротивление. Принцип измерения полупроводниковых тензометров основан на пьезорезистивном эффекте полупроводников, открытом К.С. Смитом в 1954 году (рисунок 2).

Поначалу, в таких датчиках использовался германий, затем — кремний. По конструкции, полупроводниковые тензометры напоминают металлические тензометры.

Измеряющий элемент в них включает в себя полоску шириной в несколько десятых долей миллиметра и толщиной в несколько сотых долей миллиметра, закрепленную на изолированной подложке из фольги, и имеющую соединительные выводы.

Для подавления эффектов диодах используется тонкая золотая проволока, соединяющая полупроводниковый элемент и выводы. Полупроводниковые тензометры используются для измерения очень малых деформаций. Сигнал высокой мощности, получаемый датчиками этого типа, дает определенные преимущества при наличии полей сильных помех.

Рисунок 2. Схематическое представление полупроводникового тензометра

Тонкопленочные тензометры

Эти датчики изготавливаются с использованием технологии осаждения из паровой фазы. В данном случае измеряющий элемент непосредственно наносится в вакууме на точку измерения за счет испарения составных частей сплава. Применение таких тензометрических датчиков производством измерительных преобразователей.

Рисунок 3. Тонкопленочный тензометр на пружинном стержне преобразователя

Емкостные тензометры

Емкостные измерители деформации (рисунок 4) рассматриваются в качестве альтернативы традиционным тензометрам при использовании в условиях высокой температуры, выходящей за пределы, допустимые для металлических тензометров. В настоящее время известны три разновидности устройств такого типа:

• Британская разработка, выполненная Центральными научно исследовательскими энергетическими лабораториями (C.E.R.L.) совместно с компанией Planer. В этом датчике используется плоский конденсатор, в котором расстояние между пластинами изменяется в зависимости от измеряемой деформации.
• Американская разработка, выполненная компанией Boeing Aircraft, в которой используется дифференциальный конденсатор.
• Разработка компании Interatom из Германии. В этом тензометре также используется плоский конденсатор. На исследуемом объекте при помощи точечной сварки фиксируются емкостные преобразователи. Этот датчик деформации обеспечивает получение хороших результатов при температуре, превышающей 500°C. Данный датчик рассчитан на работу при температуре в диапазоне до 800°C.

Рисунок 4. Схема емкостного тензометра

Пьезоэлектрические тензометры

Пьезоэлектрические тензометры относятся к активным устройствам. В качестве материала, воспринимающего деформацию, используется титанат бария.

По сравнению с пьезоэлектрическими преобразователями, в которых в качестве чувствительного к деформации материала используется кварц, тензометры создают электрический заряд на поверхности чувствительного материала, пропорциональный величине деформации, который может быть измерен с помощью электрометрического усилителя.

Фотоупругие тензометры

Полоска, изготовленная из активного материала, подвергшемуся оптическому давлению, демонстрирует изохроматическое поле в результате «замороженного», постоянно увеличивающегося напряжения. В результате деформации происходит изохромное смещение.

Степень смещения, которую можно определить по шкале, служит в качестве меры деформации. Такой тип тензометрических датчиков был разработан в США. Они не имеют каких-либо преимуществ, и в настоящее время уже не доступны для приобретения.

Механические тензометры

Хотя такие устройства встречаются не часто, они имеют давнюю традицию. Обычно они применяются только к крупным объектам в период строительства. Эффект деформации проявляется в виде следа, процарапанного на металлической пластине или на стеклянном цилиндре. Это след может быть изучен только в конце проведения испытаний, и виден лишь с использованием микроскопа. Недостатком таких тензометров является некоторое смещение следа, вызванное высокими температурами.

Рисунок 5. Механический экстензометр

О компании HBM

Компания HBM предлагает продукты и услуги для проведения разнообразных измерений во многих отраслях. К продукции, предлагаемой HBM, относятся датчики, преобразователи, тензометры, усилители и системы сбора данных, а также программное обеспечение для исследований надежности строительных конструкций, их испытаний и анализа. Если вы хотите купить тензодатчики, обратитесь к нашим специалистам.

ТЕНЗОМЕТРЫ — ООО «Нижегородстройдиагностика»

что это? Виды и назначение тензометра, классификация. Сферы применения тензометрических датчиков

История создания.

Обычный способ оценки структурных частей машин, зданий, транспортных средств, летательных аппаратов, и т.д. основан на прочностных вычислениях для применяемых материалов.

Этот метод является подходящим при условии, что действующие нагрузки известны как качественно, так и количественно. Проблемы возникают там, где нагрузки неизвестны или где они могут быть только грубо оценены. Ранее риск перегрузки компенсировался использованием увеличенного коэффициента запаса прочности, т.е. через увеличение размеров. Тем не менее, современные подходы требуют экономного расходования материалов, частично по соображениям экономической стоимости, а отчасти, чтобы снизить вес изделия, это четко видно, например, в авиастроении. Для того, чтобы удовлетворить требования безопасности и обеспечить надлежащий срок службы компонентов, напряжения в материале должны быть измеряемы и известны. Поэтому измерения в натурных испытаниях просто необходимы.

Оценочной величиной является механическое напряжение, которому подвергается материал. Практический метод экспериментального определения механических напряжений основан на открытии, сделанном в 1678 году английским ученым Робертом Гуком (1635 – 1703). Он обнаружил связь между механическим напряжением и возникающей деформацией. Эта деформация также возникает на поверхности объектов и поэтому доступна для измерения.

Важная часть экспериментального анализа механических напряжений основана на принципе измерения деформации.

В начале применялись громоздкие механические устройства для измерения деформации, которые отображали напряжение, используя отношение рычага один к тысяче или более. Пример показан ниже.  

Рычажный тензометр Гугенбергера

Устройства подобного типа в течение долгого времени являлись единственным методом проведения измерений, которые были необходимы для анализа механических напряжений. Несмотря на оригинальный дизайн и точную конструкцию, они обладали рядом недостатков, которые ограничивали область их применения:

– Возможность наблюдать только статические процессы;

– Необходимы мощные зажимы для предотвращения скольжения устройств в условиях вибрации;

– Испытуемый образец должен быть зафиксирован в прямой видимости наблюдателя для считывания показателей;

– Условия испытаний могут исключать наличие наблюдателя;

– Размер устройства накладывает ограничения на их использование для небольших тестовых образцов, а в некоторых случаях такое измерение было в принципе невозможно;

– Относительно длинная измерительная база дает правильные результаты только для однородных условий деформации, а близко расположенные концентрации напряжений не могли быть измерены;

– Автоматическая запись результатов измерений невозможна.

В результате этих недостатков ограничивалось применение механических тензометров. Электрические методы измерения были призваны решить эти проблемы.

В второй половине 1930-хбыло обращено внимание на эффект, который Чарльз Уитстон упомянул еще в 1843 году в своей первой публикации про мостовую схему, которую он изобрел. Этот эффект был основан на изменении сопротивления электрического проводника в результате воздействия на него механической нагрузки. Эта теория позднее нашла подтверждение в экспериментах Уильяма Томсона (1824-1905, после 1892 лорд Кельвин) и в его работах, опубликованных в 1856 году.

Испытательная установка Уильяма Томсона для исследования изменения сопротивления электрических проводников при механическом воздействии.

Есть ряд причин из-за чего прошло более 80 лет, прежде чем это явление нашло техническое применение. Это была удачная теория, на тот момент не нашедшая практического применения. Изменение сопротивления проволоки при растяжении очень мало. Для его измерения Томсон использовал высокочувствительный гальванометр, который был непригоден для общего технического применения и для использования в промышленности. Он был также непригоден только для измерения динамических процессов. И только с появлением электрического усилителя этот метод получил широкое применение.

Первые исследования для объяснения этого эффекта были проведены в Германии в Научно-исследовательском институте авиации, но они не были последовательны. Разработанные им углеродные пленочные полоски для измерения деформации оказались малопригодны.

Примерно в то же время в 1938 году в США почти одновременно и независимо друг от друга над этим вопросом работали два человека, работа называлась «использование “эффекта Томсона” для целей измерения деформации».

Первый из двух людей, Эдвард Е. Симмонс, работал в Калифорнийском технологическом институте. Используя шелковую ткань в качестве основы и тонкую металлическую проволоку, он сделал прибор, который прикрепил к стальному цилиндру. Далее он изготовил электрическое устройство для измерения импульсов силы, воздействующих на образец от машины для воспроизведения удара(маятниковый плунжер). Схема из патентной заявки ниже.

Устройство измерения силы Э. Симмонса. Измеряемый импульс силы действует в осевом направлении.

Второй из американских исследователей Артур Клод Руге работал на факультете сейсмологии в Массачусетском технологическом институте. Он хотел измерить механическое напряжение, возникающее вследствие моделируемых колебаний воздействия землетрясения на модель сейсмостойких резервуаров для воды.

