Тензорезисторы принцип действия основные характеристики и параметры: 10.1.    Тензорезисторы | Электротехника

Содержание

10.1.    Тензорезисторы | Электротехника

Полупроводниковым тензорезистором называют преобразователь линейной деформации в изменение активного сопротивления, прин­цип действия которого основан на тензорезистивном эффекте, а чувствительный элемент его выполнен из полупроводника.

Тензорезистор (10.1, а, б) представляет собой полупроводниковую тонкую пластинку или пленку, нанесенную на изоляционную подложку, которая имеет два вывода.

Вид ВАХ полупро­водникового тензорезистора (рис. 10.1, в) зависит от температурной характеристики его сопротивления, каждая точка характеристики соответствует определенной рассеиваемой мощности, а следователь­но, и определенной температуре. ВАХ тензорезистора можно разде­лить на два участка: АБ – восходящая ветвь, от начала координат до точки максимума; БВ – участок с отрицательным наклоном, от точки максимума до точки, соответствующей максимально допусти­мой температуре.

Основными параметрами тензорезистора являются: начальное сопротивление (R)сопротивление между выводами тензорезистора при нормальной температуре и начальное значение деформации

.

Тен­зорезистор представляет собой однородное по удельному сопротив­лению тело постоянного сечения, по­этому

,                                                     (10.1)

где  – удельное сопротивление по­лупроводника; а, b, lширина, вы­сота и длина кристалла.

Так как ВАХ тензорезистора нелинейна, начальное сопротивление зависит от значения установившегося тока:. Дифференциальное сопротивление равно: . Его значение на участке АБ характеристи­ки (рис. 10.1, в) положительно, в точке Б равно нулю, а на участке БВ отрица­тельно.

Чувствительность тензорезистора (S) – это отношение прираще­ния выходного сигнала тензорезистора к вызвавшей его деформации, направленной вдоль его главной оси:

,                                                         (10.2)

где  – относительное изменение длины чувствительного эле­мента (деформация).

Чувствительность зависит от типа электропроводности, удель­ного сопротивления материала, уровня деформации. На рис. 10.2 показана зависимость относительного изменения сопротивления кремниевого тензорезистора от относительной деформации для ма­териалов с электропроводностью

п- и p-типов.

Температурный коэффициент сопротивления () – это относи­тельное изменение сопротивления при изменении температуры на 1 К (в процентах):

.                           (10.3)

В зависимости от значения удельного сопротивления () может быть как положительным, так и отрицательным.

К предельным режимам тензорезистора относятся:

· максимально допустимая мощность () максимальная мощность рассеяния на тензорезисторе, при которой сохраняется заданная надежность;

· предельная деформация (),  деформация, пре­вышение которой вызывает выход из строя тензорезистора. Значе­ние предельной деформации в основном определяется материалом, площадью поперечного сечения и качеством обработки поверхности.

Для изготовления тензорезисторов применяют германий, крем­ний, арсенид и антимонид галлия. Чаще всего используют кремний вследствие лучшей теплоустойчивости. Одним из основных требо­ваний к материалу является возможно более высокая тензочувствительность. Тензорезисторы изготавливают как из монокристалли­ческого, так и из поликристаллического материалов. Монокристаллы получают методами выращивания и эпитаксии.

Тензорезисторы изготавливают в виде бруска, проволоки, плен­ки. Они могут быть закреплены на подложке и выполнены без под­ложки. Тензорезисторы применяют в датчиках давления, усилий, на­пряжений, в датчиках малых перемещений, датчиках крутящего момента. Включаются тензорезисторы обычно по мостовой или потен­циометрической схеме. Работают они как на постоянном, так и на переменном токе.

Принцип работы тензорезисторов и тензодатчиков

Принцип работы

Тензорезисторы

Тензорезисторы – это резисторы, сопротивление которых зависит от их деформации.

Широко используются решётчатые чувствительные элементы из тонкой металлической резистивной фольги.

Пьезорезисторы

Пьезорезисторы – это полупроводниковые датчики, сопротивление которых зависит от деформации.

Тензодатчики

Тензорезисторы являются основой тензодатчиков (Strain Gauge), служащих для косвенного измерения силы (веса, давления, момента, ускорения, перемещения) по деформации калиброванного элемента (пружины, стержня), вызванного действием этой силы.

Весоизмерительные ячейки

Весоизмерительные ячейки (Load Cell) – это тензодатчики, конструкция которых позволяет использовать их для измерения веса в различных промышленных приложениях (платформенные весы, резервуарные весы, конвейерные весы и т.п.).

Специальные монтажные компоненты компенсируют нежелательные (горизонтальные) нагрузки на весоизмерительную ячейку:

  • Самоцентрирующаяся качающаяся опора
  • Ограничитель качания
  • Стопор подъёма
  • Эластичная опора
  • Изгибная опора и др.

Мост Уитстона (Weatstone Bridge)

Мост Уитстона используется для регистрации изменения сопротивления.
В тензодатчиках с помощью моста Уинстона измеряют деформацию.

На упругий стержень наклеиваются четыре тензорезистора: 1,2,3 и 4 (см. рисунок) с одинаковыми характеристиками. Тензорезисторы включаются в плечи моста так, как показано на рисунке справа. На диагональ a-b моста подаётся постоянное напряжение E, диагональ c-d является измерительной. В ненагруженном состоянии мост сбалансирован и выходное напряжение моста U равно нулю.

Под воздействием силы F стержень деформируется, тензорезисторы 1 и 4 сжимаются, а тензорезисторы 2 и 3 растягиваются. Выходное напряжение моста U пропорционально силе F.


Как выбрать

Датчики силы, весоизмерительные ячейки

  • Приложение силы
    • Сжатие
    • Растяжение
    • Сжатие и растяжение
  • Конструкция
    • Балочного типа:
      • изгибный стержень
      • срезной стержень
    • Изгибная кольцевая пружина
    • S - образная (тензодатчики сжатия-растяжения)
    • Прямоугольная (Single Point)
    • Датчики сжатия мембранного типа
    • Датчики сжатия типа колонна
  • Специальное применение
    • Платформенные весы
    • Путевые весы
    • Резервуарные весы
    • Подвесные весы
    • Конвейерные весы
    • Ленточные весы
    • Рольганговые весы
    • Бункерные весы
  • Диапазон измерений (Н, кгс)
  • Точность измерений
  • Нелинейность
  • Гистерезис
  • Максимальная безопасная перегрузка
  • Защита от перегрузки
  • Ресурс (число циклов измерений)
  • Выходной сигнал.

Акселерометры (датчики ускорения)

  • Диапазон измерений (м/с2)
  • Нелинейность
  • Гистерезис
  • Безопасная перегрузка
  • Частотный диапазон
  • Выходной сигнал.

Датчики перемещения

  • Диапазон измерений (мм)
  • Нелинейность
  • Гистерезис
  • Усилие при измерении (Н)
  • Индикаторная шкала
  • Выходной сигнал.

Датчики крутящего момента

  • Диапазон измерений (Нм)
  • Нелинейность
  • Гистерезис
  • Безопасная перегрузка
  • Ограничитель перегрузки
  • Максимальная частота вращения
  • Выходной сигнал.

Общее для всех тензодатчиков

  • Выходной сигнал
  • Степень защиты корпуса
  • Материал
  • Класс взрывозащиты
  • Напряжение питания.


Анализаторы газа и жидкости

Системы идентификации

принцип работы, устройство, типы, схемы подключения

Системы контроля производят постоянное наблюдение за состоянием различных механизмов, положением рабочих органов и, в том числе, контролируют вес. Для измерения величины веса и дальнейшего применения данных в логических схемах устанавливается тензометрический датчик (тензодатчик). Что это такое и как он работает мы рассмотрим в данной статье.

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.

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.

Принцип работы

В большинстве случаев тензодатчик функционирует не от одного тензорезистора, а включает в себя мостовую измерительную схему. Такой принцип получил название моста Уитстона и реализуется следующим образом (рисунок 2):

Рис. 2. Принцип действия тензодатчика

Как видите на рисунке, в плечи моста включены четыре тензорезистора, которые расположены на гибкой подложке, что обеспечивает им упругую деформацию в ходе измерений. Все резистивные элементы тензодатчика подбираются равнозначными, что обеспечивает на выходе в состоянии покоя нулевое значение разности потенциалов в точках + S и – S. Это обозначает, что в ненагруженном идеальном тензодатчике не будет протекать ток в выходной цепи измерительного прибора.  В реальном устройстве, все равно существует токовая нагрузка из-за конструктивных отличий резистивных деталей, температурных колебаний.

Как только к измерительному органу прибора будет приложена механическая нагрузка, гибкое основание деформируется, от чего изменятся рабочие параметры всех резисторов в цепи моста тензодатчика. В большинстве случаев попарно происходит сжатие и растяжение тензорезисторов (рисунок 3):

Рис. 3. Воздействие нагрузки на тензодатчик

Как видите, на рисунке два резистора сжимаются, а другие два растягиваются, в результате чего происходит искажение моста. Электрическая цепь выходит из равновесия и через выход тензодатчика начинает протекать электрический ток. О чем будет свидетельствовать отклонение стрелки гальванометра или дисплей оборудования, реагирующий на изменение разности потенциалов. Как только нагрузка перестанет воздействовать на тензодатчик, гибкая пластина вернется в исходное состояние, а измерительный мост снова перейдет в состояние равновесия.

На данном примере мы рассмотрели простейший вариант четырехпроводного тензометрического датчика. Но на практике также используются пяти и шестипроводные весоизмерительные сенсоры, что обусловлено типом конкретного устройства.

Типы

Сфера применения тензометрических датчиков охватывает ряд устройств самого различного назначения. Поэтому для измерения величины физического воздействия применяются тензодатчики разных типов. Разделение сенсоров по видам осуществляется на основании нескольких факторов.

Рис. 4. Типы датчиков по форме грузоприемного основания

Так, в зависимости от формы грузоприемного основания выделяют:

  • Консольные (балочные) – устанавливаются в некоторых типах весов, при взвешивании контейнеров и т.д.;
  • S-образные – применяются для измерения поднимаемых грузов;
  • Мембранные – используются в системах контроля, высокоточных измерителях и т.д.;
  • Колонные – монтируются в оборудовании с большой массой;

В зависимости от вида метода измерения все тензодатчики подразделяются на:

  • Резистивные – в основе работы лежит тензорезистор или мост из них, расположенный на гибком основании. Такой тензодатчик крепится к поверхности измерителя и реагирует на механические деформации. В соответствии с п.1.1 ГОСТ 21616-91 разделяются на проволочные и фольгированные. По количеству и форме разделяются на одиночные, розетки, цепочки, мембранные розетки.
  • Тактильные – состоят из двух проводников, между которыми расположена перфорированная пленка диэлектрика. При нажатии проводники продавливают мягкий диэлектрик и обеспечивают некую проводимость, чем изменяется величина сопротивления. По типу измерения бывают датчики касания, проскальзывания, усилия.
  • Пьезорезонансные – основаны на  полупроводниковых элементах, в таких тензодатчиках происходит сравнение реального сигнала с эталонным.
  • Пьезоэлектрические – основаны на собственном напряжении выхода электронов некоторых полупроводниковых кристаллов. При воздействии усилия на кристалл меняется и величина зарядов, что передается на измерительный орган тензодатчика.
  • Магнитные – используют свойство магнитных проводников изменять величину магнитной проницаемости в зависимости от физических параметров. При сжатии или растяжении сердечника, электромагнитный поток, формируемый катушкой, будет изменяться. В результате чего индуктивность тензодатчика также отклонится от образцового состояния.   
  • Емкостные – используют эффект переменного конденсатора, в котором с уменьшением расстояния между пластинами будет возрастать емкость. А при увеличении расстояния или уменьшении площади пластин емкость уменьшится.
Рис. 5. Принцип действия емкостного тензодатчика

В соответствии с п.1.2 ГОСТ 28836-90 по характеру прилагаемого усилия тензодатчики можно разделить на те, которые реагируют на сжатие, растяжение и универсальные.

Схемы подключения

На практике применяются различные способы подключения тензодатчика в общую цепь. Наиболее простой вариант –  схема четырехпроводного подключения, которая приведена на рисунке 6 ниже:

Рис. 6. Четырехпроводная схема подключения

В данном случае схема подключения подразумевает строгое соблюдение цветовой маркировки проводов: красного и белого для подачи напряжения питания, а черного и зеленого для съема получаемого сигнала. Пятый провод используется для заземления корпуса оборудования, в некоторых моделях используется экран для устранения помех. Такой вариант применяется для силовых датчиков, слаботочного оборудования, устанавливаемого непосредственно в месте измерения и фиксации результата. На практике может реализоваться следующим образом:

Рис. 7. Практическая реализация четырехпроводной схемы подключения

Когда весоизмерительный блок удален от контрольного блока, используется шестипроводная схема для исключения влияния омического сопротивления проводов питания на результат измерений.

Рис. 8. Шестипроводная схема с цепью обратной связи

Выводы + E и – E применяются для подачи напряжения питания на тензодатчик. С клемм + Sen и – Sen снимается падение напряжения на проводах, которое затем вычитается из результирующего сигнала.  Контакты + S и – S используются для съема показаний, функция вычитания реализуется следующим образом:

Рис. 9. Практическая реализация вычитания напряжения

Назначение

Тензодатчик устанавливается в различных приборах и приспособлениях для отслеживания реакции на физическое воздействие. На сегодняшний день сфера его применения охватывает самые различные отрасли промышленности и народного хозяйства, где он используется для:

  • Измерения веса – устанавливается в электронных весах различного типа.
  • Определения ускорения – применяется при испытании транспортных средств.
  • Измерения давления – распространено в сфере обработки поверхностей, при контроле прилагаемого усилия, в механических средствах и т.д.
  • Контроля перемещения – фиксируют перемещение строительных элементов, фундаментов, сейсмологических приспособлений и т.д.
  • Измерения крутящего момента – применяется в машиностроительной отрасли, для технического обслуживания и прочих.

Как выбрать?

При выборе модели для измерения какого-либо физического усилия или веса, необходимо руководствоваться основными параметрами сенсора. К таким характеристикам относятся:

  • Диапазон измерений – определяет границы весовой нагрузки, которую сможет фиксировать тензодатчик;
  • Класс точности – выбирается в зависимости от параметров оборудования и требований к точности измерений;
  • Схема подключения – по количеству подключаемых выводов  может использоваться четырех или шестипроводная схема;
  • Термокомпенсация  – для тензодатчиков, где необходима высокая точность измерений, важно учитывать влияние температуры окружающей среды, применяются термокомпенсирующие элементы;
  • Степень защиты – обозначается индексом  IP и определяет устойчивость к воздействию пыли и влаги на тензодатчик.

Список использованной литературы

  1. Клокова Н.П. «Тензорезисторы: Теория, методики расчета, разработки» 1990
  2. Фрайден Дж. «Современные датчики. Справочник» 2005
  3. Клокова Н.П. «Тензодатчики для измерений при повышенных температурах» 1965
  4. Пучкин Б.И. «Приклеиваемые тензодатчики сопротивления» 1966
  5. Ильинская Л.С., Подмарьков А. «Полупроводниковые тензодатчики» 1966

Тензометрические датчики (Тензодатчики). Виды и работа. Устройство

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

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

Виды

В разных отраслях промышленности используется множество видов тензометрических датчиков:

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

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

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

Применяются следующие виды датчиков:

  • Из фольги.
  • Пленочные.
  • Из проволоки.
Датчик из фольги

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

Пленочные датчики

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

Проволочный вариант

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

Принцип действия тензодатчиков

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

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

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

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

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

Принцип действия датчиков силы

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

Работа основывается на изменении деформации в сигнал. В действии происходит много разных явлений, которые обусловили несколько типов тензодатчиков:
  • Тактильные.
  • Резистивные.
  • Пьезорезонансные.
  • Пьезоэлектрические.
  • Магнитные.
  • Емкостные.
Тактильные датчики

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

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

Резистивный тензодатчик

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


1 — Подложка
2 — Чувствительный элемент
3 — Контакты

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

Пьезорезонансный тензодатчик

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

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

Пьезоэлектрические тензометрические датчики

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

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

Такие тензометрические датчики используются для контроля динамических сил.

Магнитные тензометрические датчики

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

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

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

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

Емкостные датчики

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

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

Обычно применяют вариант со сжатием диэлектрика между пластинами.

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

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

Подключение тензодатчиков

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

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

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

Похожие темы:

принцип работы и подключение тензометрического датчика

«Точность – вежливость королей!» В наше время актуальность этого средневекового французского афоризма только растет. Для проведения точных измерительных вычислений на производстве и в быту все шире используются приборы на основе тензометрических датчиков.

Что такое тензометрия и для чего нужны тензодатчики

Тензометрия (от лат. tensus — напряжённый) — это способ и методика измерения напряжённо-деформированного состояния измеряемого объекта или конструкции. Дело в том, что нельзя напрямую измерить механическое напряжение, поэтому задача состоит в измерении деформации объекта и вычислении напряжения при помощи специальных методик, учитывающих физические свойства материала.

В основе работы тензодатчиков лежит тензоэффект — это свойство твёрдых материалов изменять своё сопротивление при различных деформациях. Тензометрические датчики представляют собой устройства, которые измеряют упругую деформацию твердого тела и преобразуют её величину в электрический сигнал. Этот процесс происходит при изменении сопротивления проводника датчика при его растяжении и сжатии. Они являются основным элементом в приборах по измерению деформации твёрдых тел (например, деталей машин, конструкций, зданий).

Устройство и принцип работы

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

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

Рассмотрим более предметно виды и типы современных тензометрических датчиков.

Датчики крутящего момента

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

Тензодатчики балочного, консольного и кромочного типов

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

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

Тензодатчики силы растяжения и сжатия

Тензодатчики силы растяжения и сжатия, как правило, имеют S-образную форму, изготавливаются из алюминия и легированной нержавеющей стали. Предназначены для бункерных весов и дозаторов с пределом измерения от 0,2 до 20 тонн. S-образные тензодатчики силы растяжения и сжатия могут использоваться в станках по производству кабелей, тканей и волокон для контроля силы натяжения этих материалов.

Тензорезисторы проволочные и фольговые

Проволочные тензорезисторы делают в виде спирали из проволоки малого диаметра и крепят на упругом элементе или исследуемой детали с помощью клея. Их отличает:

  • простота изготовления;
  • линейная зависимость от деформации;
  • малые размеры и цена.

Из недостатков отмечают низкую чувствительность, влияние температуры и влажности среды на погрешность измерения, возможность применения только в сфере упругих деформаций.

Фольговые тензорезисторы в настоящее время являются наиболее распространенным типом тензорезисторов из-за их высоких метрологических качеств и технологичности производства. Это стало доступным благодаря фотолитографической технологии их изготовления. Передовая технология позволяет получать одиночные тензорезисторы с базой от 0,3 мм, специализированные тензометрические розетки и цепочки тензорезисторов с широким рабочим температурным диапазоном от –240 до +1100 ºС в зависимости от свойств материалов измерительной решетки.

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.

Основные схемы подключения

Рассмотрим это на примере подключения тензометрических датчиков к бытовым или промышленным весам. Стандартный тензодатчик для весов имеет четыре разноцветных провода: два входа — питание (+Ex, -Ex), два других — измерительные выходы (+Sig, -Sig). Встречаются также варианты с пятью проводами, где дополнительный провод служит в качестве экрана для всех остальных. Суть работы весового измерительного датчика балочного типа довольно проста. На входы подается питание, а с выходов снимается напряжение. Величина напряжения зависит от приложенной нагрузки на измерительный датчик.

Если длина проводов от весового тензодатчика до блока АЦП значительна, то сопротивление самих проводов будет влиять на показание весов. В этом случае целесообразно добавить цепь обратной связи, которая компенсирует падение напряжения путем корректировки погрешности от сопротивления проводов, вносимую в измерительную цепь. В этом случае схема подключения будет иметь три пары проводов: питания, измерения и компенсации потерь.

Примеры использования тензометрических датчиков

  • элемент конструкции весов.
  • измерение усилий деформации при обработке металлов давлением на штамповочных прессах и прокатных станах.
  • мониторинг напряженно-деформационных состояний строительных конструкций и сооружений при их возведении и эксплуатации.
  • высокотемпературные датчики из жаропрочной легированной стали для металлургических предприятий.
  • с упругим элементом из нержавеющей стали для измерений в химически агрессивной среде.
  • для измерения давления в нефте и газопроводах.

Простота, удобство и технологичность тензодатчиков — основные факторы для дальнейшего активного их внедрения, как в метрологические процессы, так и использования в повседневной жизни в качестве измерительных элементов бытовой техники.

Как работает тензодатчик - Строительный журнал Palitrabazar.ru

Для справки. Остальные данные по сопротивлению проводов весового датчика весов CAS DB H можно посмотреть здесь. Допускается отклонение сопротивления от указанных +-1 Ом. Стандартное напряжение питания датчика – это +5В, но датчики обычно рассчитываются на 12В.

Способ №2 альтернативный.

Проверялся только на мостовой схеме, для других схем подключения может не подойти.

Находим контакты с максимальным сопротивлением, красный и белый провод имеют сопротивление больше всех , 422 Ом – это контакты для входного напряжения. Соответственно оставшиеся два синий и зеленый, есть контакты выходного сопротивления измерительного моста.