Имеющееся в то время оборудование для измерения деформации не могло использоваться на тонкостенной модели. Из множества различных устройств ни одно из них не подходило. В одной из попыток провести испытание Руге взял очень тонкий металлический провод, приклеил его в форме меандра к тонкой папиросной бумаге и прикрепил к концам более толстые провода. Чтобы понять свойства получившегося прототипа, он приклеил его к упругому образцу и сравнил результаты измерений с традиционным устройством измерения деформации. Руге обнаружил хорошую корреляцию линейной связи между механическим напряжением и получаемым сигналом на всем диапазоне измерения, как и в положительных, так и отрицательных фазах, то есть при сжатии и растяжении. Более того, он выявил хорошую стабильность нулевой точки. Таким образом был изобретен «электрический тензодатчик сопротивления с наклеенной сеткой». Форма тензорезистора, используемая в тех первых испытаниях, была такой же, которая, как правило, используется и в настоящее время.

Артур Клод Руге, изобретатель тензорезистора, работает над своими измерениями.

Именно Руге и Симмонса принято считать пионерами в создании тензорезистора. Основное различие между их идеями было в том, что Руге фиксировал измерительный провод на материале-носителе, что представляло собой независимый измерительный датчик, который был прост в обращении и мог быть приклеен к любой поверхности. Это было очень тонкое и легкое изделие, не требующее специальных крепежных устройств и не привносящее практически никаких сторонних эффектов в измерение, позволяя при этом производить измерения на очень тонких и миниатюрных объектах. Уже первые прототипы тензорезистора оказались лучше предыдущих устройств для измерения деформации во всех отношениях.

Второе достижение Руге состояло в том, что именно он развил свою идею дальше до стадии серийного промышленного производства. Именно это стало последним шагом, который возвестил верховенство тензорезисторов.

Поэтому именно Руге принято считать отцом современного тензорезистора. У него была не только идея, но и способность увидеть широкие возможности ее практического применения, у него была решимость, необходимая для превращения тензорезисторов в самый надежный инструмент в области анализа деформации.

Сперва идея состояла в том, что проволока с толщиной жилы 25 мкм – чувствительный элемент – должна быть закреплена на твердую подложку и должна быть защищена войлочным покрытием. Рисунок ниже показывает пример первого серийного тензорезистора.

Первый серийный тензорезистор Руге

a – измерительная решетка, приклеенная к бумаге на целлюлозный лак
b – соединительные провода
c – изоляционный носитель
d – войлок для защиты измерительной решетки
e – установочный кронштейн, удаляемый после наклеивания

Спрос на это изделие, особенно со стороны американской авиационной промышленности, был настолько велик, что от этой конструкции пришлось отказаться (в 1941 году упоминается оборот в 50 000 тензорезисторов за 2 месяца). В конце концов опыт показал, что сложная несущая конструкция не нужна и была создана упрощенная модель, показанная на рисунке ниже. Именно эта форма была сохранена на десятилетия вперед с небольшими модификациями. Многочисленные патенты Руге свидетельствуют о его продолжающихся усилиях в улучшении метрологических характеристик.

Характерный дизайн тензорезистора с его проволочной измерительной решеткой

а – материал-носитель
b – измерительная сетка
с – контакты

В последующий период предпринимались попытки упростить производство. Здесь следует упомянуть технику «печатной схемы» Пола Эйслера, которая в своей усовершенствованной форме привела к созданию современного «фольгового тензорезистора» примерно с 1952 года.

Характерный дизайн тензорезистора из травленой металлической фольги с подсоединенными выводами

а – подложка
б – измерительная решетка
с – вывода
d – эффективная длина чувствительного элемента

По сравнению с методами закрепления проволоки на подложке этот метод существенно расширил возможности проектирования, поскольку все формы чувствительного элемента могут быть представлены в одной плоскости без каких-либо дополнительных усилий.

В Советском союзе тензорезисторы начали применяться с 1940-х годов и практически сразу вытеснили все другие типы тензометров. В Союзе производство тензорезисторов было освоено в Чехословакии (предприятие Микротехна), в ГДР (TPW-Thalheim). Позднее многие предприятия самостоятельно производили тензорезисторы для собственных нужд мелкими сериями.

Схема советского тензорезистора:

1 – чувствительный элемент
2 – связующее
3 – подложка
4 – исследуемая деталь
5 – защитный элемент
6 – узел пайки (сварки)
7 – выводные проводники

В настоящее время изготавливается огромное количество типов тензорезисторов, которые соответствуют каждой конкретной задаче и условиям.
Основными областями применения тензорезисторов являются:
– экспериментальный анализ механических напряжений;
– производство датчиков.

Принимая во внимание высокую гибкость применения тензорезисторов в части изучения деформаций, не вызывает вопросов их широкое распространение во всем мире. Тензорезистор является аналоговым прибором, что обеспечивает высокую точность и чувствительность измерений. Оба типа тензорезисторов, как проволочные, так и фольговые, известны как «металлические тензорезисторы» за счет изготовления чувствительного элемента из металла.

Описание и назначение, классификация.

При измерении деформаций, напряжений и усилий при помощи тензометрических датчиков используют изменение значений омического сопротивления материала, которое вызывается упругими деформациями металлической проволоки или полупроводников стержневого исполнения. Изменение сопротивления датчика передаётся при помощи кабеля или бесконтактным путем на измерительный мост. Там оно преобразуется в усиленные электрические сигналы, которые и фиксируются прибором.

Все типы тензометрических датчиков (или, иначе – тензорезисторов) используют зависимость между напряжениями и деформациями – закон Гука – который справедлив в области упругих деформаций. Согласно закону Гука изменение электросопротивления, отнесённое к исходному значению данного параметра до деформации, пропорционально изменению удлинения, отнесённому к первоначальной длине измерительного элемента. Применяя коэффициент пропорциональности, который зависит от диапазона измеряемых параметров и материала устройства, устанавливают зависимость между нагрузкой на датчик и его удлинением:

ΔR/R = k×Δl/l,

где:

R – исходное значение электрического сопротивления;

ΔR – изменение значения электрического сопротивления в процессе деформации;

k – коэффициент пропорциональности;

Δl – изменение длины при деформировании;

l – исходная длина измерительного элемента до приложения к нему эксплуатационной нагрузки.

Указанный тип устройств используется в весоизмерительной технике, поскольку относится к тензорным, определяющим усилия и внешние нагрузки.

Что такое тензодатчик? Тензометрические датчики были разработаны для использования в составе высокоточного измерительного оборудования.  В задачи тензодатчика входит выполнение функций преобразователя для переработки физической величины измеряемого веса в электрический сигнал. Позже этот сигнал также передается на последующее преобразование, которым может заниматься весовой индикатор или процессор. Основным предметом замеров тензометрического датчика является степень деформации объекта в момент, когда его структура нарушается и перестраивается для оказания сопротивления внешней силе, что влияет на него. Датчик улавливает колебания объекта от этого процесса и преобразует их в цифровые сигналы.

Таким образом, тензометрический датчик, применим для целого спектра измерительных задач:

• Измерение веса.
• Замеры степени ускорения
• Контроль перемещения объекта.
• Замеры крутящего момента.
• Замеры давления.

Пригодность отдельно взятой модели замерочного устройства для какой-либо из перечисленных задач зависит от его архитектуры и назначения. По последним параметрам тензометрические датчики делятся на:

• S-образные датчики получили свое название из-за формы корпуса. Их принцип действия включает в себя как реакцию на сжатие объекта измерения, так и на растяжение. В большинстве приборов этот тип тензодатчиков работает именно по последнему принципу.
• Одноточечные виды в своей конструкции несут всего один датчик замер, который располагается строго по центру платформы. Это делает их одной из самых доступных разновидностей на рынке, встречающейся в торговых и вагонных весах, а также в дозаторах.
• Колонные тензометрические датчики получили корпуса в виде колонн, которые позволяют им мониторить объект во время его сжатия. Наличие в их конструкции опорных поверхностей позволяет изделию самостоятельно возвращаться в исходное положение после проведения замер. Отличаются применением на весах с высокой грузоподъемностью, позволяя замерять вес крупных транспортных средств.
• Цилиндрические используются для измерения реакции объекта на сжатие. Не самый богатый функционал этого типа объясняется отсутствием степеней свободы качения. Цилиндрические датчики полезны в вагоноизмерительных весах, т.к. могут работать с большими массами.
• Мостовые представлены в виде статично закрепленной балки, на центр которой вешается груз. Встретить такие датчики можно в весах для небольших транспортных средств.
• Балочные. Подобно мостовым, конструкция тензодатчика представлена балкой на неподвижной опоре. Однако, в отличие от аналога, в балонных устройствах основная нагрузка приходится на конец балки.
• Миниатюрные тензодатчики разработаны для использования в условиях ограниченного пространства и являются самой мобильной разновидностью. Часто применяются в лабораторных условиях и на испытательных стендах.

Виды

Применяемость рассматриваемых измерительных элементов определяется материалом, из которого выполнен датчик. Чаще всего исходным материалом служит сплав константан, состоящий из 40% никеля и 60% меди. Для константана k ≈ 2; таким же порядком значений (1.5…3,5) обладают и другие сплавы постоянного электросопротивления.

Датчики полупроводникового типа имеют более высокие значения коэффициента пропорциональности. В зависимости от материала полупроводника (кремний или германий), а также состава легирующих добавок значения коэффициента достигают 50…70. В связи с этим полупроводниковые тензометрические датчики более чувствительны, и их применяют для оценки малых удлинений. Вместе с тем полупроводниковые датчики характеризуются повышенными отклонениями своего удлинения в диапазонах 1,5…9 % относительного удлинения. Для проволочных датчиков этот показатель не превышает 0,5%.

Конструкции тензометрических датчиков проволочного типа разрабатываются с учетом следующих ограничений:

• С целью получения достаточной точности измерений величина сопротивления проволочного элемента должна находиться в пределах 100…1000 Ом;
• Диаметр проволоки целесообразно иметь в диапазоне 0,01…0,03 мм;
• Длина проволочного элемента не должна превышать 250…300 мм.

В некоторых случаях приведенные ограничения не позволяют устанавливать тензометрические датчики в виде проволок, поэтому измерительные устройства изготавливают из фольги или плоских измерительных решеток. Для предохранения от повреждений, которые могут возникнуть при транспортировке или сборке таких датчиков, для их крепления в напольном исполнении применяют подложку из бумаги или тонкого пластика.

Чтобы обеспечить электрический контакт с измерительной решеткой, на подложке размещают проволочные выводы, которые затем присоединяются к датчику при помощи пайки.

Виды тензодатчиков, включающих в себя активный измерительный элемент, контактные выводы и подложку:

1. Плоский проволочный.
2. Фольговый.
3. Полупроводниковый, с одним или двумя стержнями.
4. Трубчатый.

Краткая характеристика наиболее распространённых исполнений тензодатчиков приводится далее.

• Консольные. Предназначены для измерения крутящих и изгибающих моментов, устанавливаются в метах наибольшего прогиба конструкций.
• Цилиндрические. Наименее компактны, зато позволяют определять значительные напряжения, приближающиеся по своим значениям к пределу текучести лимитирующего материала.
• S-образные. Дают возможность оценивать трехмерные деформации при объемном напряженно-деформированном состоянии. Чаще других нуждаются в поверке.

Классификация тензометров осуществляется по принципу их действия, который, в свою очередь, зависит от типа чувствительного элемента, по изменению состояния которого и определяется фиксация величины деформации измеряемого объекта. По данному критерию приборы этого типа делятся на следующие базовые разновидности.

Механические. Это старейший вид тензометров. Принцип работы подобных приборов основан на зависимости линейного удлинения контролируемых образцов от напряжений, которые возникают в их поперечном сечении под воздействием деформации.

1. Место крепления на поверхности образца, 2. и 3. призма, 4. рычажная система, 5. перемещение указателя по шкале 6.

Резистивные. Такие тензометры представляют собой универсальные удобные в использовании приборы для фиксации сжатия либо растяжения. Функцию чувствительных элементов в них выполняют тензорезисторы, электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от размеров деформации. По конструкции тензорезистор – это фрагмент тонкой проволоки, которая змейкой укладывается на основе-изоляторе. Для повышения чувствительности в одном приборе обычно применяется несколько таких элементов, подключаемых по мостовой схеме. В резистивных тензометрах, как и в механических моделях, при определении деформации фиксируется изменение основного расстояния. Тензодатчики монтируются в конструкцию элементов прибора, которые воспринимают воздействие сил деформации.

а. Прибор в исходном состоянии, б. тензометр под действием растягивающих усилий.

Струнные. В качестве чувствительного элемента в подобных тензометрах задействуется фрагмент стальной проволоки, которая фиксируется к крепежным блокам, ограничивающим торцы внутри трубки. Принцип действия струнных моделей заключается в снятии зависимости частоты колебаний проволоки от величины ее натяжения. На поверхности измеряемого изделия устанавливается многоразовый датчик (посредством клея, приварки шаблона или использования болтовых соединений). Информация снимается с помощью провода.

Емкостные. Как следует из названия, в таких тензометрах чувствительным элементом служит конденсатор. Емкость последнего изменяется в зависимости от размеров зазора между конденсаторными пластинами. В свою очередь, величина зазора привязывается к параметрам деформирующей силы. Данная зависимость является нелинейной. Чтобы провести измерения, тензометр закрепляется на контролируемом объекте с применением точечной сварки.

1. контролируемый объект, 2. измерительный конденсатор, 3. место крепления на ветвях, 4. силоизмерительная рамка.

Индуктивные. Чувствительным элементом в них выступает катушка индуктивности, имеющая подвижный сердечник. В зависимости от модели бывают тензометры с опорными призмами и стержневого типа. Для снятия измерений катушка индуктивности неподвижно закрепляется на контролируемом элементе, с которым посредством ножа или призмы соединяется сердечник. Под воздействием деформирующей силы последний изменяет свое положение, что провоцирует изменение индуктивности или взаимоиндуктивности катушки, по которому и определяют силу деформации.

Конструкция

В качестве примера рассмотрим наиболее простой вариант тензодатчика, где в роли чувствительного элемента выступает тензорезистор. Конструктивно его можно представить в виде тонкой упругой проволоки или пленки, распределенной по контролируемой поверхности. 

Работа тензорезистора основывается на законе Гука, гласящем, что изменение электрического сопротивления по отношению к исходному положению элемента пропорционально удлинению или сжатию сенсора. Руководствуясь данным принципом определяется коэффициент пропорциональности:

K = Δl / l = ΔR / R

Где:

• K – коэффициент пропорциональности;
• Δl – величина изменения длины в ходе деформации;
• l – длина измеряемого элемента в состоянии покоя;
• ΔR – изменение величины сопротивления при деформации;
• R – значение сопротивления тензорезистора в нормальном положении.

На практике это реализуется следующим образом (рисунок 1):

Рис. 1. Устройство тензорезистора

При нахождении в состоянии покоя дорожки тензорезистора имеют определенное сечение и длину проводника. Сопротивление всего резистивного элемента тензодатчика будет определяться по формуле:

R = (ρ*l)/S , где

• ρ – удельное сопротивление материала, как правило, в качестве металла с постоянным удельным сопротивлением используют константан; 
• l – длина проводника тензодатчика;
• S – поперечное сечение проводника тензодатчика.

Таким образом, в случае удлинения тензодатчика длина проводящих дорожек увеличивается, а поперечное сечение уменьшается. Как результат, омическое сопротивление тензорезистора будет повышаться. При сжатии произойдет обратный процесс – длина проводящих элементов уменьшиться, а их поперечное сечение увеличиться. В результате сжатия сопротивление тензодатчика уменьшиться, что и лежит в основе принципа его работы.

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.

Что такое тензодатчик?

Тензометрический датчик, в соответствии с п.2.1.2 ГОСТ 8.631-2013 представляет собой весоизмерительный элемент, который реагирует на изменение величины физического воздействия (усилия) и переводит его в электрический сигнал. Фактически это резистор, меняющий параметр омического сопротивления, по отношению к прилагаемой силе. На практике широко используются для измерения массы и нагрузки в весоизмерительных системах. В зависимости от сферы применения используются различные типы тензодатчиков, отличающихся как принципом действия, так и конструктивными особенностями.

Технические особенности

Даже при внушительном разнообразии различных моделей тензометрических датчиков, у них есть технические особенности, объединяющие между собой все разновидности устройств. В первую очередь речь о погрешности результатов замер, которая в той или иной степени присуща любому типу весовых тензодатчиков. Тем не менее, в самых современных устройствах для измерения веса устанавливаются электронные модели, которые отличаются повышенной точностью замер степени деформации. Такие устройства относятся к классу С3, который предлагает возможность проведения измерения с погрешностью всего в 0.02 %. Ещё одной интересной деталью функционала тензометрических датчиков является возможность измерительного устройства с несколькими датчиками сохранять свою работоспособность, если один из них выйдет из строя.

Отдельно стоит подчеркнуть и материалы, из которых выполнены компоненты тензодатчиков. Чаще всего в эксплуатации встречаются изделия на основе легированной стали или алюминия, благодаря которым датчики обладают отличной долговечностью. Для весов, используемых в пищевой промышленности, принято применять датчики из нержавеющей стали, которые отличаются высокой устойчивостью к коррозии и защитой от влаги уровня IP68.

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.

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.

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.

Физические принципы тензометрии

Метод тензометрии – это способ определения напряжённого состояния какой-либо конструкции при возникновении локальных деформаций. Методика измерений позволяет выявить слабые места конструкции, находящейся в напряжённо-деформированном состоянии. Существует несколько способов измерения деформаций:

• оптический;
• пневматический;
• акустический;
• электрический;
• рентгеновский.

Принцип действия тензометра

Для того, чтобы понять, как тензометры могут быть использованы как электрические приборы измерения силы, необходимо понять положения о давлении и растяжении.

Давление — это внутренняя реакция предмета или материала на силу. Растяжение — величина деформации, образованной в результате приложенной силы.

Если сила приложена, например, к стержню, то стержень испытывает давление и растяжением реагирует на приложенную силу путем изменения формы.

Чем больше сила, тем больше величина деформации. Это тот принцип, который позволяет использовать большинство тензометров, как электроизмерительные приборы для измерения силы.