Мы намеренно опустили определение полярности входных и выходных групп контактов, что бы не перегружать материал информацией.

Определение полярности контактов для измерительного датчика весов (в разработке).

Тут все несколько неоднозначно, по крайней мере, для нас. Поэтому выкладываем только данные практических экспериментов. В качестве объекта измерения выбраны весы CAS DB 1H с тензодатчиком BC-150DB. Зная паспортные данные тензодатчика, имея 4 варианта подключения и зная правильную ориентацию на станине – снимем показания с выходного датчика. Правильное подключение по паспорту.

Вариант 1. (паспортное подключение)

Рис. Подключение тензодатчика по заводским параметрам.

  • 0кг, на выходе 0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен 1,160
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен 5,956
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен 10,751

Давление на датчик снизу вверх — дает на выходе отрицательное напряжение.

Вариант 2. (перевернутое подключение)

Рис. Подключение тензодатчика наоборот, на входе плюс подключаем к минусу, на выходе плюс соединяем к минусу.

  • 0кг, на выходе 0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен 1,150
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен 5,916
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен 10,679

Давление на датчик снизу вверх — дает на выходе отрицательное напряжение.

Как видно из показаний, данные АЦП несколько отличаются. В рабочем режиме весы начинают «врать», то есть показывать меньший вес, но если весы откалибровать — показания становятся правильными и весы становятся полностью работоспособными.

Вывод.

Фактически подключение не влияет на работоспособность весов в целом, но показания при разных подключениях имеют небольшое отличие. Тензодатчик можно заставить работать в обоих подключениях. Два других варианта подключения рассматривать не будем, так как показания вольтметра на выходе получаются отрицательными, а соответственно нас не интересуют.

Особенности и принцип действия тензометрических датчиков

Измерение напряжений и усилий в действующих узлах и конструкциях оборудования считается одной из наиболее сложных задач. Между тем в процессе эксплуатации техника подвергается разным видам нагрузок, которые определяют долговечность и надежность оборудования. Решение поставленных задач возможно с помощью тензометрических датчиков. Установка подобных устройств целесообразна тогда, когда в дополнение к производственным факторам добавляются остаточные напряжения, постепенно накапливаемые в ходе работы.

Описание и назначение

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:

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.

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.

Устройство и принцип работы

По типу воздействия на исполнительные элементы конструкции различают тактильные, резистивные, пьезорезонансные, пьезоэлектрические, магнитные и емкостные датчики.

Тактильные

Срабатывают в результате механического действия на чувствительную поверхность. Позволяют устанавливать минимальные деформации, но при неточных настойках могут подавать и ложный сигнал.

Резистивные

Наиболее распространенный тип датчиков. Требуют подключения к слаботочной управляющей цепи, поскольку включают в себя тензорезисторный контур. Надежны при любом состоянии окружающей среды.

Пьезорезонансные

Относятся к устройствам полупроводникового типа, нуждаются в надежном обслуживании и тонкой настройке. Работают по принципу сравнения эталонного сигнала с фактическим.

Пьезоэлектрические

По своему действию подобны измерителям предыдущего типа, но подают сигнал при изменении значений контактных деформаций, прикладываемых к чувствительному элементу.

Магнитные

Изготавливаются из сплавов с переменным значением коэрцитивной силы, используются при измерении усилий в узлах оборудования, работающих в сильных электромагнитных полях.

Емкостные

Предназначены для измерения малых механических напряжений в деталях со сложной конфигурацией, когда изменение длины токопроводящей проволоки изменяет ее электрическую емкость.

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.

Схемы подключения

Конструкции тензометрических датчиков, в частности, их малая жесткость, вынуждают применять особые способы подключения рассматриваемых элементов. Например, участки проволочной решетки в местах возможного изгиба при деформации часто располагаются поперечно к направлению измерений. Они воспринимают составляющие удлинения, действующие именно в этом направлении, и поэтому недостаточно точно реагируют на силы и деформации продольного направления. Отношение чувствительности измерения удлинений в продольном и поперечном направлениях для датчиков проволочного исполнения находятся в пределах от -0,01 до +0,04.

Влияние описанного фактора уменьшается, если для измерения напряжений, крутящих моментов или усилий использовать фольговые силоизмерительные датчики. По аналогии с печатными схемами, измерительная фольговая решетка, которая расположена на пластмассовой подложке, может быть получена в результате травления тонкой металлической фольги. Кроме того, токовая нагрузка на тензометрические датчики фольгового типа больше, чем на проволочные, вследствие чего тепло от фольговых тензометров отводится лучше.

Тензорезисторы часто приклеиваются к исследуемому конструктивному элементу. Клеевое соединение обеспечивает постоянную передачу деформации через подложку на измерительную решетку. Поэтому к клеям предъявляется также и ряд особых требований:

  • Высокое сопротивление ползучести.
  • Отсутствие гистерезиса.
  • Влагостойкость.
  • Адгезионная способность.
  • Температуростойкость.

Наибольшую эксплуатационную надежность проявляют эпоксидные смолы холодного твердения. Для экспериментального определения многосторонней деформации используют розеточную систему данных устройств, которые образуют измерительный мост. При этом образованная схема состоит из не менее, чем четырех закрепленных на подложке датчиков, которые размещаются крестообразно, треугольником, т-образно, в виде звезды. Благодаря многолучевому размещению тензорезисторов их удлинения измеряются в двух, трех или четырех направлениях.

Сферы применения

Кроме определения удлинений, которые вызываются действием внешних нагрузок на конструктивные части оборудования, тензометрические датчики могут применяться для измерения собственных (остаточных) напряжений в момент их релаксации, это явление происходит при высверливании или разрезке некоторых конструктивных деталей и узлов.

Тонкопленочные датчики давления, которые изготавливаются путем осаждения из паровой фазы или распыления, используются для определения усилий, напряжений, крутящих моментов и деформаций в изоляционных элементах, которые размещаются непосредственно на полированных мембранах. Для калибровки резистивных элементов используется лазерная подгонка, повышающая точность замеров. Диффузионные полупроводниковые датчики давления могут проникать в кремниевую чувствительную к давлению диафрагму, и не связаны со свойствами поверхности. Это позволяет использовать их в технологиях миниатюрного тензометрирования.

Основным преимуществом тонкопленочных преобразователей является устранение нестабильности, вызванной клеем.

Технология тонких пленок считается более современной и обеспечивает превосходную стабильность при нулевом температурном режиме и полной чувствительности, а также высокую долговечность.

Часто применяемые условия для использования тензодатчиков перечислены далее.

Измерение веса

Необходимо в системах напольного типа, при помощи которых определяют массу груза. Характеризуются минимальными требованиями к точности монтажа и наладки.

Измерение давления

Используется в технологических линиях обработки металлов давлением. Одновременно производится также измерение рабочих сил и упругих деформаций. Датчики снабжаются силоизмерительным устройством с цифровой индикацией.

Измерение крутящего момента

Применяется для испытательного оборудования станций технического обслуживания автомобильного транспорта.

Определение ускорения

Иногда используется в экспериментальных лабораториях, где занимаются проектированием и испытаниями высокоскоростной рельсовой и безрельсовой техники.

Контроль перемещения

Самые распространенные отрасли применения – сейсмологические станции и фундаменты высокоточного массивного оборудования, преимущественно энергетического.

Плюсы и минусы

Тензорные датчики компактны, удобны при установке, практически не ограничивают работоспособность конструкции, где они установлены. Вместе с тем они часто подвержены эффекту старения, чувствительны к температурным напряжениям и иногда характеризуются повышенным разбросом получаемых данных. Тонкоплёночные тензорезисторы, кроме того, характеризуются низким уровнем выходного сигнала, ограниченными частотными характеристиками и влиянием высокого напряжения на точность получаемых результатов. Чаще других типов применяются в качестве весовых, а также для определения комплекса силовых факторов, постоянно изменяющихся в процессе работы оборудования или конструкции.

Преимущества тензометрических технологий:

  • Быстрое время отклика;
  • Простота компенсации температурных эффектов;
  • Малая чувствительность к динамическим воздействиям.
  • Невозможность обеспечить более низкие диапазоны измерений;
  • Снижение точности показаний при вибрациях;
  • Необходимость точного совмещения с окружающей средой;
  • Сложность первоначальной настройки.

Выпуск современных тензометрических датчиков регламентируется требованиями ГОСТ 21616-91.

Тензометрические датчики (Тензодатчики). Виды и работа. Устройство

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

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

Виды
В разных отраслях промышленности используется множество видов тензометрических датчиков:
  • Приборы, измеряющие силу и нагрузку.
  • Контроль давления.
  • Измерители ускорения.
  • Измерители перемещения.
  • Датчики контроля момента для станков, моторов автомобилей.

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

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

Применяются следующие виды датчиков:
  • Из фольги.
  • Пленочные.
  • Из проволоки.
Датчик из фольги

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

Пленочные датчики

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

Проволочный вариант

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

Принцип действия тензодатчиков

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

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

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

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

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

Принцип действия датчиков силы

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

Работа основывается на изменении деформации в сигнал. В действии происходит много разных явлений, которые обусловили несколько типов тензодатчиков:
  • Тактильные.
  • Резистивные.
  • Пьезорезонансные.
  • Пьезоэлектрические.
  • Магнитные.
  • Емкостные.
Тактильные датчики

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

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

Резистивный тензодатчик

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


1 — Подложка
2 — Чувствительный элемент
3 — Контакты

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

Пьезорезонансный тензодатчик

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

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

Пьезоэлектрические тензометрические датчики

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

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

Такие тензометрические датчики используются для контроля динамических сил.

Магнитные тензометрические датчики

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

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

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

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

Емкостные датчики

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

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

Обычно применяют вариант со сжатием диэлектрика между пластинами.

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

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

Подключение тензодатчиков

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

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

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

Оценка статьи:

Загрузка...Как работает тензодатчик Ссылка на основную публикацию wpDiscuzAdblock
detector

ГОСТ 20420-75 Тензорезисторы Полезная информация о тензорезисторах и тензодатчиках от компании SmS-sensor г. Санкт-Петербург

« Назад

ГОСТ 20420-75 Тензорезисторы  

Тензорезисторы. Термины и определения / Strain gauges. Terms and definitions

ОКСТУ 4279 Дата введения 1976-01-01

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий тензорезисторов. Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, технической и справочной литературе. Приведенные определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ понятий.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных их краткие формы, которые разрешается применять, когда исключена возможность их различного толкования.

В стандарте в качестве справочных приведены иностранные эквиваленты на немецком (D), английском (Е) и французском (F) языках для ряда стандартизованных терминов. В стандарте приведены алфавитные указатели содержащихся в нем терминов на русском языке и их иностранных эквивалентов.