Тензометр состоит из тонкого провода, обычно из никеля или платины, который заплетен вокруг штырей в виде сетки. Сетка встроена в бумажный или пластиковый несущий лист, который приклеивается или связывается с материалом, к которому будет приложена сила. Соединительные провода связывают сетку с цепью, которая предназначена для обеспечения показаний, приложенной силы. Таким образом, растяжение, образующееся в материале как результат приложенной силы, будет передан на тензометр, так как тензометр связан с материалом. Так как материал сдавлен, провод сетки будет растянут или сжат.

Так как сила приложена к материалу, к которому привязан тензометр, тензометр чувствует деформацию, образованную в результате давления, и изменяет свое сопротивление.

Например, если приложенная сила вызывает увеличение длины сетки, то ее поперечная область уменьшается, так как провод становится тоньше по мере его растяжения. Оба фактора в сочетании увеличивают сопротивление сетки. Изменение сопротивления тензометра вызывает изменение тока в цепи, измеряющей силу. Изменение тока в цепи измеряется и показывается прибором, шкала которого промаркирована в единицах измерения силы.

Читайте также Тахометр промышленный прибор, измеряющий скорость вращения ПИД-регулятор прибор для управления технологическим процессом, основанный на трех законах регулирования: пропорциональном, интегральном и дифференциальном Уставка срабатывания установленное в регуляторе значение регулируемой переменной процесса Исполнительный механизм устройство, преобразующее выходной сигнал регулятора в перемещение регулирующего органа Электрический исполнительный механизм устройство, преобразующее выходной сигнал регулятора при помощи электрической энергии, чтобы произвести механическое движение

Преимущества и недостатки тензодатчиков

Широкое применение тензодатчики получили благодаря своим свойствам:

• возможности монолитного соединения датчика деформации с исследуемой деталью;
• малой толщине измерительного элемента, что обеспечивает высокую точность измерения с погрешностью 1-3 %;
• удобстве крепления, как на плоских, так и на криволинейных поверхностях;
• возможности измерения динамических деформаций, меняющихся с частотой до 50000 Гц;
• возможности проведения измерений в сложных условиях окружающей среды в температурном интервале от -240 до +1100˚С;
• возможности измерений параметров одновременно во многих точках деталей;
• возможности измерения деформации объектов, расположенных на больших расстояниях от тензометрических систем;
• возможностью измерения деформаций в движущихся (крутящихся) деталях.

Из недостатков следует отметить:

• влияние метеоусловий (температуры и влажности) на чувствительность датчиков;
• незначительные изменения сопротивления измерительных элементов (около 1%) требует применение усилителей сигналов.
• при работе тензодатчиков в условиях высокотемпературной или агрессивной среды необходимы специальные меры их защиты.

Сфера применения тензометров

Тензометр позволяет измерить размеры деформации какого-либо изделия на базовом (локальном) участке. Это необходимо для определения напряжения в контролируемом изделии, предупреждения поломок или аварийных ситуаций, модернизации конструкции оборудования и т. д.

Металлообработка. С помощью тензометров Honsberg определяют оптимальное натяжение ленточных полотен. Благодаря этому продлевается срок эксплуатации ленточных пил.

Строительство. Тензометры используются для фиксации внутренних напряжений в железобетонных конструкциях (мостах, элементах здания и т. д.). Обычно они применяются вместе с измерителями показателей прочности бетона. Такой контроль позволяет обнаружить дефекты или перегрузку, чтобы своевременно выполнить ремонт или исправление, не допустив разрушения конструкции.

Промышленность. В машиностроении посредством тензометров контролируют состояние ответственных элементов (турбинных лопаток, нагруженных деталей различных агрегатов и др.). На текстильных производствах подобные приборы служат для регулировки натяжения нитей.

Как подключить тензодатчик к весовому терминалу

Большинство тензодатчиков поставляется с документацией, в которой указывается цветовая маркировка идущих от него проводов и их назначение. 4-х проводные тензодатчики, судя по названию, имею 4 соединительных линии:

   +EXC – +Питание
   -EXC – -Питание
   +SIG – +Сигнал
   -SIG – -Сигнал

Т.е. две линии это цепи питания и две это выходной сигнал датчика. Для корректной работы необходимо подать питающее напряжение на линии +EXC и –EXC, в соответствии с техническими характеристиками датчика, обычно оно составляет от 5 до 12 вольт. После подачи питания на сигнальных линиях SIG меняется напряжение, и это изменение необходимо фиксировать весоизмерительным прибором.

На рисунке приведена схема подключения тензодатчика четырёхпроводного типа, на примере датчика фирмы Zemic и весоизмерительного прибора КВ-001.

Некоторые тензодатчики могут иметь не четыре, а шесть соединительных проводов. Две дополнительные линии называются – линиями обратной связи, и имеют маркировку SENSE. Эти две дополнительные линии позволяют осуществлять компенсацию потерь на длинных проводах. Как видно из рисунка выше, в случае подключения четырехпроводного тензометрического датчика, функция компенсации потерь не используется, и необходимо использовать перемычки для подключения тензодатчика к прибору.

Четырехпроводные тензодатчики датчики лучше использовать на короткие расстояния передачи сигнала. Шестипроводные датчики, благодаря линиям обратной связи, обладают большей точность и их можно использовать для больших расстояний, т.к. эти две дополнительные линии позволяют осуществлять компенсацию потерь на длинных проводах.

На рисунке приведена схема подключения тензодатчика шестипроводного типа, на примере датчика фирмы Zemic и весоизмерительного прибора КВ-001.

Определение маркировки проводов тензодатчика без документации

Если у вас отсутствует описание тензодатчика, для определения маркировки проводов можно использовать обыкновенный мультиметр, при условии, что датчик аналоговый, а не цифровой.

• Измерьте сопротивление между всеми проводами. В 4-проводном тензодатчике имеется шесть комбинаций проводов, следовательно, вы получите 6 значений сопротивлений, одна пара проводов будет иметь сопротивление больше, чем все остальные.
• Пара с самым большим сопротивлением – это линия питания, оставшаяся пара проводов – линия сигнала.
• Подключите линию питания к весоизмерительному прибору, или подайте напряжение.
• Измерьте напряжение на линии сигнала, определив тем самым полярность подключения.

Подключение нескольких тензодатчиков при помощи соединительной (балансировочной) коробки

Как подключать несколько тензодатчиков при помощи балансировочной коробки можно посмотреть на видео

Заземление и экранирование при подключении тензодатчика.

Организация заземления и экранирования важный вопрос успешного создания весовой системы с использованием тензодатчиков. Надёжное решение данной задачи – ключ к правильной работе тензометрического датчика, генерирующего слаботочные сигналы. Кабели тензодатчиков должны иметь экранирующую оплетку, которая, при правильном подключении, обеспечивает защиту от электростатических и других помех.

Основное правило, которое нельзя нарушать: необходимо избегать «земляных» петель, т. е. заземлять устройства нужно в ОДНОЙ общей точке. Петли могут возникать если экран кабеля подключать к заземляющему контуру с двух концов. Поэтому, если корпус датчика надёжно заземлён и одновременно соединён с экраном – этого достаточно, в противном случае – соединить экран с заземлением только с любого ОДНОГО конца, например, в электрощите, где установлен прибор отдельным жёлто-зелёным проводом. Под «заземлением» мы понимаем защитное заземление, желто-зелёный провод. Использовать «нейтраль» в качестве «земли» очень нежелательно.

Если датчики соединяются параллельно, то необходимо не забывать соединять друг с другом и экранные оплётки кабелей через соответствующий контакт клеммы в соединительной коробке, и тут же их заземлять вместе с корпусом коробки. Общий кабель, идущий от соединительной коробки к прибору, соединять с заземлением также с ОДНОЙ стороны, как описано выше, не допуская образования «земляной» петли, желательно возле входа в измерительный прибор, то есть заземлять со стороны приёмника.

На кабель датчика, прямо поверх изоляции, на расстоянии 4-5 см от клеммы измерительного прибора, желательно защёлкнуть ферритовый фильтр для блокировки возникающих в цеху разнообразных помех по «земле». Такие фильтры производятся под кабели разных диаметров. Фильтры желательно защёлкнуть и на других длинных линиях, например RS-485, на приёмном и передающем устройстве. Если индуктивности одного фильтра недостаточно для надёжного уменьшения уровня помехи, такие фильтры можно защёлкивать последовательно на небольшом расстоянии друг от друга, наращивая тем самым индуктивность до необходимого уровня.

Весовой контроллер «КВ-011.05» предназначен для управления технологическим процессом автоматического приготовления многокомпонентных смесей по заданным рецептам. Контроллер может формировать сигналы об окончании процесса дозировки и опустошении бункера дозатора, а также управлять перемешиванием смеси после дозирования каждого из 8-ми компонентов. В программе дозирования этого весового терминала предусмотрен режим импульсной досыпки продукта до…

Контроллер осуществляет управление процессом автоматической выгрузки фиксированных доз из накопительного бункера. Производит загрузку по заданным параметрам трёх компонентов в бункер и выгрузку полученной смеси из весовой системы по заданному весу по команде оператора. Контроллер обратного дозирования по весу

Весовой контроллер «КВ-001 v1.xx» предназначен для управления простым однокомпонентным автоматическим дискретным дозатором. Контроллер формирует следующие управляющие сигналы (типа открытый коллектор 24В): Точная и Грубая дозировка, Бункер пуст, Выгрузка дозы, Перегруз весовой системы. Обладает возможностью счёта количества отвесов и суммы отгруженного материала, имеет малые габариты для удобства встраивания в щиты…

«УДАВ-001» (Управление Дозированием Автоматическое Весовое) – это блок управления дозатором на базе весовых контроллеров серии «КВ-001», предназначен для работы с любыми простыми дозаторами и фасовщиками, а именно для управления загрузкой и выгрузкой бункерных весов с возможностью формирования заданной дозы продукта, загружаемого в любую тару: в биг-бэги, коробки, мешки и…

Набор тензодатчиков и дополнительных элементов для построения классической весовой системы из четырёх тензодатчиков. В комплекте использован самый популярный балочный тензодатчик SH8C, на нагрузки от 50 кг до 3 тонн, 4 подкладных пластины, 4 ножки, сводящая коробка и 4-х жильный экранированный кабель 4 м.

Выбрать тензометрический датчик

Как и у любого другого точного прибора, у тензодатчиков веса есть ряд важных технических и пользовательских критериев, которые должны соблюдаться покупателем, который хочет правильно подобрать себе это устройство:

• Материал. Основная роль материала, из которого изготовлен корпус и компоненты датчика, сводится к его долговечности и способности выдерживать механические нагрузки. Большинство разновидностей устройств сделано из стали, будь то легированной или нержавеющей. Исключение составляют недорогие одноточечные классы тензодатчиков, которые производятся из алюминия, что не убавляет их технических качеств. Тем не менее, тот или иной вид материала имеет влияние на итоговую стоимость устройства.
• Схема подключения тензометрического датчика. Тут выбирать придется между четырех- и шестижильной схема подключения датчика. Как правило, последняя требуется в случае, если установка устройства происходит на измерительный прибор с большим количество смежных датчиков, чей уровень сопротивления заметно отличается от устанавливаемой модели.
• Наибольший предел измерения. Самое важное, что нужно знать об этом критерии — он определяет механическую прочность и грузоподъемность весов под управлением тензометрического датчика. Если замеряемый груз серьезно превышает НПИ, есть риск порчи и деформации самого датчика. Потому следует учитывать то, для каких целей собираются конкретные весы и какие предметы будут проходить замеры на них.
• Класс точности измерения. Этот параметр обозначается буквами латинского алфавита и цифрами от D1 до С6. Большинство востребованных тензодатчиков обладают погрешностью в пределах указанных классов. При этом, самым распространенным классом является С3, в который входит большинство доступных измерительных устройств.
• Способ закрепления. По этому критерию выбор довольно разнообразен и должен опираться на удобство пользователя. Среди вариантов есть датчики с фланцевым, линейным и боковым фиксациями. Также возможна установка тензодатчиков через внутреннюю или внешнюю резьбу, в зависимости от того, что позволяет конструкция устройства, в которому он крепится.
• Тип защиты корпуса от вредных воздействий окружающей среды. Если измерительному прибору предстоит работать в экстремальных условиях или в иной среде, наполненной агрессивными факторами, стоит позаботиться о наличии соответствующей защиты на тензодатчике. Например, подбирать устройство с устойчивостью к химическому воздействию, перепаду температур, грязи и пыли, электромагнитного воздействия и так далее.
• Номинальный выходной сигнал выражается в mV/V. Именно этот сигнал посылается и преобразуется тензодатчиком в момент, когда происходят замеры груза и его деформации.
• Гистерезис является максимальным показателем разницы между значениями измерения одной нагрузки при ее увеличении с нуля и отклонении от номинального уровня.

Таким образом, выбор тензодатчика веса требует тщательного изучения его технических параметров и понимания принципов работы устройства, чтобы иметь представления о том, какие показатели обладают наибольшей важностью и при отборе.

Как подключить

Подключение тензодатчика легко выполняется своими руками в соответствии с простой инструкцией. Важную роль в процессе играет длина кабеля подключения, которую нужно учитывать ещё на стадии подбора датчика. Может потребоваться усилитель в виде контроллера SE 01, который уменьшит погрешность измерений в случае, если потребуется увеличивать размеры контакта для подключения. Провода самих датчиков должны быть заземлены с помощью блока для разветвления, устанавливаемого в одной точке, где они все пересекаются. Данная мера обязательна для предотвращения возможного замыкания.

Схема для подключения тензодатчика достаточно проста и подразумевает соединение контактов устройства с измерительным прибором в соответствии с их значениями, описанными на рисунке выше. Кабель, которым монтируется прибор, также нуждается в обязательном экранировании.

После подключения останется провести проверку и калибровку тензометрического датчика. Последняя выполняется одним из двух методов — стандартным или электронным. При первом пользователь записывает значения датчика при нулевой загрузке, после чего устанавливает на весы предмет с эталонным весом, который также вписывается в качестве штатного показателя. Электронный вариант подразумевает ручной ввод минимального и максимального допустимого веса.

Проверка тензодатчика.

Проверка весовых тензодатчиков является обязательным этапом подготовки измерительного прибора к работе и проводится сразу после подключения всех контактов устройства. Исправность изделия проверяется тремя способами:

• Диагностика тензометрического моста-Уитстона осуществляется замерами с помощью омметра сопротивления на его входе и выходе.
• Проверка в нагруженном состоянии производится милливольтметром, когда датчик подключен к стабильному источнику питания с напряжением от 5 до 12 V.
• Испытание при нулевой нагрузке проводится с помощью вольтметра при отсутствии нагрузки. Если такового под рукой нет, подойдет хороший мультиметр. В процессе потребуется подключить замерное устройство и подать сигнал, чтобы проверить его значение на выходе. Оно должно соответствовать значениям в паспорте датчика.

Источники:

• https://www.tmljp.ru/information/istoriya_sozdaniya_tenzorezistorov/
• https://ProDatchik.ru/vidy/tenzometricheskij-datchik/
• https://www.asutpp.ru/tenzodatchik.html
• https://osensorax.ru/davleniye/tenzometricheskij-datchik
• https://odinelectric.ru/kipia/chto-takoe-tenzodatchik
• https://amperof.ru/instrument/tenzometr-raznovidnosti-pribora.html
• https://www.kipiavp.ru/pribori/tenzometr.html
• https://www.Praktik.ru/katalog-produktsii/aksessuari-dlya-rezhushchego-instrumenta/izmeritelnyy_instrument/tenzometr/
• https://interel.ru/skhema-podklyucheniya-tenzodatchikov-k-indikatoru-vesa.html

ИнформацияПравила эксплуатации мультиметра — подробная инструкция для новичков

Что такое тензодатчик?

Что такое тензодатчик? Тензодатчик — это разновидность электрического датчика. Его основное использование — измерение силы или деформации.

Сопротивление тензодатчика изменяется при приложении силы, и это изменение дает другой электрический выход. Тензодатчики используют этот метод для измерения давления, силы, веса и натяжения.

При приложении внешних сил к неподвижному объекту присутствуют две силы; стресс и напряжение.Напряжение — это сила сопротивления объекта (например, отталкивание) деформация — это смещение и деформация объекта, и это сила, которую можно измерить с помощью тензодатчика. Поскольку они маленькие и высокочувствительные, тензодатчики могут измерять сжатие или расширение объекта, даже если это всего лишь небольшая величина, когда они правильно прикреплены к объекту или устройству.

очень тонкие и бывают самых разных форм и размеров, что делает их пригодными для различных применений.

Тензодатчик используется в качестве меры предосторожности во многих испытательных приложениях. Обычно, когда тензодатчик выдает определенное значение, срабатывает предупреждение, чтобы проинформировать пользователя о том, что емкость была достигнута, это означает, что проблема может быть решена до того, как она станет опасной.

имеет огромное количество применений — практически неограниченное.Тензодатчики являются основным чувствительным элементом и используются во многих различных типах датчиков. Они хорошо используются в таких отраслях, как; железнодорожный, аэрокосмический, машиностроительный и научно-исследовательский. Некоторые из приложений, для которых они использовались, включают;

• Напряжение на железнодорожных путях
• Напряжения при прогибе крыла самолета
• Испытания компонентов самолета
• Вращательная нагрузка на турбины, колеса, вентиляторы, гребные винты и двигатели
• Испытание корпусов судов
• Испытание конструктивных элементов мостов и зданий
• Автомобильные испытания

Наши тензодатчики поставляются нашим поставщиком Zemic.Они используют резистивную фольгу, закрепленную на материале основы. Смотрите наши тензодатчики здесь.

Для получения дополнительной информации о тензодатчиках или любом из продуктов, которые мы можем предложить, свяжитесь с нами

Что такое тензодатчик и как он работает? • Michigan Scientific

Что измеряют тензодатчики?