К стандарту дано справочное приложение, содержащее общие понятия, применяемые в тензометрии. Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткие формы - курсивом.

Термин Определение
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
1. Тензорезистивный эффект
Тензоэффект 
D. Tensowiderstandseffekt 
Е. Tensity resistive effect 
F. Effet de tension en resistance 
Свойство проводников и полупроводников изменять электрическое сопротивление при объемном или линейном деформировании
2. Тензорезистор
D. Dehnungsmessstreifen. DMS
E. Resistance strain gauge.
Resistive strain gauge. Strain gauge 
F. Jauge extensometrique . Jauge a fil resistant
(Измененная редакция, Изм. N 3)
Измерительный преобразователь линейной деформации в изменение активного сопротивления, принцип действия которого основан на тензорезистивном эффекте
2а. Приклеиваемый тензорезистор 
Е. Banded strain gauge 
(Введен дополнительно, Изм. N 3)  

Тензорезистор, закрепляемый на поверхности объекта с помощью связующего

 
2б. Привариваемый тензорезистор 
Е. Weldable strain gauge(Введен дополнительно, Изм. N 3)

Тензорезистор с металлической подложкой, закрепляемый на поверхности объекта с помощью точечной или иной сварки

 
3, 4. (Исключены, Изм. N 2)
5. Термокомпенсированный тензорезистор 
D. Temperaturkompensierter DMS 
Е. Temperature compensated strain gauge
F. Jauge a compensation thermique
Тензорезистор, у которого интервал термокомпенсации (22) совпадает с рабочей областью температур
6. Тензотерморезистор Измерительный преобразователь, содержащий тензорезистор и терморезистор, чувствительные элементы которых закреплены на общей подложке
7. Тензорезисторная розетка 
D. DMS-Rosette 
Е. Strain gauge rosette 
F. Rosette
Измерительный преобразователь, содержащий на общей подложке чувствительные элементы тензорезистора, главные оси которых ориентированы под определенными углами друг к другу. 

Примечание. В зависимости от числа и формы чувствительных элементов различают двух-, трех- и четырехэлементные тензорезисторные розетки и мембранные тензорезисторные розетки

7a. Тензорезисторная цепочка
D. DMS-Kette 
Е. Strain gauge chain
Совокупность чувствительных элементов тензорезистора или тензорезисторных розеток, расположенных на общей подложке в определенной последовательности
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ
8. Чувствительный элемент тензорезистора
Чувствительный элемент 
D. Empfindlicher Element. 
Messgitter 
Е. Sensing element. Grid 
F. Element sensible. Grille
Элемент конструкции тензорезистора, преобразующий линейную деформацию в изменение активного сопротивления
9. Вывод тензорезистора
Вывод 
D. Anschluss
Е. Lead 
F. Fil sorti
Элемент конструкции тензорезистора, предназначенный для электрического соединения чувствительного элемента с внешней измерительной цепью
10. Подложка тензорезистора
Подложка 
D.  Trager
Е. Backing. Carrier. Matrix
F. Support
Несущий элемент конструкции тензорезистора, на котором закреплены чувствительный элемент и выводы тензорезистора
11. Связующее тензорезистора
Связующее 
D. Klebstoff 
Е. Adhesive 
F. Adhesif
Материал, используемый для закрепления чувствительного элемента и выводов тензорезистора на подложке или тензорезистора на объекте
12. Защитный элемент тензорезистора 
Защитный элемент 
D. Abdeckung 
Е. Protective element 
F. Element protecteur
Элемент конструкции тензорезистора, закрепленный на подложке поверх чувствительного элемента и предназначенный для его защиты от повреждений
13. Главная ось тензорезистора
Главная ось 
D. Messrichtung des DMS 
Е. Measurement axisF. Axe de mesure de jauge(Измененная редакция, Изм. N 3)
Ось чувствительного элемента тензорезистора, направление которой совпадает с направлением его максимальной чувствительности
13а. Поперечная ось тензорезистора
Поперечная ось 
Е. Transverse axis
(Введен дополнительно, Изм. N 3)
Ось чувствительного элемента тензорезистора, расположенная под углом 90° к главной оси
14. База тензорезистора
База 
D. Aktive Messgitterlange
Е. Active gauge length. Gauge lengthF.
F. Longueur active de la jauge. 
Longueur de la grille 
(Измененная редакция, Изм. N 3)    

Длина активной части чувствительного элемента, определяемая как размер между внутренними краями поперечных участков чувствительного элемента в направлении главной оси. 

Примечание: для тензорезисторов с чувствительным элементом круговой формы (кольцевой, спиральной) данный термин не применяется

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ
15. Начальное сопротивление тензорезистора
Начальное сопротивление 
D. Bezugswiderstand 
Е. Initial gauge resistance 
F. Resistance initiale

Сопротивление установленного тензорезистора при начальных значениях влияющих величин* и деформации

* Здесь и далее термин "влияющая величина" - по ГОСТ 16263-70**

** На территории Россиийской Федерации действуют РМГ 29-99. - Примечание "КОДЕКС".

16. Выходной сигнал тензорезистора
Выходной сигнал 
D. Ausgangssignal 
Е. Output signal 
F. Signal de sortie
Отношение приращения сопротивления тензорезистора, вызванного воздействием деформации или влияющей величины, к его начальному сопротивлению
17. Функция преобразования тензорезистора
Функция преобразования
(Измененная редакция, Изм. N 3)
Зависимость выходного сигнала тензорезистора от деформации при фиксированных значениях влияющих величин
18. Чувствительность тензорезистора
Чувствительность 
D. K-Faktor. Empfindlichkeit 
Е. Gauge factor. Sensitivity
F. Facteur de jauge. Sensibilite 
(Измененная редакция, Изм. N 1, Изм. N 3).
Отношение изменения выходного сигнала тензорезистора к вызвавшему его изменению деформации, направленной вдоль главной оси тензорезистора, при фиксированных значениях влияющих величин
19. (Исключен, Изм. N 3)
20. Поперечная чувствительность тензорезистоpa
Поперечная чувствительность 
D. Querempfindlichkeit 
Е. Transverse sensitivity 
F. Sensibilite transversal 
(Измененная редакция, Изм. N 3)
Отношение изменения выходного сигнала тензорезистора, установленного перпендикулярно к одноосной деформации, к изменению выходного сигнала такого же тензорезистора, установленного параллельно этой деформации, выраженное в процентах
21. Температурная характеристика сопротивления тензорезистора
Температурная характеристика сопротивления 
D. Temperaturgang von DMS. Widerstandstemperaturcharakteristik 
Е. Resistance temperature characteristic
Зависимость выходного сигнала тензорезистора, установленного на свободно расширяющийся образец с заданным коэффициентом линейного расширения, от температуры
22. Интервал термокомпенсации тензорезистора
D.Temperaturkompensationsbereich 
Е.Temperature compensation range 
F.Region a compensation thermique
Интервал в рабочей области температур, в пределах которого значения температурной характеристики сопротивления тензорезистора не выходят за нормированные пределы
23. Дрейф выходного сигнала тензорезистора
Дрейф выходного сигнала 
D. Drift 
Е. Drift
F. Derive
(Измененная редакция, Изм. N 3)
Изменение выходного сигнала тензорезистора во времени при фиксированных значениях влияющих величин и отсутствии деформации тензорезистора
24. Ползучесть тензорезистора
Ползучесть 
D. Kriechen 
Е. Creep 
F. Fluage
Изменение выходного сигнала тензорезистора во времени при фиксированном значении деформации, вызвавшей этот сигнал, и при фиксированных значениях влияющих величин с учетом поправки на дрейф
25. Усталостная характеристика тензорезистора
Усталостная характеристика 
D. Dauerschwingcharakteristik
Е. Fatigue characteristic 
F. Tenue a la fatigue
Зависимость числа симметричных циклов деформирования, при котором происходит отказ установленного тензорезистора от амплитуды деформаций
26. Механический гистерезис тензорезистора
Механический гистерезис 
D. Mechanische Hysterese 
Е. Mechanical hysteresis
Различие между значениями выходного сигнала тензорезистора при возрастании и уменьшении деформации
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ  

База

14

База тензорезистора

14

Вывод

9

Вывод тензорезистора

9

Гистерезис механический

26

Гистерезис тензорезистора механический

26

Дрейф выходного сигнала

23

Дрейф выходного сигнала тензорезистора

23

Интервал термокомпенсации тензорезистора

22

Ось главная

13

Ось поперечная

13а

Ось тензорезистора главная

13

Ось тензорезистора поперечная

13а

Подложка

10

Подложка тензорезистора

10

Ползучесть

24

Ползучесть тензорезистора

24

Розетка тензорезистора

7

Связующее

11

Связующее тензорезистора

11

Сигнал выходной

16

Сигнал тензорезистора выходной

16

Сопротивление начальное

15

Сопротивление тензорезистора начальное

15

Тензорезистор

2

Тензорезистор привариваемый

Тензорезистор приклеиваемый

Тензорезистор термокомпенсированный

5

Тензотерморезистор

6

Тензоэффект

1

Функция преобразования

17

Функция преобразования тензорезистора

17

Характеристика сопротивления температурная

21

Характеристика сопротивления тензорезистора температурная

21

Характеристика тензорезистора усталостная

25

Характеристика усталостная

25

Цепочка тензорезисторная

Чувствительность

18

Чувствительность поперечная

20

Чувствительность тензорезистора

18

Чувствительность тензорезистора поперечная

20

Элемент защитный

12

Элемент тензорезистора защитный

12

Элемент тензорезистора чувствительный

8

Элемент чувствительный

8

Эффект тензорезистивный 

1

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА НЕМЕЦКОМ ЯЗЫКЕ  

Abdeckung

12

Anschluss

9

Ausgangssignal

16

Bezugswiderstand

15

Dauerschwingcharakteristik

25

Dehnungsmessstreifen

2

DMS

2

DMS, temperaturkompensierter

5

Drift

23

Element, empfindlicher

8

Empfindlichkeit

18

Hysterese, mechanische

26

Kette-DMS

K-Faktor

18

Klebstoff

11

Kriechen

24

Messgitter

8

Messgitterlange, aktive

14

Messrichtung des DMS

13

Querempfindlichkeit

20

Rosette-DMS

7

Temperaturgang von DMS

21

Temperaturkompensationsbereich 

22

Tensowiderstandseffekt

1

Trager

10

Widerstandstemperaturcharakteristik

21

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ

Adhesive

11

Backing

10

Carrier

10

Chain, strain gauge

Characteristic, fatigue

25

Characteristic, temperature, resistance

21

Creep

24

Drift

23

Effect, resistive, tensity

1

Element, protective

12

Element sensing

8

Hysteresis, mechanical

26

Grid

8

Gauge factor. Sensitivity

18

Gauge length

14

Lead

9

Length, gauge, active

14

Matrix

10

Measurement axiы

13

Range, compensation, temperature

22

Resistance, gauge, initial

15

Rosette, strain gauge

7

Sensitivity

18

Signal, output

16

Strain gauge

2

Strain gauge, bonded 

Strain gauge, resistance

2

Strain gauge, resistive 

2

Strain gauge, temperature compensated   

5

Strain gauge, weldable

Transverse axis

13a

Transverse sensitivity

20

 АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ НА ФРАНЦУЗСКОМ ЯЗЫКЕ  

Adhesif

11

Axe de mesure de jauge

13

Derive

23

Effet de tension en resistance

1

Element protecteur

12

Element sensible

8

Facteur de jauge

18

Fil sorti

9

Fluage

24

Grille

8

Jauge a compensation thermique

5

Jauge a fil resistant

2

Jauge extensomertique

2

Longueur active de la jauge

14

Longueur de la grille

14

Region a compensation thermique

22

Resistance initiale

15

Rosette

7

Sensibilite

18

Sensibilite transversal

20

Signal de sortie

16

Support

10

Tenue a la fatigue

25

ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ТЕНЗОМЕТРИИ  

Термин

Определение

1. Тип тензорезистора 
Тип
D. DMS-Typ
Е. Type
F. Туре

Тензорезисторы, обладающие номинально одинаковым комплексом конструкционно-технологических и метрологических свойств и характеристик

2. Типоразмер тензорезистора 
Типоразмер

Тензорезисторы одного типа, имеющие одинаковую номинальную базу и одинаковое номинальное сопротивление

3. Партия тензорезисторов 
Партия
D. DMS-Los 
Е. Bath     

Совокупность тензорезисторов одного типоразмера, изготовленных одним непрерывным технологическим запуском из тензорезисторного материала одной плавки, подвергнутого одинаковой механической и термической обработке

4. Группа тензорезисторов 
Группа     

Е. Group

Совокупность тензорезисторов одной партии, разность между индивидуальными значениями одной или нескольких заданных характеристик которых не превышает нормированной величины

5. Тензорезистивный материал
Е. Strain-sensing material

Материал, обладающий комплексом свойств, необходимых для изготовления чувствительного элемента тензорезистора, например, тензорезистивная проволока, тензорезистивная фольга и др.

6. (Исключен, Изм. N 1).

 

7. Предельная деформация тензорезистора 
Предельная деформация
D. Maximale Dehnbarkeit
E. Strain limit

Наибольшая деформация, при воздействии которой значения функции преобразования тензорезистора находятся в нормированных пределах

(Измененная редакция, Изм. N 2, Изм. N 3).

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 16 января 1975 г. N 79 срок введения установлен с 01.01.76. ПРОВЕРЕН в 1980 г. * ПЕРЕИЗДАНИЕ (май 1987 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в сентябре 1980 г., мае 1986 г. (ИУС 12-80, 8-86). ВНЕСЕНО Изменение N 3, утвержденное и введенное в действие Постановлением Комитета стандартизации и метрологии СССР от 09.07.91 N 1233 с 01.01.92. Изменение N 3 внесено юридическим бюро "Кодекс" по тексту ИУС N 10, 1991 год. 

Текст документа сверен по: официальное издание, издательство стандартов, 1987

Тензодатчик

: принцип, типы, характеристики и применение

Тензодатчики

- важные геотехнические инструменты, которые измеряют деформации в подземных полостях, туннелях, зданиях, бетоне, каменных дамбах, мостах, заделках в почве / бетоне. и т. д. Основная цель тензодатчика - косвенно количественно определять напряжение и его изменение во времени. Изменение напряжения определяется путем умножения измеренной деформации на модуль упругости.

Что ж, если вы не уверены в тензодатчиках, вот все, что вам нужно об этом знать.Мы рассмотрели его принципы работы, характеристики, особенности, а также области применения.

Что такое тензодатчик?

Прежде чем мы перейдем к более технической части прибора, давайте сначала четко определим тензодатчик.

ТензомерStrain Gage измеряет деформацию (степень сжатия, а также расширение, вызванное внешними силами) любого объекта. Тензодатчик был изобретен в 1938 году Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром Руге.

Любой базовый тензодатчик состоит из изолирующей гибкой основы, которая поддерживает узор из металлической фольги.Датчик прикрепляется к объекту, находящемуся под напряжением, с помощью клея. Деформация объекта также приводит к искажению фольги, что в конечном итоге приводит к изменению удельного электрического сопротивления фольги.

Это изменение удельного сопротивления измеряется мостом Уитстона, который связан с деформацией величиной, называемой калибровочным коэффициентом.

Типы тензодатчиков

- модели Encardio-rite

Если вам интересно, какие бывают типы тензодатчиков, у нас есть для вас ответ. Encardio-rite в первую очередь имеет дело с пятью различными типами тензодатчиков.Давайте рассмотрим их подробнее.

Модель EDS-11V / Герметичный тензодатчик с вибрирующей проволокой

Тензомер модели EDS-11V подходит для заделки в грунт или бетон или для поверхностного монтажа путем сварки на стальных конструкциях. Он предоставляет важные количественные данные о величине и распределении деформации сжатия и растяжения и ее изменениях во времени.

Тензомер Encardio-rite включает новейшую технологию вибрирующей проволоки для удаленного цифрового считывания деформации сжатия и растяжения в плотинах, мостах, подземных полостях, туннелях, шахтах, стальных конструкциях и других областях применения тензодатчиков, где требуется измерение деформации. .

Долговременная стабильность достигается за счет циклического изменения температуры и нагрузки, уникального метода зажима проволоки путем создания вакуума 1/1000 Торр внутри датчика с помощью электронно-лучевой сварки. В результате полностью исключается влияние окисления, влаги, условий окружающей среды и любого проникновения воды.

Принцип работы тензодатчика
(герметичная вибрирующая проволока)

Измеритель деформации вибрирующей проволоки Encardio-rite в основном состоит из магнитной натянутой проволоки с высокой прочностью на разрыв, один конец которой закреплен, а другой конец смещен пропорционально изменению деформации.

Любое изменение деформации напрямую влияет на натяжение проволоки, что приводит к соответствующему изменению частоты вибрации проволоки. Резонансная частота, с которой колеблется провод, считывается блоком считывания. Напряжение пропорционально квадрату частоты, и устройство считывания может отображать это непосредственно в деформациях.

Характеристики герметичного тензодатчика с вибрирующей проволокой
  1. Тензодатчик точный, прочный и недорогой
  2. Обеспечивает долгосрочную стабильность и высокую надежность.
  3. Герметично запечатан под вакуумом 0.001 Торр
  4. Тензодатчик изготовлен из нержавеющей стали
  5. Не требует специального монтажа и обслуживания
  6. Вместе с тензодатчиком доступен широкий спектр принадлежностей
  7. Термистор доступен для температурной коррекции
  8. Дистанционное цифровое считывание для измерения деформации
  9. Простота регистрации данных
Применение герметичного тензодатчика с вибрирующей проволокой

Существует общий вопрос о том, для чего используются тензодатчики, и вот ответ для вас.

Это основная область применения тензодатчика:

  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 бетонных и каменных плотинах Испытания звеньев
  4. Контроль напряжений в напорных валах

Модель EDS-12V / Измеритель деформации стержня с вибрирующей проволокой

Encardio-rite models EDS-12V / EDS-12V-EX тензометры с вибрирующими проволочными стержнями специально разработаны для встраивания в бетонные конструкции.Они идеально подходят для измерения деформации в бетонных конструкциях, таких как сваи, мембранные / гидроизоляционные стены, опоры мостов, облицовка туннелей, плотины, фундаменты и т. Д.

Характеристики тензометрического измерителя с вибрирующей проволокой
  1. Подходит для длительного монтажа
  2. Простота установки и водонепроницаемость
  3. Возможны надежные и точные измерения
  4. Полностью герметизирован для защиты от повреждений при транспортировке и установке
  5. Прочная конструкция
Области применения тензометра с вибрирующей проволокой
  1. Подходит для измерения деформации в железобетонных конструкциях
  2. Измерение деформации бетонных свай и бетонных свай.
  3. Измерение деформации в стенках суспензии диафрагмы
  4. Датчик деформации модели EDS-12V используется в футеровке туннелей, плотинах и опорах мостов.
  5. Обеспечивает надежные показания с высоким разрешением

Модель EDS-20V-Series / Тензорезистор с вибропроводом

Вибрационный тензодатчик

представлен в серии трех различных моделей:

EDS-20V-AW / Дуговой тензодатчик

Модель EDS-20V-AW в основном состоит из двух концевых частей, соединенных трубкой, в которую входит отрезок магнитного натянутого провода с высокой прочностью на растяжение.Проволока запаяна в трубке с помощью набора двойных уплотнительных колец, закрепленных на каждом конце. Двойные кольцевые уплотнения обеспечивают надежную защиту тензодатчика от проникновения воды. Дополнительная гидроизоляция тензорезистора обеспечивается термоусаживаемой трубкой для предотвращения попадания воды.

Трубка сплющена посередине для размещения узла датчика в сужении. Датчик является неотъемлемой частью тензодатчика. Тензодатчик лучше подходит для мест, подверженных воздействию капель или проточной воды или которые могут погружаться в воду.

Для установки тензодатчика два кольцевых монтажных блока точно позиционируются и выравниваются с помощью монтажного приспособления и манекена и привариваются к конструкции. Затем фиктивный манометр заменяется настоящим тензодатчиком и фиксируется парой установочных винтов на каждом блоке.

Предлагаются кольцевые монтажные блоки из армированных стержней для поверхностного монтажа тензодатчика на бетонную конструкцию.

EDS-20V-E / Тензодатчик

Вибрационный тензодатчик модели

ЭДС-20В-Э предназначен для измерения деформации в подземных полостях, туннелях, зданиях, бетонных и каменных дамбах и т. Д.Тензодатчик подходит для заделки в грунт или бетон.

Встраиваемый тензодатчик похож на тензодатчик, свариваемый дуговой сваркой, за исключением того, что монтажные блоки заменены фланцами из нержавеющей стали.

EDS-20V-SW / Точечный тензодатчик

Итак, как работает тензодатчик?

Язычок из фольги из нержавеющей стали, прикрепленный к каждому торцевому блоку, позволяет приваривать манометр или закреплять на месте эпоксидной смолой. Датчик предварительно натянут небольшой пружиной сжатия.Начальное натяжение может быть установлено во время установки, обеспечивая максимальный диапазон растяжения или сжатия по мере необходимости. Гараж предназначен для использования только на ровных поверхностях.