Первое, что нужно понять при обсуждении тензодатчиков, — это то, что они измеряют. Тензодатчик — это датчик, измеренное электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от деформации.Деформация — это деформация или смещение материала в результате приложенного напряжения. Напряжение — это сила, приложенная к материалу, деленная на площадь поперечного сечения материала. Тензодатчики предназначены для фокусировки напряжения через элементы балки, на которых расположены тензодатчики. Тензодатчики преобразуют приложенную силу, давление, крутящий момент и т. Д. В электрический сигнал, который можно измерить. Сила вызывает деформацию, которая затем измеряется тензодатчиком путем изменения электрического сопротивления.Затем измерения напряжения собираются с помощью сбора данных.

Как измеряется деформация?

Теперь, когда процесс измерения деформации установлен, следующим шагом при использовании тензодатчиков является получение полезных данных. Тензодатчик должен быть подключен к электрической цепи, способной точно реагировать на мельчайшие изменения сопротивления, связанные с деформацией. В схеме с разделенным мостом можно использовать несколько тензодатчиков для измерения небольших изменений электрического сопротивления.Это называется мостом Уитстона. В конфигурации моста Уитстона напряжение возбуждения прикладывается к цепи, а выходное напряжение измеряется в двух точках в середине моста. Когда на тензодатчик не действует нагрузка, мост Уитстона сбалансирован и выходное напряжение равно нулю. Любое небольшое изменение материала под тензодатчиком приводит к изменению сопротивления тензодатчика по мере того, как он деформируется вместе с материалом. Это приводит к нарушению баланса моста, что приводит к изменению выходного напряжения.Как указывалось ранее, изменение сопротивления незначительное, а это означает, что для правильного определения изменений часто требуется усиление сигнала. Процесс усиления усиливает изменения сигнала деформации; однако это также приводит к обнаружению большего количества нежелательного шума в сигнале. Обработка сигнала отфильтровывает избыточный шум, обеспечивая точные и понятные данные.

Michigan Scientific предоставляет ресурсы, необходимые для получения наилучших результатов измерения силы и крутящего момента.Мы производим одноканальные тензометрические усилители и многоканальные тензометрические усилители для наших сборок контактных колец. Эти усилители отличаются высокой точностью возбуждения моста, регулируемыми извне шунтирующим сопротивлением и усилением, а также возможностью дистанционного включения / выключения возбуждения моста. Наши усилители создают сильные сигналы с минимальным шумом. Наряду с нашими продуктами, наш штат высококвалифицированных технических специалистов способен измерить различные детали и области применения. Чтобы узнать больше о наших продуктах или услугах или сделать запрос, свяжитесь с Michigan Scientific сегодня.

Представленное изображение любезно предоставлено Кристианом В. / CC BY.

Что такое тензодатчик?

Знакомство с тензодатчиками

Тензодатчик — один из наиболее важных датчиков в технике электрических измерений, применяемых для измерения механических величин. Как указывает их название, они используются для измерения деформации.Технический термин «деформация» состоит из деформации растяжения и сжатия, различающихся положительным или отрицательным знаком. Таким образом, тензодатчики можно использовать для измерения расширения, а также сжатия.

Узнайте больше о единицах измерения деформации и истории измерительных датчиков.

Подробнее о тензодатчиках

Тензодатчики Karma

Рекомендации по выбору тензодатчиков

1. Длина манометров
2. Количество датчиков в шаблоне шаблона
3. Расположение калибров в шаблоне шкалы
4. Сопротивление сети
5. Чувствительный к деформации сплав
6. Несущий материал
7. Ширина колеи
8. Язычок под пайку
9. Конфигурация выступа под пайку
10. Наличие

Для сплавов Karma коэффициент толщины имеет тенденцию уменьшаться с повышением температуры. Этот эффект уменьшения модуля упругости приведет к уменьшению сдвига пролета.У сплавов Karma есть недостатки, например, их трудно паять без специальных флюсов. У OMEGA есть решение. Мы устранили эту проблему, предложив наши тензодатчики Karma с медными контактными площадками под пайку. Никаких специальных флюсов или процедур не требуется.

Тензодатчики из фольги

Выберите подходящий тензодатчик

Часто задаваемые вопросы

Цепи тензодатчиков

Тензодатчики на заказ

• Изменение стандартной ширины колеи
• Создание собственной розетки или шаблона тензодатчика
• Поместите несколько манометров на общий держатель
• Обеспечьте нестандартную длину вывода
• Использовать нестандартный материал
• Переставьте контактные площадки или установите дополнительные точки подключения
• Произведите обрезку определенного размера или формы для устранения препятствий

Тензодатчик | Сопутствующие товары

↓ Посмотреть эту страницу на другом языке или регионе ↓

тензодатчиков, как это работает?

Тензодатчик — это датчик, сопротивление которого зависит от приложенной силы; Он преобразует силу, давление, натяжение, вес и т. Д., в изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить. Когда к неподвижному объекту прикладываются внешние силы, возникают напряжение и деформация. Напряжение определяется как внутренние силы сопротивления объекта, а деформация — как возникающие смещение и деформация.

Тензодатчик — один из важнейших инструментов электроизмерительной техники, применяемой для измерения механических величин. Как указывает их название, они используются для измерения деформации.Технический термин «деформация» состоит из деформации растяжения и сжатия, различающихся положительным или отрицательным знаком. Таким образом, тензодатчики можно использовать для измерения расширения, а также сжатия.

Напряжение тела всегда вызвано внешним или внутренним воздействием. Деформация может быть вызвана силами, давлениями, моментами, теплом, структурными изменениями материала и т.п. Если выполняются определенные условия, количество или значение влияющей величины может быть получено из измеренного значения деформации.Эта функция широко используется в экспериментальном анализе напряжений. Экспериментальный анализ напряжений использует значения деформации, измеренные на поверхности образца или детали конструкции, для определения напряжения в материале, а также для прогнозирования его безопасности и прочности. Специальные преобразователи могут быть разработаны для измерения сил или других производных величин, например моментов, давлений, ускорений, перемещений, вибраций и других. Преобразователь обычно содержит чувствительную к давлению диафрагму с прикрепленными к ней тензодатчиками.

Подробнее о тензодатчиках

Прецизионные тензодатчики общего назначения
Прецизионные тензодатчики общего назначения представляют собой инкапсулированные тензодатчики из константановой фольги, предлагаемые в большом количестве моделей для научного, промышленного и экспериментального анализа напряжений. Эти прецизионные тензодатчики могут использоваться для экспериментального анализа напряжений, мониторинга промышленного оборудования или различных научных приложений. В разделе «Тензодатчики общего назначения» вы найдете образцы тензодатчиков рядом с номерами деталей, чтобы вы могли видеть геометрию тензодатчика.Габаритные размеры также указаны в единицах СИ (метрическая, мм) и американская (английская, дюймы). Прецизионные тензодатчики общего назначения предлагаются в линейных моделях, образцах с двойной параллельной сеткой, тройниковых розетках (0/90 °), прямоугольных или дельтовидных (45 ° или 60 °), штабелированных или плоских розетках и на сдвигах.

Тензодатчики качества преобразователя
Тензодатчики качества преобразователя предназначены для клиентов, которые производят преобразователи или аналогичные чувствительные устройства. Тензодатчики, соответствующие качеству преобразователя, имеют более жесткие допуски на размеры трима держателя, что позволяет при необходимости использовать край держателя для выравнивания тензодатчика.Они также имеют более жесткие допуски на номинальные значения сопротивления. Эти датчики могут быть настроены на ползучесть в соответствии со спецификациями производителя преобразователя, а также могут быть настроены в соответствии с уникальными требованиями преобразователя. Они также являются отличными стандартными приборами для экспериментального анализа напряжений и / или проектов проверки деформации.

1. Длина манометра
2. Количество датчиков в шаблоне шаблона
3. Расположение калибров в шаблоне шкалы
4. Сопротивление сети
5. Чувствительный к деформации сплав
6. Несущий материал
7. Ширина колеи
8. Язычок под пайку
9. Конфигурация выступа под пайку
10. Наличие

Тензодатчики Karma
Omega предлагает полную линейку тензодатчиков Karma.Тензодатчики Karma могут использоваться для различных статических и динамических приложений. Тензодатчики Karma используются для датчиков, где требуется долговременная стабильность или использование при более высоких температурах. При использовании при комнатной температуре для измерения статической деформации преобразователь будет иметь очень хорошую стабильность в течение месяцев или даже лет. Тензодатчики Karma также предлагаются для измерения статической деформации в широком диапазоне температур от -75 до 200 ° C (от -100 до 392 ° F) из-за их хорошей линейности в этом широком диапазоне температур.Тензодатчики Karma часто используются в конструкциях датчиков, рассчитанных на усталость. Усталостная долговечность сплава Karma, как правило, намного лучше, чем у константана, поэтому датчики, использующие тензодатчики Karma, обеспечивают хорошую усталостную долговечность. Karma — это никель-хромовый сплав, который был выбран в качестве материала для тензодатчиков из-за его способности компенсировать модуль упругости, что способствует значительному уменьшению сдвига диапазона в конструкции датчика. Для сплавов Karma коэффициент толщины имеет тенденцию уменьшаться с повышением температуры. Этот эффект уменьшения модуля упругости приведет к уменьшению сдвига пролета.У сплавов Karma есть недостатки, например, их трудно паять без специальных флюсов. У OMEGA есть решение. Мы устранили эту проблему, предложив наши тензодатчики Karma с медными контактными площадками под пайку. Никаких специальных флюсов или процедур не требуется.

Тензорезисторы из фольги со скреплением
Первый тензодатчик с металлической проволокой был разработан в 1938 году. Тензодатчик из металлической фольги состоит из сетки из проволочной нити (резистора) приблизительно 0.001 дюйм (0,025 мм) толщиной, приклеивается непосредственно к деформируемой поверхности тонким слоем эпоксидной смолы. Когда к поверхности прикладывается нагрузка, результирующее изменение длины поверхности передается на резистор, и соответствующая деформация измеряется в единицах электрического сопротивления фольги, которое изменяется линейно с деформацией. Диафрагма из фольги и клеящий связующий агент должны работать вместе, передавая напряжение, в то время как клей должен также служить в качестве электрического изолятора между сеткой из фольги и поверхностью.При выборе тензодатчика необходимо учитывать не только деформационные характеристики датчика, но также его стабильность и температурную чувствительность. К сожалению, наиболее желательные материалы для тензодатчиков также чувствительны к колебаниям температуры и имеют тенденцию изменять сопротивление по мере старения. Для кратковременных применений это может не быть серьезной проблемой, но для непрерывных промышленных измерений необходимо включать компенсацию температуры и дрейфа.

Выберите подходящий тензодатчик

Прецизионные тензодатчики
Прецизионные манометры с присоединенным изолированным проводом длиной 1 м или 3 м для облегчения установки.Манометры серии KFH доступны в линейных формах, тройниковых розетках или плоских розетках 0/45/90.

Тензодатчики для приложений сдвига или крутящего момента
Полумостовые тензодатчики для приложений сдвига или крутящего момента. Их прочная конструкция, надежность и гибкость делают их подходящими для высокоточных статических и динамических преобразователей.

Сверхдлинная сетка для неоднородных материалов
Тензодатчики с очень длинной сеткой для измерения деформации в неоднородных материалах (т.е.е. Бетон, заполненные пластмассы и т. Д.)

Часто задаваемые вопросы

Цепи измерения тензодатчиков
Для измерения деформации с помощью тензодатчика сопротивления, он должен быть подключен к электрической цепи, способной измерять мельчайшие изменения сопротивления, соответствующие деформации. В тензодатчиках обычно используются четыре элемента тензодатчика, которые электрически соединены и образуют мостовую схему Уитстона.На рисунке показана типичная диаграмма тензодатчика. Мост Уитстона — это схема с разделенным мостом, используемая для измерения статического или динамического электрического сопротивления. Выходное напряжение моста Уитстона выражается в выходных милливольтах на входной вольт. Схема Уитстона также хорошо подходит для температурной компенсации. Количество активных тензодатчиков, которые необходимо подключить к мосту, зависит от области применения. Например, может быть полезно соединить датчики, которые находятся на противоположных сторонах балки, один при сжатии, а другой при растяжении.В такой конфигурации можно эффективно удвоить выходную мощность моста при той же деформации. В установках, где все рычаги подсоединены к тензодатчикам, температурная компенсация выполняется автоматически, поскольку изменение сопротивления (из-за колебаний температуры) будет одинаковым для всех плеч моста.

Тензодатчики по индивидуальному заказу
Компания OMEGA может изготовить тензодатчики по индивидуальному заказу. Мы понимаем, что нашим клиентам может потребоваться нестандартный узор, изготовленный в соответствии с их спецификациями. Пользовательские тензодатчики могут быть разработаны для упрощения установки тензодатчиков для конкретного применения или для среды с ограниченным пространством.Если вы не нашли то, что вам нужно в нашем стандартном ассортименте, сообщите нам об этом. Мы можем настроить ваш тензодатчик в соответствии с вашими потребностями, в том числе:

• Изменение стандартного шаблона датчика
• Создание нестандартного шаблона шкалы
• Поместите несколько манометров на общий держатель
• Обеспечьте нестандартную длину вывода
• Использовать нестандартный материал
• Переставьте контактные площадки или установите дополнительные точки подключения
• Произведите обрезку определенного размера или формы для устранения препятствий

Мы можем предоставить индивидуальные спецификации ползучести в соответствии с вашим пружинным элементом, чтобы максимизировать производительность вашего датчика.Наша команда будет работать с вами над повышением или понижением компенсации ползучести в зависимости от результатов ваших испытаний. OMEGA может предоставить 1/2 или полные мосты Уитстона или индивидуальные розетки. Мы стремимся сделать покупку нестандартного тензодатчика быстрой и простой. Просто отправьте в OMEGA свой собственный чертеж вместе с вашими спецификациями и требуемым количеством тензодатчиков. Команда OMEGA будет работать с вами над вашим приложением и предоставить расценки на специальные тензодатчики. Мы можем изготовить контрольные образцы нестандартных калибров всего за 2 недели.С объемами производства вскоре после этого. Для вашего тензодатчика будет создан индивидуальный номер детали, чтобы сделать заказ в будущем быстрым и легким.

Как они работают, приложения и типы

Тензодатчики — это устройства, которые обычно используются инженерами для измерения воздействия внешних сил на объект.Они измеряют деформацию напрямую, что может использоваться для косвенного определения напряжения, крутящего момента, давления, прогиба и многих других измерений.

В этом посте я расскажу, что такое тензодатчики и как они работают. Затем я немного углублюсь в различные типы тензодатчиков, приведу несколько примеров приложений, а затем рассмотрю подробный пример одного приложения, в котором я работаю. Если вы заинтересованы в покупке тензодатчика для использования в вашем проекте, я также предоставлю несколько мест для их покупки.

Что такое тензодатчик и как они работают?

Деформация — это безразмерное измерение, представляющее собой отношение изменения длины к исходной длине объекта. Следовательно, положительная деформация является результатом растяжения материала, а отрицательная деформация — результатом сжатия. Напряжение — это измерение приложенной силы, деленной на начальную площадь поперечного сечения объекта, или внутреннюю сопротивляемость объекта.

Рисунок 1. Слева: Состав тензодатчика (источник) Справа: Пример тензодатчика (источник)

Каждый тензодатчик состоит из металлической фольги, изолированной гибкой подложкой, как показано на рисунке выше. Два провода пропускают ток через датчик, и когда поверхность измеряемого объекта растягивается или сжимается, измеряется изменение сопротивления. Это изменение сопротивления пропорционально изменению длины на поверхности тестируемого объекта, как показано в уравнении ниже.Тензодатчики работают, измеряя изменение электрического сопротивления на тонкой проводящей фольге. Коэффициент измерения (или «коэффициент измерения») — это чувствительность тензодатчика (обычно 2). Он преобразует изменение сопротивления в изменение длины.

Уравнение 1: Уравнение калибровочного фактора (источник).

Рис. 2. Сжатие и растяжение на тензодатчиках (источник).

Когда тензодатчик испытывает изгиб, растяжение или скручивание, изменение сопротивления металлической фольги измеряется мостом Уитстона.Измеряемое изменение сопротивления пропорционально деформации, испытываемой объектом. Пользователь может определить напряжение, испытываемое объектом, используя закон Гука (уравнение, показанное ниже), зная модуль упругости материала.

Уравнение 2: Уравнение закона Гука.

Типы тензодатчиков

Несмотря на то, что существует множество типов тензодатчиков — для различных применений и степени свободы, которую необходимо измерить, все они используют мост Уитстона для расчета изменения сопротивления.

Тензодатчик с четвертью моста

Если вы измеряете одну ось, используется четвертьмостовой тензодатчик, как показано на рисунке ниже. Четвертьмост относится к тому факту, что только один из четырех резисторов является переменным (Rx), а остальные три резистора являются фиксированными. Схема определяет значение переменного резистора таким образом, чтобы схема была сбалансированной и ток не проходил между точками B и C.

Рис. 3. Диаграмма четверти моста Уитстона (источник изображения: авторское право DEWESoft из их серии PRO Training Series).

Розетки тензометрических датчиков

В некоторых тензодатчиках, называемых розетками тензодатчиков, используются дополнительные датчики для измерения деформации в нескольких направлениях. Розетки используются для определения полного деформированного состояния объекта на поверхности. Состояние полной деформации состоит из нормальной деформации, деформации сдвига и основной деформации. В двухосной розетке используются два датчика, а тензодатчики установлены перпендикулярно друг другу. Для трехосной розетки необходимы три градуса измерения.Эти датчики устанавливаются под углом 0 ° -45 ° -90 ° или 0 ° -60 ° -120 ° относительно друг друга, в зависимости от требуемых измерений. Ниже приведены некоторые распространенные конфигурации розеток тензодатчиков (вы можете увидеть оригинал

Рис. 4. Примеры розетки тензодатчика (источник изображения: авторское право DEWESoft из их серии PRO Training).