Как работает тензодатчик?

Тензодатчик зависит от удельного электрического сопротивления любого проводника. Сопротивление в любом проводящем устройстве зависит от его длины, а также от площади поперечного сечения.

Когда внешняя сила изменяет физические параметры объекта, его удельное электрическое сопротивление также изменяется.Датчик деформации измеряет эту деформацию с помощью формулы калибровочного фактора.

Вот как работает тензодатчик!

Каков принцип работы тензодатчика?

Каждый раз, когда внешняя сила сжатия или расширения увеличивается или уменьшается на каком-либо объекте, его удельное электрическое сопротивление также увеличивается или уменьшается пропорционально.

Измерительный коэффициент тензодатчика - это коэффициент чувствительности тензодатчиков, который определяется по формуле:

.

GF = [ΔR / (RG * ε)]

где,

ΔR = Изменение сопротивления, вызванное деформацией

RG = сопротивление недеформированного датчика

ε = деформация

Толщина 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.

Характеристики тензодатчика

Вот все характеристики тензодатчика, которые необходимы для точного функционирования прибора.

Длина колеи

Невозможно измерить нелинейные поля деформации без внесения некоторой степени погрешности, потому что деформации не могут быть измерены в точке с помощью любого типа датчика.

В таких случаях погрешность зависит от длины колеи и ширины колеи. Размер датчика механического тензодатчика рассчитывается по расстоянию между двумя лезвиями, контактирующими с образцом, и по ширине подвижного лезвия.

Чувствительность датчика

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

Выбор датчика сильно зависит от требуемой степени чувствительности, и довольно часто выбор датчика с очень высокой чувствительностью увеличивает сложность метода измерения.

Диапазон

Следующей характеристикой тензодатчика является его диапазон. Диапазон представляет собой максимальную деформацию, которую можно зарегистрировать без сброса или замены тензодатчиков.

Кроме того, диапазон и чувствительность взаимосвязаны, поскольку высокочувствительный датчик реагирует на небольшие деформации отклонениями индикатора, а диапазон обычно ограничивается полным отклонением индикатора.

Точность

В механическом тензорезисторе неточности могут быть результатом потери хода, например, люфта зубчатой ​​передачи, трения, изменений температуры и износа механизма, проскальзывания, изгиба или прогиба компонентов.

Реальные применения тензодатчика

Область применения тензодатчиков в реальной жизни безгранична. Его можно использовать для проверки деформаций в различных конструкциях, таких как высотные здания, подземные коридоры метро, ​​мосты, плотины, глубокие коттеджи, железнодорожные пути и т. Д.

Вот некоторые практические применения тензодатчиков:

Аэрокосмическая промышленность

Давайте поговорим о применении тензодатчиков в авиакосмической отрасли.

Тензодатчики крепятся к несущим конструктивным элементам для измерения напряжений вдоль путей нагружения при прогибе или деформации крыла в самолете.

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

Кабельные мосты

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

Хорошо оборудованные мосты могут предупреждать ответственные органы о приближающемся отказе, чтобы предпринять превентивные меры. Выбор подходящих типов датчиков, технологии, диапазона измерения и их расположения на мосту очень важен для оптимизации затрат и получения всех преимуществ от измерительных приборов.

Становится необходимым регулярно контролировать мосты на предмет деформации любого вида, так как это может привести к несчастному случаю со смертельным исходом. Это требует применения тензодатчиков в инженерной сфере.

Тензометрический датчик используется для мониторинга огромных мостов в режиме реального времени, что делает контроль точным.

Например, мост Ямуна в Аллахабад-Найни представляет собой вантовый мост длиной 630 м через реку Ямуна. Мост оборудован множеством измерительных каналов, которые определяют скорость ветра и натяжение его тросов.

Мониторинг рельсов

Тензодатчики

имеют долгую историю обеспечения безопасности рельсов. Он используется для измерения напряжения и деформации рельсов. Тензодатчики измеряют осевое растяжение или сжатие без воздействия на рельсы.В случае возникновения чрезвычайной ситуации тензодатчики могут выдавать предупреждение, поэтому обслуживание может быть выполнено на ранней стадии, чтобы минимизировать воздействие на железнодорожное движение.

Измерение крутящего момента и мощности вращающегося оборудования

Тензодатчики могут измерять крутящий момент, прилагаемый двигателем, турбиной или двигателем к вентиляторам, генераторам, колесам или гребным винтам. Вы найдете такое оборудование на электростанциях, кораблях, нефтеперерабатывающих заводах, автомобилях и в промышленности.

Ограничения тензодатчика

Тензодатчики

- довольно надежные и широко используемые чувствительные элементы, применяемые в области геотехнического приборостроения.Однако есть очень незначительные ограничения, о которых вы можете упомянуть, когда дело касается недостатков.

Каждая модель тензодатчика имеет ограничения по усталости, температуре, величине деформации и среде измерения. Однако с полным ассортиментом Encardio-rite вы можете легко изучить характеристики и характеристики тензодатчика и использовать его по своему усмотрению.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли использовать тензодатчики многоразового использования?

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

Почему для измерения деформации используется мост Уитстона?

Не всегда необходимо использовать схему моста Уитстона для измерения электрического сопротивления. Основным преимуществом четырехпроводной схемы с сопротивлением Ом является то, что подводящие провода не влияют на значения, поскольку напряжение регистрируется непосредственно на элементе тензодатчика.

Какие бывают типы тензодатчиков?

Encardio-rite предлагает множество марок и моделей тензодатчиков, в том числе:

Герметичный тензодатчик с вибрирующей проволокой, модель EDS-11V

Измеритель деформации стержня с вибрирующей проволокой EDS-12V модели

Модель EDS-20V-AW Тензомер с вибрирующей проволокой для дуговой сварки

Тензодатчик модели EDS-20V-E с вибрирующей проволокой

Тензодатчик модели EDS-20V SW с вибрирующей проволокой для точечной сварки

Датчик деформации бетонной заливки модели EDS-21V

В каких единицах измеряется деформация?

Единица измерения деформации в СИ (Système International) - «единица» i.е. 1 ε = 1 = 1 м / м. На практике «единица» деформации называется «деформацией» и используется символ е.

Что такое стресс?

Это мера внутреннего давления на объект, когда на него действует внешняя сила. Чем больше сила или 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.

S = Δx / X

Где,

S = деформация (без единицы измерения)

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

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

Что такое штамм?

Степень деформации объекта называется деформацией.Штаммы могут быть разные.

Определяется как изменение длины, создаваемое силой, деленное на исходную длину материала.

Напряжение обозначено σ. Он представлен как Н / м2.

Формула напряжения сформулирована как

σ = F / A

Где,

F = приложенная сила

A = Площадь, на которую действует сила

Речь идет о тензодатчиках, и, если у вас возникнут дополнительные вопросы, сообщите нам об этом в комментариях ниже.

Принцип работы, характеристики и применение

Тензодатчик был изобретен Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром Руге в 1938 году. Это изобретение привело к измерению значительного напряжения в различных конструкциях. Тензодатчик - это тип датчика, который используется в самых разных приложениях для измерения деформации объекта. Это важный геотехнический инструмент, который определяет деформации в различных конструкциях, таких как туннели, подземные полости, здания, мосты, бетон, каменные дамбы, заделки в почве / бетоне и т. Д.Вот все, что читатель может знать о тензодатчиках, включая принцип работы, характеристики и применение.


Что такое тензодатчик?

Определение: Тензодатчик - одно из обязательных устройств, используемых в области геотехники для измерения деформации различных конструкций. Применение внешней силы приведет к изменению сопротивления тензодатчика.

тензодатчик

Базовая конструкция датчика имеет изолирующую гибкую основу для поддержки структуры из металлической фольги.Эта металлическая катушка приклеивается к тонкой подложке, называемой держателем, и вся установка крепится к объекту с помощью подходящего клея. Поскольку объект деформируется под действием силы, давления, веса, натяжения и т. Д., Электрическое сопротивление фольги изменяется. Мост Уитстона измеряет изменение удельного сопротивления, которое связано с деформацией, с помощью величины, известной как калибровочный коэффициент.


тензометрический образец-диаграмма

Небольшие изменения сопротивления датчика измеряются с использованием концепции моста Уитстона.На рисунке ниже показан общий мост Уитстона, который имеет четыре резистивных плеча и напряжение возбуждения V EX .

Мост Уитстона

Мост Уитстона имеет две параллельные цепи делителя напряжения. R1 и R2 образуют одну цепь делителя напряжения, R3 и R4 образуют вторую цепь делителя напряжения. Выходное напряжение VO определяется по формуле:

Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * V EX

Если R1 / R2 = R4 / R3, то выход напряжение равно нулю, и мост называется балансным.

Небольшое изменение сопротивления приводит к ненулевому выходному напряжению. Если «R4» заменить тензодатчиком, и любые изменения сопротивления тензодатчика приведут к разбалансировке моста и появлению ненулевого напряжения.

Измерительный коэффициент тензодатчика

Измерительный коэффициент GF задается как

GF = (∆R⁄RG) / ∈

Где

'ΔR' - изменение сопротивления из-за деформации

' RG '- сопротивление недеформированной толщины

' ε '- деформация

Толщина обычной металлической фольги составляет около 2.Выходное напряжение датчика SV моста Уитстона определяется как:

SV = EV (GF.∈) / 4

Где EV - напряжение возбуждения моста

Тензодатчик Рабочий

Функционирование тензодатчика полностью зависит от удельного электрического сопротивления объекта / проводника. Когда объект растягивается в пределах своей эластичности и не ломается или не изгибается постоянно, он становится тоньше и длиннее, что приводит к высокому электрическому сопротивлению. Если объект сжимается и не деформируется, а расширяется и укорачивается, это приводит к снижению электрического сопротивления.Значения, полученные после измерения электрического сопротивления манометром, помогают понять количество вызванного напряжением.

Напряжение возбуждения подается на входные клеммы измерительной сети, а выходное напряжение считывается на выходных клеммах. Обычно они подключены к нагрузке и могут оставаться стабильными в течение более длительных периодов времени, иногда десятилетий. Клей, используемый для манометров, зависит от продолжительности работы системы измерения - цианоакрилатный клей подходит для краткосрочных измерений, а эпоксидный клей - для долгосрочных измерений.

Принцип работы тензодатчика

Как мы знаем, сопротивление напрямую зависит от длины и площади поперечного сечения проводника, что определяется выражением R = L / A

Где,

'R' = Сопротивление

'L' = длина

'A' = площадь поперечного сечения

Очевидно, что длина проводника изменяется с изменением размера и формы проводника, что в конечном итоге приводит к изменению площади поперечного сечения и сопротивления .