Пьезорезистор

При измерении деформации в малых масштабах пьезорезистор часто является лучшим измерительным инструментом. Эти измерения часто настолько малы, что выражаются в микродеформации (µε или ε x 10-6).Когда используются эти датчики, чувствительность меняется, поэтому коэффициент измерения часто выше, чем у типичного тензодатчика из фольги. Хотя эти датчики регистрируют меньшие изменения длины, они также более чувствительны к изменениям температуры и с большей вероятностью сломаются, чем датчики из фольги.

Где купить тензодатчики

Если вы хотите использовать тензодатчики для вашего приложения, их можно найти в разных местах, вот лишь некоторые из них, которые мы обычно используем:

Теперь с тензодатчиками вам также понадобятся очень специфические приборы для питания и кондиционирования выходного сигнала тензодатчика.Вот несколько вариантов от HBM и другие от Omega. Мы знаем, что многие клиенты enDAQ также заинтересованы в добавлении к нашим устройствам возможностей измерения тензодатчиков вместе с акселерометрами и другими датчиками, и мы планируем разработать такое решение в течение следующих нескольких лет (подробнее см. В нашей дорожной карте)!

Тензодатчики

В области гражданского строительства и геотехнического мониторинга регулярно используются тензодатчики для обнаружения повреждений в таких конструкциях, как мосты, здания и многое другое.Эти конструкции требуют постоянного наблюдения, поскольку любая значительная деформация может привести к травмам или смерти. Эти манометры обычно используются, поскольку они обладают высокой точностью, хорошо работают на больших расстояниях от объекта испытаний и требуют минимальных усилий для настройки и обслуживания в течение длительных периодов времени.

Полевые испытания часто сильно отличаются от лабораторных испытаний в идеальных условиях. Одна из причин, по которой тензодатчики высоко ценятся, заключается в том, что их можно использовать в суровых условиях, обеспечивая воспроизводимые результаты с высокой точностью.Когда инженер тестирует объекты неправильной формы в суровых условиях с труднодоступными конфигурациями, часто требуется специализированное устройство, такое как тензодатчик. Например, в аэрокосмических приложениях используются миллионы тензодатчиков для проверки результатов моделирования CAD (автоматизированное проектирование) и FEA (анализ методом конечных элементов). Эти испытания часто проводятся в динамических условиях, чтобы показать точное представление о том, как различные силы влияют на самолет.

Рисунок 5. Слева: мост на стальных фермах Миннеаполиса в 2006 году. Справа: нижняя сторона моста. (Источник)

Тензодатчики также часто используются для статических испытаний. Некоторые мосты настроены на использование беспроводной телеметрии, которая передает результаты тестирования через Ethernet. Но другие мосты в первую очередь проходят визуальный осмотр или дефектоскопию для обнаружения дефектов поверхности. Несмотря на то, что эти методы экономически эффективны, они не требуют постоянного контроля, что может привести к катастрофическим отказам, как, например, в случае стального ферменного моста I-35 Миннеаполис.Начиная с 1990 года, мост был отмечен федеральным правительством как «структурно несовершенный», что означало, что он должен был проходить ежегодные проверки. Однако из-за отсутствия постоянного наблюдения с помощью тензодатчиков, значительного ремонта или замены в 2007 году мост неизбежно рухнул, в результате чего погибли 13 человек. Этот мост — лишь один из примерно 80 000 мостов через Соединенные Штаты, которые в 2007 году были признаны «структурно несовершенными».

Здесь, в Midé ( Примечание: enDAQ является подразделением Midé ), мы регулярно используем тензодатчики для проектных работ.Недавно мы с коллегой добавили к нашей испытательной установке тензодатчик для косвенного измерения крутящего момента. Проект, над которым мы работали, был сфокусирован на дизайне костюма для глубоководного дайвинга. Для этого эксперимента мы проверили величину крутящего момента, необходимого для вращения упорного подшипника в руке костюма, путем надавливания на упорный подшипник, чтобы смоделировать его использование на глубине до 530 футов.

Рисунок 6. Испытательная установка с тензодатчиком, установленным между двигателем и упорным подшипником.

Для этого испытания тензодатчик был установлен на пьедестале между двигателем и герметичным упорным подшипником, как показано на рисунке выше. Этот узел был помещен внутрь резервуара высокого давления, погружен в воду и находится под давлением. Двигатель питался от переменного тока, что обеспечивало постоянный выходной крутящий момент. В ходе проведенных испытаний было измерено сопротивление упорного подшипника осевому вращению как по часовой, так и против часовой стрелки.

Рис. 7. Полностью собранный рычаг гидрокостюма с упорным подшипником.

Во время этого испытания мы медленно увеличивали давление, чтобы определить сопротивление упорного подшипника на разной глубине. Начиная с атмосферного давления в качестве основы, давление увеличивали до 30, 50, 75, 100, 150, 200 и 250 фунтов на квадратный дюйм (или фунтов на квадратный дюйм). Каждый раз, когда мы увеличивали давление, мотор вращался в обоих направлениях на 7-8 секунд. При максимальном давлении тензодатчиком был измерен максимальный крутящий момент на уровне 35 футов на фунт в направлении против часовой стрелки (положительный крутящий момент), как показано на графике ниже.

Рис. 8. Измерения крутящего момента в зависимости от времени с использованием тензодатчика.

Заключение

— это универсальные геотехнические инструменты с очень широким спектром применения, которые помогают обеспечить безопасность и производительность. Их особенно ценят за точность, простоту установки, низкую стоимость, длительный срок службы и необходимость в очень ограниченном техническом обслуживании. Интересно рассмотреть множество будущих применений тензодатчиков в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, кабельные мосты, мониторинг рельсов (для железнодорожных систем) и измерение крутящего момента и мощности в широком диапазоне вращающегося оборудования, такого как вентиляторы, генераторы, колеса и пропеллеры. .

Я надеюсь, что этот пост помог вам лучше понять различные типы тензодатчиков, принцип их работы и их применение. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять комментарии или связываться с нами. И если вам понравился этот пост, не забудьте подписаться на наш блог enDAQ, чтобы узнать больше о сборе данных, датчиках и анализе.

Похожие сообщения:

Тензодатчики

Тензодатчик — один из важнейших инструментов электроизмерительной техники, применяемой для измерения механических величин.Как указывает их название, они используются для измерения деформации. Технический термин «деформация» состоит из деформации растяжения и сжатия, различающихся положительным или отрицательным знаком. Таким образом, тензодатчики можно использовать для измерения расширения, а также сжатия.

Напряжение тела всегда вызвано внешним или внутренним воздействием. Деформация может быть вызвана силами, давлениями, моментами, теплом, структурными изменениями материала и т.п. Если выполняются определенные условия, количество или значение влияющей величины может быть получено из измеренного значения деформации.Эта функция широко используется в экспериментальном анализе напряжений. Экспериментальный анализ напряжений использует значения деформации, измеренные на поверхности образца или детали конструкции, для определения напряжения в материале, а также для прогнозирования его безопасности и прочности. Специальные преобразователи могут быть разработаны для измерения сил или других производных величин, например моментов, давлений, ускорений, перемещений, вибраций и других. Преобразователь обычно содержит чувствительную к давлению диафрагму с прикрепленными к ней тензодатчиками.

Измерительные схемы

Тензодатчики на заказ

• Изменение стандартного образца
• Создание нестандартного образца размера
• Поместите несколько датчиков на общий держатель
• Обеспечьте нестандартную длину вывода
• Использовать нестандартный материал
• Переставьте контактные площадки или установите дополнительные точки подключения
• Произведите обрезку определенного размера или формы для устранения препятствий

Что такое тензодатчик | KYOWA

Взаимосвязь между выходными сигналами тензодатчика и тензодатчика
Подключите тензодатчики к электрической цепи, которая называется мостом Уитстона.Целесообразно для обнаружения небольшого изменения сопротивления.
Предположим, что исходное сопротивление тензодатчика равно R (Ом), а измененное сопротивление из-за удлинения или усадка △ R (Ω).
Рассчитайте деформацию ε по следующей формуле.

Буква «K» в приведенной выше формуле называется калибровочным коэффициентом, коэффициент, выражающий чувствительность тензодатчика.
Коэффициент масштабирования универсального фольгового тензодатчика KFGS составляет ок. 2.
Предположим, что напряжение возбуждения моста равно E, сопротивление тензорезистора равно R (Ом), а измененное значение сопротивление из-за удлинения или усадки R (Ом).
Рассчитайте выходное напряжение e (В) по следующей формуле.

Взаимосвязь между деформацией и напряжением
Непосредственно узнать напряжение объекта или материала сложно.
Таким образом, мы рассчитываем напряжение, измеряя основанную на напряжении «деформацию».
Согласно закону Гука, напряжение пропорционально деформации в упругой области, напряжение равно определяется путем измерения деформации тензодатчиками.
Поэтому мы часто используем измерение деформации и измерение напряжения как синонимы.

По этой причине, когда величина приложенной силы и площадь поперечного сечения будут Как известно, напряжение можно вычислить.Однако, когда объект измерения состоит из сложных конструкций, сложных приложенных нагрузок или В сложных условиях может быть сложно рассчитать данные с высокой точностью.
Таким образом, экспериментальные измерения напряжений с помощью тензодатчиков широко используются как наиболее надежные и практический метод проверки конструкции конструкции безопасности.