Любой нормальный калибр имеет длинную и тонкую проводящую полосу, расположенную зигзагообразно из параллельных линий.Цель этого зигзагообразного выравнивания - с большой точностью уточнить небольшое напряжение, которое возникает между параллельными линиями. Напряжение определяется как сила сопротивления объекта.

Розетки для тензодатчиков

Два или более датчика, расположенных близко друг к другу в виде розетки, для измерения количества компонентов и точной оценки деформации на поверхности, известны как розетки для тензодатчиков. Иллюстрация представлена ​​на рисунке ниже.

тензометрические розетки

тензометрические датчики веса

Эти датчики веса чаще всего используются в промышленности.Он очень точный и экономичный. По сути, датчик нагрузки состоит из металлического корпуса, на котором прикреплены тензодатчики. Чтобы металлический корпус был прочным и менее эластичным, в конструкции используются легированная сталь, алюминий или нержавеющая сталь.

Когда к весоизмерительному датчику прилагается внешняя сила, он слегка деформируется, и, если он не перегружен, он возвращается к своей исходной форме.

Если датчик веса деформируется, датчик изменяет форму, вызывая изменение электрического сопротивления датчика, который, в свою очередь, измеряет напряжение.

Существуют распространенные типы тензодатчиков, которые включают изгибающую балку, блинчик, датчик нагрузки с одноточечной поперечной балкой, двухстороннюю поперечную балку, зажимы для троса и т. Д.

Характеристики тензодатчиков

Важными характеристиками тензодатчиков являются:

  • Они подходят для более длительных периодов с определенными мерами предосторожности
  • Они обеспечивают точные значения с изменением температуры и других факторов
  • Они просты в изготовлении, потому что простых компонентов
  • Они просты в обслуживании и имеют длительный срок службы.
  • Они полностью герметичны для защиты от повреждений, таких как обращение и установка. область геотехнической инженерии для мониторинга таких конструкций, как плотины, туннели и т. д.постоянно и заблаговременно избегать несчастных случаев. Некоторые из областей применения тензодатчиков:

    • Мониторинг рельсов
    • Кабельные мосты
    • Аэрокосмическая промышленность
    • Атомные электростанции

    Часто задаваемые вопросы

    1). Какая чувствительность тензодатчика?

    Напряжение течения зависит от скорости деформации. Кроме того, скорость деформации зависит от размера зерна объекта или рабочего материала. Он определяется как отношение изменения напряжения течения к изменению деформации.

    2). Что такое единица деформации?

    Деформация - безразмерная величина. Однако скорость деформации обратно пропорциональна времени, а единица СИ обратно пропорциональна секундам (с-1).

    3). Как выбрать тензодатчик?

    Выбирается на основе типа приложений и других связанных элементов. Например -

    • На основе измерительной длины и сопротивления
    • На основе затрат на рабочую силу
    • На основе материала и среды измерения

    4).Почему мост Уитстона используется для тензодатчика?

    Мост Уитстона может измерять выходное напряжение в милливольтах. Для тензодатчика со встроенным тензодатчиком изменение сопротивления можно измерить, когда он подключен к электрической цепи (мост Уитстона), которая измеряет незначительное изменение сопротивления. Когда выходное напряжение на мосту Уитстона становится отличным от нуля, схема теряет равновесие и помогает определить нагрузку на объект.

    5). Как установить тензодатчики?

    Вот шаги по установке тензодатчика

    Таким образом, в этой статье дается подробное описание тензодатчика, принцип работы, коэффициент измерения, характеристики и области применения.Помимо этого, корреляция цифровых изображений (DIC) - это метод, используемый в настоящее время для измерения деформации. Он используется во многих отраслях из-за точности и в качестве замены традиционных типов датчиков, таких как акселерометры, струнные потенциометры, LVDT и многие другие. Вот вам вопрос, какова основная функция тензодатчика?

    Что такое тензодатчик?

    Введение в тензодатчики

    Тензодатчик (иногда называемый тензодатчиком) - 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 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.

    Напряжение тела всегда вызвано внешним или внутренним воздействием. Деформация может быть вызвана силами, давлением, 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, смещений, вибраций и других.Преобразователь обычно содержит чувствительную к давлению диафрагму с прикрепленными к ней тензодатчиками.

    Узнайте больше о единицах измерения деформации и истории измерительных датчиков.

    Подробнее о тензодатчиках

    Прецизионные тензодатчики общего назначения


    Прецизионные тензодатчики общего назначения - это тензодатчики с корпусом из константановой фольги, предлагаемые в широком спектре 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 конфигурациях, схемах с двойной параллельной сеткой, тройниковых розетках (0/90 °), прямоугольных или дельтовидных (45 ° или 60 °), штабелированных или плоских розетках и схемах сдвига.

    Тензодатчики качества преобразователя


    Тензодатчики уровня 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 деформаций.

    Тензорезисторы Karma



    Рекомендации по выбору тензодатчиков


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

    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 сложно 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


    Первый тензодатчик с металлической проволокой был разработан в 1938 году. Тензорезистор с металлической фольгой состоит из сетки из проволочной нити (резистора) приблизительно 0 Ом.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 адгезивный связующий агент должны работать вместе, передавая напряжение, в то время как адгезив 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

    Предварительно смонтированные тензодатчики
    Прецизионные манометры с присоединенным изолированным проводом длиной 1 м или 3 м для упрощения 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.

    Часто задаваемые вопросы

    Цепи тензодатчиков


    Чтобы измерить деформацию 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 1 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 на заказ


    OMEGA может изготовить тензодатчики на заказ.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 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 для пайки или обеспечьте дополнительные точки подключения
    • Выполните обрезку определенного размера или формы для устранения препятствий
    Мы можем предоставить индивидуальные характеристики 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 OMEGA свой индивидуальный 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.

    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, давлением, 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, смещений, 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 деформаций.

    СООБРАЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ ДАТЧИКА
    1. Длина манометра
    2. Количество датчиков в шаблоне шаблона
    3. Расположение калибров по типу калибра
    4. Сопротивление сети
    5. Чувствительный к деформации сплав
    6. Несущий материал
    7. Ширина колеи
    8. Тип вкладыша под пайку
    9. Конфигурация выступа под пайку
    10. Наличие

    Тензодатчики Karma
    Компания 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 преобразователя. 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 сложно 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 с нулевым сопротивлением.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 адгезивный связующий агент должны работать вместе, передавая напряжение, в то время как адгезив 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

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

    Учить больше

    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.

    Учить больше

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

    Учить больше

    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 изготавливать 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 пользовательского шаблона размера
    • Поместите несколько манометров на общий держатель
    • Обеспечьте нестандартную длину вывода
    • Использовать нестандартный материал
    • Переставьте контактные площадки для пайки или обеспечьте дополнительные точки подключения
    • Выполните обрезку определенного размера или формы для устранения препятствий

    Мы можем предоставить индивидуальные характеристики 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 OMEGA свой индивидуальный 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.

    Техническое обучение Техническое обучение Просмотреть эту страницу на другом языке или в другом регионе

    Измерение деформации тензодатчиками

    Деформацию можно измерить несколькими методами, но наиболее распространенным является тензодатчик.Электрическое сопротивление тензодатчика изменяется пропорционально величине напряжения в устройстве. Самым распространенным тензодатчиком является металлический тензодатчик. Металлический тензодатчик состоит из очень тонкой проволоки или, чаще, металлической фольги, расположенной в виде сетки. Сетчатый рисунок максимизирует количество металлической проволоки или фольги, подверженной деформации в параллельном направлении. Сетка приклеивается к тонкой подложке, называемой держателем, которая прикрепляется непосредственно к образцу для испытаний. Таким образом, напряжение, испытываемое испытуемым образцом, передается непосредственно на тензодатчик, который реагирует линейным изменением электрического сопротивления.

    Рис. 3. Электрическое сопротивление металлической сетки изменяется пропорционально величине деформации, испытываемой испытываемым образцом.

    Основным параметром тензорезистора является его чувствительность к деформации, количественно выражаемая как коэффициент измерения (GF). GF - это отношение частичного изменения электрического сопротивления к частичному изменению длины или деформации:

    GF для металлических тензодатчиков обычно составляет около 2.Фактический GF конкретного тензодатчика можно получить у поставщика датчика или в документации на датчик.

    На практике измерения деформации редко включают величины, превышающие несколько миллиштренов (например, 10 -3 ). Следовательно, чтобы измерить деформацию, вы должны точно измерить очень небольшие изменения сопротивления. Например, предположим, что испытуемый образец подвергается деформации в 500 мэ. Тензорезистор с GF 2 показывает изменение электрического сопротивления всего на 2 (500 x 10 -6 ) = 0.1%. Для манометра на 120 Ом это изменение составляет всего 0,12 Ом.

    Для измерения таких небольших изменений сопротивления конфигурации тензодатчиков основаны на концепции моста Уитстона. Общий мост Уитстона, показанный на рисунке 4, представляет собой сеть из четырех резистивных плеч с напряжением возбуждения V EX , которое прикладывается к мосту.

    Рисунок 4. Тензорезисторы сконфигурированы в схемах моста Уитстона для обнаружения небольших изменений сопротивления.

    Мост Уитстона является электрическим эквивалентом двух параллельных цепей делителя напряжения. R 1 и R 2 составляют одну цепь делителя напряжения, а R 4 и R 3 составляют вторую цепь делителя напряжения. Выходной сигнал моста Уитстона, Vo , измеряется между средними узлами двух делителей напряжения.

    Из этого уравнения видно, что когда R 1 / R 2 = R 4 / R 3 , выходное напряжение В O равно нулю.В этих условиях считается, что мост уравновешен. Любое изменение сопротивления в любом плече моста приводит к ненулевому выходному напряжению. Следовательно, если вы замените R 4 на рисунке 4 активным тензодатчиком, любые изменения в сопротивлении тензодатчика приведут к дисбалансу моста и получению ненулевого выходного напряжения, которое является функцией деформации.

    Полупроводниковый тензодатчик

    - обзор

    В тензорезистивном тензорезисторе используется резистивный элемент, длина которого изменяется, следовательно, сопротивление, поскольку сила, приложенная к основанию, на котором он установлен, вызывает растяжение или сжатие.Это, пожалуй, самый известный преобразователь силы в электрическую переменную.

    В этом выражении безразмерная величина ΔL / L является мерой силы, приложенной к проволоке, и выражается в микродеформации (1 μ ε = 10 −6 см / см), что аналогично частям: на миллион (ppm).

    Этот тензодатчик обычно устанавливается так, чтобы как можно больше длины проводника было выровнено в направлении измеряемого напряжения, т.е.е., продольно. Подводящие провода прикрепляются к основанию и выводятся для соединения. Связанные устройства значительно более практичны и используются гораздо шире, чем вышеупомянутые несвязанные устройства.

    Измерители с проволочными чувствительными элементами представляют небольшую площадь поверхности для образца; это снижает токи утечки при высоких температурах и допускает более высокие потенциалы изоляции между чувствительным элементом и образцом. С другой стороны, чувствительные элементы из фольги имеют большое отношение площади поверхности к площади поперечного сечения и более устойчивы при экстремальных температурах и длительной нагрузке.Большая площадь поверхности и тонкое поперечное сечение также позволяют устройству следить за температурой образца и облегчают рассеяние самоиндуцированного тепла.

    Полупроводниковые тензодатчики

    Полупроводниковые тензодатчики используют пьезорезистивный эффект в некоторых полупроводниковых материалах, таких как кремний и германий, для получения большей чувствительности и более высокого уровня выходного сигнала.

    Полупроводниковые манометры могут изготавливаться с положительными или отрицательными изменениями при деформации.Их можно сделать физически маленькими, сохраняя при этом высокое номинальное сопротивление.

    Полупроводниковые тензодатчики могут иметь в 30 раз большую чувствительность, чем мосты, в которых используются металлические пленки, но они чувствительны к температуре и их трудно компенсировать. Их изменение сопротивления при деформации также нелинейно. Они не так широко используются, как более стабильные металлопленочные устройства для точной работы; однако там, где важна чувствительность, а колебания температуры невелики, они могут иметь некоторое преимущество.

    Приборы аналогичны инструментам для металлопленочных мостовидных протезов, но менее важны из-за более высоких уровней сигнала и пониженной точности преобразователя. На рис. 4-26 показаны относительные характеристики металлических и полупроводниковых тензорезисторов.

    Рисунок 4-26. Сравнение тензодатчиков металлического и полупроводникового типа.

    Пьезоэлектрические преобразователи силы используются там, где измеряемые силы являются динамическими (т.е. непрерывно изменяются в течение интересующего периода - обычно порядка миллисекунд).Эти устройства используют эффект изменения заряда определенных материалов, когда они подвергаются физическим нагрузкам. Фактически, пьезоэлектрические преобразователи представляют собой преобразователи смещения с довольно большими выходами заряда для очень малых смещений, но они неизменно используются в качестве преобразователей силы при условии, что в упругом материале смещение пропорционально силе. Пьезоэлектрические устройства создают значительное выходное напряжение в таких приборах, как акселерометры для исследования вибрации.Формирование выходного сигнала пьезоэлектрического датчика обсуждается в Разделе 4-4 этой главы.

    Тензодатчики могут использоваться для измерения силы, как показано на рис. 4-27, где консольная балка слегка отклоняется под действием приложенной силы. Для измерения изгиба балки используются четыре тензодатчика: два сверху и два снизу. Датчики соединены по схеме четырехэлементного моста. Напомним из Раздела 4-2, что эта конфигурация дает максимальную чувствительность и по своей сути линейна.Эта конфигурация также предлагает коррекцию первого порядка для температурного дрейфа в отдельных тензодатчиках.

    Рисунок 4-27. Датчик силы луча с использованием тензометрического моста

    Тензодатчики

    - это устройства с низким импедансом, следовательно, они требуют значительной мощности возбуждения для получения разумных уровней выходного напряжения. Типичный мост с тензодатчиками на основе тензодатчиков будет иметь импеданс 350 Ом и определен как имеющий чувствительность в диапазоне от 3 мВ до 10 мВ полной шкалы на вольт возбуждения.

    Датчик веса состоит из четырех отдельных тензодатчиков, расположенных в виде моста, как показано на Рисунке 4-28. Для напряжения возбуждения моста 10 В с номинальным значением 3 мВ / В при полной нагрузке будет доступно 30 мВ сигнала.

    Рисунок 4-28. Датчик нагрузки, состоящий из четырех тензодатчиков, показан в физическом (вверху) и электрическом (внизу) представлениях

    Хотя увеличение мощности привода моста может увеличить выходную мощность, эффекты самонагрева являются значительным ограничением этого подхода - они могут вызывать ошибочные показания или даже разрушение устройства.Одним из способов обойти это ограничение является использование импульсного управляющего сигнала с малой скважностью для возбуждения.

    Многие весоизмерительные ячейки имеют соединения ± «SENSE», как показано, чтобы электроника формирования сигнала могла компенсировать падения постоянного тока в проводах (измерение Кельвина, как описано в Разделе 4-2). Таким образом, количество проводов для полностью оснащенного моста составляет шесть. Некоторые весоизмерительные ячейки могут также иметь дополнительные внутренние резисторы для температурной компенсации.

    Давление в жидкостях и газах измеряется электрически с помощью различных датчиков давления.Ряд механических преобразователей (включая диафрагмы, капсулы, сильфоны, трубки манометра и трубки Бурдона) используются для измерения давления путем измерения соответствующей длины, расстояния или смещения, а также для измерения изменений давления в результате движения, как показано на рисунке. 4-29.

    Рисунок 4-29. Датчики давления используют тензодатчики для косвенного измерения давления

    Выходной сигнал этого механического интерфейса затем подается на электрический преобразователь, такой как тензодатчик или пьезоэлектрический преобразователь.В отличие от тензодатчиков, пьезоэлектрические преобразователи давления обычно используются для высокочастотных измерений давления (например, для гидролокаторов или кристаллических микрофонов).

    Существует множество способов определения расхода (массовый расход, объемный расход, ламинарный поток, турбулентный поток). Обычно количество протекающего вещества (массовый расход) является наиболее важным, и если плотность жидкости постоянна, измерение объемного расхода является полезной заменой, которую, как правило, легче выполнить. Один из широко используемых классов датчиков, которые косвенно измеряют расход, включает измерение давления.

    Расход может быть получен путем измерения перепада давления в двух точках протекающей среды: одна в статической точке, а другая в потоке. Трубки Пито - это одна из форм устройств, используемых для выполнения этой функции, где скорость потока определяется путем измерения перепада давления с помощью стандартных датчиков давления.

    Дифференциальное давление также можно использовать для измерения расхода с использованием эффекта Вентури путем ограничения потока. Хотя существует множество измеряемых физических параметров, интерфейс электроники очень часто основан на тензодатчиках.

    Руководство по выбору тензодатчиков | Инженерное дело360

    Тензодатчики - это измерительные элементы, которые преобразуют силу, давление, натяжение и т. Д. В электрический сигнал. Это наиболее универсальные измерительные приборы для электрического измерения механических величин. Тензодатчик - это резистивный упругий датчик, сопротивление которого зависит от приложенной деформации (единичной деформации).

    Многие типы тензодатчиков зависят от электрического сопротивления деформации.К этим типам относятся: пьезорезистивные или полупроводниковые, углеродно-резистивные, металлические проволоки со связкой и фольговые калибры. В этих датчиках электрическое сопротивление изменяется линейно с деформацией. Сопротивление электропроводящего материала изменяется с изменениями размеров, которые происходят при упругой деформации проводника. Когда такой материал растягивается, проводники становятся длиннее и уже, что вызывает увеличение сопротивления. Затем мост Уитстона преобразует это изменение сопротивления в абсолютное напряжение.Полученное значение линейно связано с деформацией с помощью константы, называемой калибровочным коэффициентом. Емкостные устройства, зависящие от геометрических характеристик, могут использоваться для измерения деформации. Меняя площадь пластины или зазора, можно изменять емкость. Электрические свойства материалов, используемых для изготовления конденсатора, относительно не важны, поэтому материалы для емкостного тензодатчика могут быть выбраны в соответствии с механическими требованиями. Это позволяет манометрам быть более прочными, обеспечивая значительное преимущество перед тензодатчиками сопротивления.

    В фотоэлектрическом тензометре луч света проходит через регулируемую щель, активируется экстензометром и направляется на фотоэлемент. При изменении открытия зазора количество света, попадающего в ячейку, изменяется, вызывая изменяющуюся интенсивность тока, генерируемого ячейкой. Полупроводниковые или пьезоэлектрические тензодатчики изготавливаются из сегнетоэлектрических материалов. В сегнетоэлектрических материалах, таких как кристаллический кварц, изменение электронного заряда на гранях кристалла происходит, когда материал подвергается механическому напряжению.Пьезорезистивный эффект определяется как изменение сопротивления материала из-за приложенного напряжения, и этот термин обычно используется в связи с полупроводящими материалами. Типы оптических тензодатчиков включают фотоупругие датчики, датчики муаровой интерферометрии и голографические интерферометрии. В оптоволоконном датчике деформации датчик измеряет деформацию, изменяя частоту света, отраженного по волокну от брэгговской решетки, которая встроена в само волокно.

    Типоразмер

    Шаблон датчика в совокупности относится к форме сетки, количеству и ориентации решеток в многосеточном (розеточном) датчике, конфигурации выводов припоя и различных конструктивных особенностях, которые являются стандартными для конкретного шаблона.Типы компоновки включают одноосные, двойные линейные, калибры, диафрагму, тройниковую розетку, прямоугольную розетку и дельта-розетку. Специальные приложения для тензодатчиков включают обнаружение трещин, распространение трещин, экстензометр, измерение температуры, остаточного напряжения, измеритель модуля сдвига и преобразователь.

    Технические характеристики

    Тремя основными характеристиками при выборе тензодатчиков являются: рабочая температура, состояние деформации (включая градиент, величину и зависимость от времени) и стабильность, требуемую приложением.Диапазон рабочих температур - это диапазон температуры окружающей среды, в котором допускается использование тензодатчика без постоянного изменения свойств измерения. Другие важные параметры, которые следует учитывать, включают активную измерительную длину, коэффициент измерения, номинальное сопротивление и материал, чувствительный к деформации. Измерительная длина тензодатчика - это активная или чувствительная к деформации длина сетки. Концевые петли и выводы припоя считаются нечувствительными к деформации из-за их относительно большой площади поперечного сечения и низкого электрического сопротивления.Деформационная чувствительность тензодатчика k - это коэффициент пропорциональности между относительными изменениями сопротивления. Чувствительность к деформации - это безразмерная величина, которую обычно называют измерительным коэффициентом. Сопротивление тензодатчика определяется как электрическое сопротивление, измеренное между двумя металлическими лентами или контактными площадками, предназначенными для соединения измерительных кабелей. Основным компонентом, определяющим рабочие характеристики тензорезистора, является чувствительный к деформации материал, используемый в сетке из фольги.

    Общие характеристики тензодатчиков включают ленточные выводы, выводные провода, выводы для пайки, криогенное использование, встраиваемые, герметизированные, водонепроницаемые и свариваемые.

    Многие типы тензодатчиков зависят от электрического сопротивления деформации. К этим типам относятся: пьезорезистивные или полупроводниковые, углеродно-резистивные, металлические проволоки со связкой и фольговые калибры.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *