Тензодатчик что это: принцип работы, устройство, типы, схемы подключения

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

Что такое тензодатчики и чем они отличаются

Другие статьи

Функция тары на электронных весах

Тарирование

Вес нетто и вес брутто — какая разница

Нетто и брутто

Обзор технических характеристик весов

Технические характеристики весов

Обзор напольных платформенных весов SCALE

Весы Scale

Обзор настольных фасовочных весов SW CAS

Весы SW CAS

Обзор паллетных электронных весов

Паллетные весы

Обзор промышленных платформенных весов

Платформенные весы

Обзор электронных крановых весов

Крановые весы

Термостойкие весы

Термостойкие весы

Обзор лабораторных вискозиметров и анализаторов вязкости

Подробнее

Обзор ударопрочных электронных весов

Ударопрочные весы

НПИ тензометрического датчика веса

НПИ

Обзор промышленных лабораторных анализаторов влажности и влагомеров

Влагомеры

Взрывозащищенные и взрывобезопасные весы

Взрывозащищенные весы

Грузоприемное устройство весов

ГПУ

Весы статического взвешивания

Статическое взвешивание

Разница между калибровкой, поверкой, юстировкой и аттестацией весов

Калибровка и поверка

Обзор электронных железнодорожных весов для взвешивания вагонов

Вагонные весы

Обзор электронных влагозащищенных весов и их характеристик

Влагозащищенные весы

Мембранный тензодатчик веса RTN HBM

RTN HBM

Весовое оборудование

Весовое оборудование

Силовоспроизводящие и разрывные машины

Разрывные машины

Промышленный рентген-сканер для пищевой продукции

Рентген-сканеры

Промышленные металлодетекторы для пищевой промышленности

Металлодетекторы

Выносные дублирующие табло для весов

Дублирующие табло

Автомобильные весы в Новосибирске

Автовесы Новосибирск

Тензометрическое оборудование

Тензооборудование

Весовые терминалы и индикаторы

Весовые терминалы

Соединительная коробка для электронных весов

Соединительная коробка

Дискретность и цена деления шкалы весов

Дискретность

Устройство автомобильных весов

Устройство автовесов

Цифровой тензодатчик

Цифровые тензодатчики

Весы монорельсовые электронные

Монорельсовые весы

Что такое НмПВ на весах

НмПВ

Поосные автомобильные весы тензометрические

Поосные весы

S-образный тензометрический датчик DEE/DEF Keli

DEE Keli

Обзор электронных весов для погрузчиков и бортовых систем взвешивания

Весы для погрузчиков

ГОСТы на электронные весы

ГОСТы на весы

Тензодатчик колонного типа HBM C16

C16 HBM

Обзор молочных весов

Молочные весы

Конвейерные весы непрерывного действия

Конвейерные весы

Автомобильные весы для КАМАЗа

Автовесы для Камаза

Автомобильные весы в Санкт-Петербурге

Автовесы Санкт-Петербург

Пасечные весы для взвешивания ульев

Пасечные весы

Консольный тензодатчик Keli SQB-A/-SS

SQB Keli

Обзор видов и характеристик бункерных весов

Бункерные весы

Обзор характеристик тензодатчика ZSFY-A/SS Keli колонного типа

ZSFY Keli

Электронные тензометрические системы динамического взвешивания

Динамические весы

Наибольший предел взвешивания весов и его максимальные значения

НПВ

Какие тензометрические датчики используются на автомобильных весах

Тензодатчики для автовесов

Альтернативные названия тензометрических датчиков и синонимы

Названия тензодатчиков

Виды и классификация автомобильных электронных весов

Виды автовесов

Классы точности весового оборудования

Классы точности

Обзор чеквейеров

Чеквейеры

Автомобильные весы в Москве

Автовесы Москва

Сколько весят автомобильные весы

Вес автовесов

Обзор емкостных весов

Емкостные весы

Обзор измерителей ВГХ

Измерители ВГХ

Обзор торговых весов

Торговые весы

Что такое тензометрический датчик

Тензометрический датчик (от лат. tensus — напряжённый) — это разновидность датчика, преобразующего приложенную к нему физическую силу в электронный сигнал. Их еще называют тензорезистивными, тензорезисторными или просто тензодатчиками. Измерительным элементом тензодатчика является тензорезистор — резистор, у которого сопротивление изменяется в зависимости от его деформации. Тензометрический датчик является основным, но не единственным видом датчика для измерения силы. Существуют датчики, основанные на других физических принципах, например, оптические или пьезоэлектрические.

В наиболее распространенном случае, тензорезистор представляет собой небольшую пластину-основание, на которую приклеена металлическая пластина-фольга или зигзагообразный проводник. Сверху проводник ламинируется тонкой пленкой. Основание обычно делается из ткани, пластмассы, полимерной пленки или бумаги. Помимо металлической фольги, тело чувствительного элемента может быть сделано из полупроводника — германия или кремния — и напыляться на основание тонким слоем.

Тензодатчики используются в различных типах оборудования — силовоспроизводящих машинах, динамометрах, акселерометрах и пр. Но наиболее широкое распространение они получили в весостроительной отрасли. В настоящее время абсолютное большинство весов работает именно на тензометрических датчиках.

Главным свойством тензодатчика является его НПИ (наибольший предел взвешивания). Он может быть 20 г, а может быть 50 т. Думаю, что это очевидно. Аналогично можно сказать про погрешность. Если Вас интересует, то можете посмотреть таблицу соответствия дискрет и НПВ весов.

Самым явным видом классификации датчиков является их деление в зависимости от типа корпуса:

  Колонные тензодатчики. Иногда их называют башенными, стержневыми или опорными.
Используются для производства автомобильных, вагонных, бункерных весов.
  Тензодатчики балочного типа.
Их еще называют консольными, балкой среза или балкой изгиба.
Используются в промышленных платформенных весах, чеквейерах, конвейерном и бункерном весовом оборудовании.
  S-образные тензодатчики используются в крановых весах и динамометрах, в разрывных машинах и дозаторах.
  Двухопорные балочные датчики или балки двойного изгиба.
Используются в производстве автомобильных, вагонных, бункерных и емкостных весов.
  Одноточечные платформенные датчики используются во всех настольных и напольных фасовочных, почтовых, складских и торговых весах.
  Мембранные. Их еще называют тензодатчиками торсионного типа, шайбами, «таблетками», круглыми датчиками.
Используются для производства автомобильных, железнодорожных и емкостных весов, а также в конвейерном весовом оборудовании.
  Сильфонные, они же датчики с гофрой. Применяется в дозаторах, конвейерных весах, чеквейерах и смесителях.
   Миниатюрные тензодатчики используются в производстве платформенных весов и во встраиваемых весовых системах.

По способу деформации упругого элемента различают датчики, работающие на:

  • Сжатие (тензодатчики колонного типа)
  • Растяжение (S-образные тензометрические датчики)
  • Скручивание (торсионные тензодатчики)
  • Изгиб (тензометрические датчики балочного типа)
  • Сдвиг (балки сдвига)
  • Универсальные, комбинированного типа, тензодатчики растяжения-сжатия (S-образные, к примеру)

По большому счету, способ деформации не сильно влияет на точность и характеристики оборудования, поэтому выбор, какие тензодатчики использовать, делается исходя из простоты и удобства их монтажа в оборудовании. Хотя некоторые различия все же есть — например, колонные датчики имеют больший диапазон НПИ, чем консольные или S-образные.

По типу выдаваемого сигнала тензодатчики делятся на аналоговые и цифровые. На качество измерений это не влияет, основная разница — цифровые датчики проще заменять и обслуживать.

В зависимости от точности, тензометрические датчики делятся на 4 класса

. Наиболее распространенными являются тензодатчики класса C3, где C — это класс, а число 3 обозначает количество тысяч поверочных делений (3000 получается). Не буду сильно углубляться в метрологию, но скажу пару слов, чтобы было общее понимание:

  • D — самый низкий уровень точности, A, соответственно, самый высокий.
  • Комбинированная погрешность класса точности C3 составляет 0,02%. Это значит, что в разных условиях погрешность будет изменяться, а слово «комбинированная» можно понимать как некий аналог среднего арифметического.
  • Чем больше поверочных делений, тем выше точность тензодатчика. Датчик класса C5 точнее датчика класса C3
  • Класс точности определяет величину погрешности. Если тензодатчики имеют одинаковое количество поверочных делений, но разный класс, то погрешность будет разной. У тензодатчика D1 погрешность на максимальных нагрузках будет выше погрешности датчика C1 в 1,5 раза.
  • Класс точности и число поверочных делений тензометрических датчиков регламентируется ГОСТ 8.631-2013 (OIML R 60:2000)
  • В маркировке тензометрического датчика обычно указывается класс точности, число поверочных делений и НПИ.

Корпус тензодатчиков обычно изготавливается из легированной или нержавеющей стали. Этот факт может отражаться в наименовании. Например тензометрические датчики ZSFY компании Keli имеют в названии окончание -A, если они сделаны из легированной стали или -SS, если из нержавеющей. Пример — ZSFY-A20t — это тензодатчик из легированной стали с НПИ 20 тонн.

По количеству диапазонов измерения тензодатчики делятся на одноинтервальные, двухинтервальные и многоинтервальные. Тут все просто — на разных нагрузках весы выдают результат с разной дискретой. Делается это для повышения точности взвешивания на малых нагрузках. Например, одноинтервальные весы с НПВ (наибольшим пределом взвешивания) 100 кг имеют дискрету 20 г на всем диапазоне взвешивания, а двухинтервальные весы в диапазоне до 30 кг имеют дискрету 10 г.

Следующее, на что стоит обратить внимание — это пылевлагозащищенность корпуса. Пылевлагозащищенность маркируется в соответствии c международным кодом защиты оболочки — IP, который состоит из 2 цифр. Первая цифра обозначает пылезащиту от 0 (нет защиты) до 6 (пыленепроницаемость). Вторая цифра обозначает влагозащиту от 0 (полное отсутствие защиты) до 8 (способность прибора работать не менее 30 мин при погружении в воду на 1 м). Во втором числе иногда встречается цифра 9 — это немецкий стандарт, обозначающий, что изделие можно мыть под струей высокого давления. Пример — IP68 означает полную пылевлагозащищенность.

Компенсированный диапазон температур. Это диапазон, в котором тензодатчик сохраняет свои метрологические характеристики. Стандартным компенсированным диапазоном для тензодатчиков считается температура от -10 до +40. У некоторых моделей он расширен. Не путать с рабочим диапазоном температур! Этот диапазон обозначает температуры, при которых датчик сохраняет работоспособность, но точность взвешивания не гарантируется.

Тензодатчики могут отличаться количеством использования в весовом оборудовании. Хотя это в большей части свойство весов, но тем не менее — одноточечные датчики применяются только в сольном исполнении. На промышленных платформенных весах обычно стоит 4 балочных тензодатчика.

Еще несколько и технических характеристик тензометрических датчиков с простым определением:

  1. Чувствительность (изменение напряжения при изменении нагрузки)
  2. Нелинейность (в идеале графиком зависимости сопротивления тензорезистора от веса должна быть прямая)
  3. Гистерезис (максимальное изменение сигнала при одинаковых нагрузках)
  4. Ползучесть (изменение сигнала тензодатчика во времени при постоянных условиях)
  5. Предельная нагрузка (нагрузка, которую датчик может кратковременно выдержать)
  6. Разрушающая нагрузка
  7. Электротехнические характеристики — максимальное и рекомендуемое напряжение, входное и выходное сопротивление

Компания Модуль – Ваш персональный инженер в мире измерительного оборудования!
Если Вы хотите приобрести тензодатчики, то обращайтесь к нам прямо сейчас — мы Вам подберем качественные тензометрические датчики со склада и под заказ с доставкой по всей России.


Другие статьи

Функция тары на электронных весах

Тарирование

Вес нетто и вес брутто — какая разница

Нетто и брутто

Обзор технических характеристик весов

Технические характеристики весов

Обзор напольных платформенных весов SCALE

Весы Scale

Обзор настольных фасовочных весов SW CAS

Весы SW CAS

Обзор паллетных электронных весов

Паллетные весы

Обзор промышленных платформенных весов

Платформенные весы

Обзор электронных крановых весов

Крановые весы

Термостойкие весы

Термостойкие весы

Обзор лабораторных вискозиметров и анализаторов вязкости

Подробнее

Обзор ударопрочных электронных весов

Ударопрочные весы

НПИ тензометрического датчика веса

НПИ

Обзор промышленных лабораторных анализаторов влажности и влагомеров

Влагомеры

Взрывозащищенные и взрывобезопасные весы

Взрывозащищенные весы

Грузоприемное устройство весов

ГПУ

Весы статического взвешивания

Статическое взвешивание

Разница между калибровкой, поверкой, юстировкой и аттестацией весов

Калибровка и поверка

Обзор электронных железнодорожных весов для взвешивания вагонов

Вагонные весы

Обзор электронных влагозащищенных весов и их характеристик

Влагозащищенные весы

Мембранный тензодатчик веса RTN HBM

RTN HBM

Весовое оборудование

Весовое оборудование

Силовоспроизводящие и разрывные машины

Разрывные машины

Промышленный рентген-сканер для пищевой продукции

Рентген-сканеры

Промышленные металлодетекторы для пищевой промышленности

Металлодетекторы

Выносные дублирующие табло для весов

Дублирующие табло

Автомобильные весы в Новосибирске

Автовесы Новосибирск

Тензометрическое оборудование

Тензооборудование

Весовые терминалы и индикаторы

Весовые терминалы

Соединительная коробка для электронных весов

Соединительная коробка

Дискретность и цена деления шкалы весов

Дискретность

Устройство автомобильных весов

Устройство автовесов

Цифровой тензодатчик

Цифровые тензодатчики

Весы монорельсовые электронные

Монорельсовые весы

Что такое НмПВ на весах

НмПВ

Поосные автомобильные весы тензометрические

Поосные весы

S-образный тензометрический датчик DEE/DEF Keli

DEE Keli

Обзор электронных весов для погрузчиков и бортовых систем взвешивания

Весы для погрузчиков

ГОСТы на электронные весы

ГОСТы на весы

Тензодатчик колонного типа HBM C16

C16 HBM

Обзор молочных весов

Молочные весы

Конвейерные весы непрерывного действия

Конвейерные весы

Автомобильные весы для КАМАЗа

Автовесы для Камаза

Автомобильные весы в Санкт-Петербурге

Автовесы Санкт-Петербург

Пасечные весы для взвешивания ульев

Пасечные весы

Консольный тензодатчик Keli SQB-A/-SS

SQB Keli

Обзор видов и характеристик бункерных весов

Бункерные весы

Обзор характеристик тензодатчика ZSFY-A/SS Keli колонного типа

ZSFY Keli

Электронные тензометрические системы динамического взвешивания

Динамические весы

Наибольший предел взвешивания весов и его максимальные значения

НПВ

Какие тензометрические датчики используются на автомобильных весах

Тензодатчики для автовесов

Альтернативные названия тензометрических датчиков и синонимы

Названия тензодатчиков

Виды и классификация автомобильных электронных весов

Виды автовесов

Классы точности весового оборудования

Классы точности

Обзор чеквейеров

Чеквейеры

Автомобильные весы в Москве

Автовесы Москва

Сколько весят автомобильные весы

Вес автовесов

Обзор емкостных весов

Емкостные весы

Обзор измерителей ВГХ

Измерители ВГХ

Обзор торговых весов

Торговые весы

Как работает тензодатчик нагрузки? Что такое тензодатчик?

Что такое тензодатчик , какие существуют типы датчиков силы и как они работают при измерении силы? Познакомьтесь с функциями и возможностями различных тензодатчиков, также известных как преобразователи силы, в этом подробном руководстве.

Датчик нагрузки , изготовленный в США компанией FUTEK Advanced Sensor Technology (FUTEK), ведущим производителем тензодатчиков, производящим огромный выбор из 9Датчики силы 0003 , использующие одну из самых передовых технологий в индустрии датчиков: металлическая фольга тензометрическая технология . Датчик силы определяется как преобразователь, который преобразует входную механическую нагрузку, вес, натяжение, сжатие или давление в электрический выходной сигнал (определение тензодатчика). Датчики силы также широко известны как датчики силы . Существует несколько типов тензодатчиков в зависимости от размера, геометрии и грузоподъемности.

 

Что такое тензодатчик, датчик силы или датчик силы?

По определению тензодатчик (или тензодатчик) представляет собой тип преобразователя, в частности, датчик силы. Он преобразует входную механическую силу , такую ​​как нагрузка , вес (также известные как датчики веса), напряжение , сжатие или давление (также известные как датчики давления для измерения давления — что такое датчик давления?) в другое физическое переменной, в данном случае в электрический выходной сигнал, который можно измерить, преобразовать и стандартизировать. По мере увеличения силы, прикладываемой к датчику силы, электрический сигнал изменяется пропорционально.

Датчики силы

стали важным элементом во многих отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, высокоточное производство, аэрокосмическая и оборонная промышленность, промышленная автоматизация, медицина и фармацевтика и робототехника, где первостепенное значение имеет надежное и высокоточное измерение нагрузки (например, медицинские датчики веса). Совсем недавно, благодаря достижениям в области коллаборативных роботов (коботов) и хирургической робототехники, появилось много новых приложений для измерения силы , таких как миниатюрные медицинские датчики для роботизированной хирургии.

Миниатюрный линейный тензодатчик LCM100

LTh400 Тензодатчик со сквозным отверстием — силовая шайба

 

 

Как работает тензодатчик?

Во-первых, нам нужно понять физику и материаловедение, лежащие в основе принципа работы тензодатчика , который представляет собой тензодатчик (иногда называемый тензодатчиком ). Тензорезистор из металлической фольги представляет собой материал, электрическое сопротивление которого зависит от приложенной силы. Другими словами, он преобразует (или преобразовывает) силу, давление, напряжение, сжатие, крутящий момент, вес и т. д. в изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить. Таким образом, тензодатчик из металлической фольги является строительным блоком принципа работы датчика силы. Измерение веса с помощью тензометрического моста также является одним из комментариев к применению этой технологии.

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

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

 

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

При усилии ( натяжение или сжатие ), металлический корпус действует как «пружина» и слегка деформируется, и если его не перегрузить, то он возвращается к своей первоначальной форме. По мере деформации изгиба тензорезистор также меняет свою форму и, следовательно, свое электрическое сопротивление, что создает изменение дифференциального напряжения через схему моста Уитстона . Таким образом, изменение напряжения пропорционально физической силе, приложенной к изгибу.

Рис. 2: Деформация тензорезистора при растяжении и сжатии.

 

 

Эти тензометрические датчики объединены в так называемую схему моста Уитстона (см. анимированную схему схемы тензодатчика). Это означает, что четыре тензорезистора соединены между собой в виде петлевой цепи, и соответственно совмещена измерительная сетка измеряемой силы.

Модуль усилителя тензодатчика (или преобразователи сигналов тензодатчика) подает регулируемое напряжение возбуждения на мостовой усилитель Уитстона тензодатчика и преобразует выходной сигнал мВ/В в другую форму сигнала, более полезную для пользователя. Сигнал, генерируемый тензометрическим мостом, имеет низкую мощность и может не работать с другими компонентами системы, такими как ПЛК, модули сбора данных (DAQ), регистратор данных с тензодатчиками, компьютеры или микропроцессоры. Таким образом, тензометрический усилитель работает включают напряжение возбуждения, фильтрацию или ослабление шума, усиление сигнала и преобразование выходного сигнала (т. е. АЦП датчика нагрузки).

Кроме того, изменение выходного напряжения тензометрического усилителя откалибровано так, чтобы оно было линейно пропорциональным ньютоновской силе, приложенной к изгибу.

Рис. 3: Тензодатчик нагрузки – Полномостовая схема Уитстона.

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

 

 

Каковы преимущества тензодатчиков на основе тензодатчиков? Тензодатчики

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

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

 

Какие существуют типы тензодатчиков?

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

  • Встраиваемый тензодатчик – Чаще всего используется в качестве встроенного датчика силы с наружной резьбой. Этот тип преобразователя силы нагрузки может использоваться как для толкающих, так и для тянущих сил (также известный как двухтактный тензодатчик). Встраиваемые датчики обеспечивают высокую точность и высокую жесткость при минимальном необходимом монтажном зазоре. Они отлично подходят для измерения выносливости, давления в приложениях для измерения силы и датчика измерения силы для тренажерного зала. Также предлагается в миниатюрных версиях в виде микротензодатчика (он же микродатчик силы, миниатюрный тензодатчик, миниатюрный датчик силы или миллиграммовый тензодатчик).
  • Тензодатчик колонны  – FUTEK предлагает широкий ассортимент канистровых тензодатчиков (также известных как тензодатчики колонны), предназначенных для высокопроизводительных приложений сжатия, таких как испытание силы зажима станков с ЧПУ. Эти модели имеют прочную конструкцию и грузоподъемность от 2 000 до 30 000 фунтов. Компания FUTEK также разработала серию миниатюрных контейнеров для тензодатчиков для применений, где размер является критическим фактором.
  • Кнопка нагрузки . Эти датчики силы имеют одну плоскую выступающую поверхность (также известную как кнопка), к которой прикладывается сжимающая сила. Что впечатляет в кнопках нагрузки, так это их низкопрофильная конструкция тензодатчика. Какими бы маленькими датчиками нагрузки они ни были, они известны своей надежностью и используются в приложениях, связанных с усталостью. Для некоторых приложений требуются миниатюрные режимы, такие как сверхминиатюрная кнопка нагрузки датчика веса LLB130. Измерение нагрузки на подшипник качения — это приложение, в котором используются кнопки нагрузки.
  • Тензодатчик с поперечной балкой . С другими названиями, включая Z-образный датчик, тензодатчик типа S, тензодатчик с поперечной балкой представляет собой тензодатчик на растяжение и сжатие с внутренней резьбой для крепления. Обладая высокой точностью, тонкостенным тензодатчиком и компактным профилем, этот тип датчика силы отлично подходит для встроенной обработки и автоматизированных приложений с обратной связью. Тензодатчики S Beam также можно использовать в качестве бесконтактного датчика расхода при измерении расхода жидкости.
  • Тензодатчик сквозного отверстия – Тензодатчик со сквозным отверстием, также известный как кольцевой или шайбовый тензодатчик, традиционно имеет гладкий внутренний диаметр без резьбы и используется для измерения сжимающих нагрузок, требующих прохождения стержня через его центр. Одним из основных применений этого типа датчика является измерение нагрузки болта.
  • Блинчатые тензодатчики – Блинчатые тензодатчики, универсальные тензодатчики или ленточные тензодатчики имеют центральное отверстие с резьбой для измерения нагрузок при растяжении или сжатии. Эти преобразователи силы используются в приложениях, требующих высокой износостойкости, высокой усталостной долговечности или высокопроизводительных встроенных измерений, таких как испытание силы материала, тензодатчик для систем взвешивания резервуаров или крановые тензодатчики. Они также обладают высокой устойчивостью к внеосевым нагрузкам и также доступны в виде низкопрофильных блинчатых тензодатчиков.
  • Весоизмерительная ячейка со штоком . Этот тип датчика нагрузки также известен как датчик нагрузки с одной наружной и одной внутренней резьбой для монтажа. Сочетание наружной и внутренней резьбы хорошо подходит для приложений, где необходимо адаптировать датчик силы к существующему приспособлению.
  • Тензодатчик для изгиба балки  — Благодаря тонкой конструкции он идеально подходит для OEM-приложений. Тензодатчики для изгибных балок, используемые при сжатии, могут использоваться для измерения силы, поверхностного давления и смещения для OEM-приложений. Благодаря своим миниатюрным размерам консольный тензодатчик является отличным выбором для работы в стесненных условиях.
  • Одноточечный тензодатчик — Боковой тензодатчик с одноточечной конструкцией, специально предназначенный для OEM-приложений, требующих высокой точности или крупносерийного производства. Эти датчики силы на основе тензометрических датчиков, также известные как тензодатчики с поперечной балкой, измеряют растяжение и сжатие, а также известны как компактные параллелограммные датчики или одноточечные тензодатчики. Тензодатчики с боковым креплением, такие как датчики серии LSM, являются рекомендуемым OEM-решением для измерения веса и датчиками, используемыми на заводах по розливу бутылок.

Также доступны другие уникальные конструкции, такие как тензодатчики со штифтами нагрузки (также известные как штифт тензодатчика), тензодатчики ремней безопасности и другие.

 

Миниатюрная кнопка нагрузки LLB130

Миниатюрная тензодатчик LCA305

 

 

Как выбрать тензодатчик для вашего приложения?

Мы понимаем, что выбор правильного преобразователя нагрузки является непростой задачей, поскольку не существует реального отраслевого стандарта того, как выбирать датчики веса для продажи. Вы также можете столкнуться с некоторыми проблемами, в том числе с поиском совместимого тензометрического усилителя, преобразователя сигналов тензодатчика или необходимостью индивидуального продукта, который увеличит время доставки продукта.

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

  • Шаг 1: Понимание вашего приложения и того, что вы измеряете . Датчики нагрузки отличаются от промышленных датчиков давления (также известных как датчики давления) или датчиков крутящего момента и предназначены для измерения растягивающих и сжимающих нагрузок.
  • Шаг 2 : Определите характеристики монтажа датчика и его сборки. У вас есть статическая нагрузка или это динамический тип? Определите тип монтажа. Как вы будете монтировать этот датчик силы?

 


Схемы в линию

Схемы бокового монтажа

 

  • Шаг 3 : Определите минимальные и максимальные требования к емкости. Обязательно выберите грузоподъемность, превышающую максимальную рабочую нагрузку, и определите все внешние нагрузки (боковые или нецентральные нагрузки) и моменты до выбора грузоподъемности. В некоторых случаях вам потребуется многоосевой тензодатчик, например 6-осевой датчик. Одним из типичных применений многоосевых тензодатчиков в аэрокосмической отрасли является стенд для испытаний тяги ракетных двигателей, необходимый для определения характеристик кривых тяги ракетных двигателей и Isp в условиях статических испытаний.
  • Шаг 4: Определите свой размер и геометрию требования (ширина, вес, высота, длина и т. д.) и требования к механическим характеристикам (выход, нелинейность, гистерезис, ползучесть, сопротивление перемычки, разрешение, частотная характеристика и т. д.) Другие характеристики, которые следует учитывать, включают в себя водонепроницаемый датчик силы (погружной тензодатчик), криогенные, высокотемпературные, множественные или резервные мосты и TEDS IEEE1451. 4.
  • Шаг 5: Определите тип вывода, который требуется вашему приложению.  Выходной сигнал схемы преобразователя силы в мВ/В (милливольт на вольт). Следовательно, если для вашего ПЛК, прибора или устройства сбора данных требуется аналоговый выход (например, тензодатчик 4–20 мА), цифровой выход или последовательная связь (например, выход цифрового тензодатчика или USB-датчик нагрузки), вам обязательно понадобится усилитель тензодатчика. В некоторых приложениях требуется цифровой индикатор тензодатчика или портативный дисплей для локального считывания тензодатчика. Убедитесь, что выбран правильный усилитель, а также откалибрована вся измерительная система (преобразователь нагрузки + формирователь сигнала). Это готовое решение обеспечивает большую совместимость и точность всей системы измерения силы.

 В сочетании с тросовым датчиком (также известным как струнный потенциометр) весоизмерительные датчики являются стержнем современной автоматизации производства.

FUTEK имеет специальные типы универсального модуля формирователя сигналов, который поддерживает широкий спектр входных сигналов датчиков, таких как входы ± 10 В постоянного тока, 0–20 мА, ± 400 мВ / В и импульсы TTL-энкодера. Универсальный USB-модуль формирователя сигналов USB520 может работать в паре с датчиками различных типов и устраняет необходимость во внешнем источнике питания для датчиков и оборудования отображения. Питание модуля осуществляется от ПК через USB-кабель, обеспечивающий напряжение возбуждения 5-24 В постоянного тока на датчик и одновременно 5 В постоянного тока на энкодеры.

Для получения более подробной информации о нашем 5-этапном руководстве, пожалуйста, посетите наш раздел «Как выбрать весоизмерительную ячейку».

Тензодатчики и как они работают

 

Тензодатчик представляет собой тип преобразователя силы (датчик силы). Он преобразует силу, воздействующую на тензодатчик, например растяжение, сжатие или давление, в электрический сигнал. Сила сигнала прямо пропорциональна приложенной силе.

Тензометрические датчики веса  являются наиболее часто используемым типом датчиков веса в промышленности. Корпус (или «пружинный элемент») промышленного тензодатчика состоит из минимально гибкого металла, на котором закреплены тензорезисторы. При приложении силы пружинный элемент слегка деформируется, но достаточно эластичен, чтобы вернуться к своей первоначальной форме.

По мере изменения формы пружинного элемента меняется и форма прикрепленных к нему тензорезисторов, что приводит к увеличению или уменьшению их электрического сопротивления. Когда ток проходит через тензометрические датчики, это изменение сопротивления будет отражаться в измеренном выходном напряжении. Поскольку это изменение выхода пропорционально приложенному весу, вес объекта можно определить по изменению напряжения.

Чтобы пружинный элемент отклонялся без остаточной деформации, величина отклонения должна быть минимальной. Расчеты, основанные на крошечном изменении сопротивления одного тензометрического датчика, не очень точны и могут быть ошибочными. Чтобы компенсировать это и обеспечить очень высокую степень точности тензодатчика, используются несколько тензодатчиков. В конфигурации моста Уитстона (уравновешенной при отсутствии нагрузки) общее изменение сопротивления на всех 4 тензодатчиках можно определить с помощью закона Ома и приведенного ниже уравнения.

В О =   Р 3  –  Р 2    × V EX
(Р 3 + Р 4 ) (Р 1 + Р 2 )

 

  • Дополнительная информация

Для получения дополнительной углубленной информации о нагрузочных ячейках:

Нагрузочные ячейки и основания нагрузки. 100358

Эти тензодатчики можно найти в весах для взвешивания сосудов/цистерн и напольных весах. Существует 3 основных типа: изогнутая балка, односторонняя поперечная балка и двусторонняя поперечная балка. Односторонняя модель устанавливается на одном конце, а сила прикладывается к противоположному концу. Двусторонняя ячейка установлена ​​на обоих концах, и сила приложена к середине ячейки нагрузки. Тензодатчики для изгибных балок экономичны и идеально подходят для приложений с низкой производительностью. Тензодатчики с поперечной балкой лучше всего подходят для взвешивания средней и высокой грузоподъемности. Двухсторонние тензодатчики со сдвиговой балкой предназначены для более высоких нагрузок.

Одноточечный (бинокулярный)

Эти тензодатчики сжатия представляют собой тензодатчики меньшей грузоподъемности. Они идеально подходят для гастрономических и настольных весов, а также для контрольного взвешивания, поскольку представляют собой тензодатчики с компенсацией момента. Корпус ячейки изменен, а датчики расположены таким образом, чтобы они позволяли размещать груз в любом месте на платформе весов и возвращали точное значение.

 
Блинчатый (сдвигающий ленточный)

Эти тензодатчики часто используются в производственной среде, например, при производстве автомобилей. Они используются для измерения долговечности и пределов отказов продукта при разрушающих испытаниях. Они также идеально подходят для проверки измерения усилия в прессах. Эти ячейки могут быть зажаты между двумя компонентами для сжатия или использованы для растяжения через резьбовые отверстия.

 
Канистра (колонна)

Весоизмерительная ячейка с канистрой является самой ранней конструкцией тензодатчика. Эта конфигурация лучше всего подходит для более высоких мощностей. Они хорошо работают в тяжелых условиях, таких как автомобильные весы и железнодорожные весы. Канистровые тензодатчики доступны только для сжатия или для растяжения/сжатия. Как и в случае датчиков силы сдвига, некоторые из них имеют резьбу для тяговых приложений.

S-тип

Эти тензодатчики обычно используются в подвесных весах или устройствах для взвешивания подвесных сосудов и могут использоваться как при растяжении, так и при сжатии. Их можно подвешивать к скобам и натягивать на растяжение или устанавливать между двумя предметами с помощью верхней и нижней резьбы и сжимать.

 

 

Звено натяжения

Эти универсальные датчики силы (тензодатчики) предназначены для измерения линейных сил натяжения. Тензодатчики с натяжными звеньями, доступные в широком диапазоне мощностей, также могут быть адаптированы для работы в очень тяжелых условиях. Эти ячейки часто используются для швартовных и подводных испытаний, крановых весов и измерения силы буксировки/тяги.

Нагрузочный штифт

Нагрузочный штифт заменяет штифт или ось, на которую действует усилие. Дизайн и структура этих ячеек легко настраиваются и могут использоваться с очень высокой производительностью.

 

 

Тензодатчики для сквозных отверстий

Эти тензодатчики хорошо подходят для испытаний якорей и креплений, а также испытаний швартовки лодки. Этот чрезвычайно универсальный тензодатчик

используется при растяжении и сжатии. Его можно установить между двумя частями для измерения сжатия или потянуть в противоположных направлениях, как звено в цепи для измерения натяжения. Их также можно навинтить на деталь, например на болтовой механизм, для измерения усилия.

 

Выберите нагрузочную ячейку по емкости

Нагрузочные ячейки с низкой емкостью

от 25 граммов до 150 фунтов

Узнайте больше

Среднего нагрузки

Высокие от 200 до 20 000 фунтов

Узнайте больше

High. Тензодатчики грузоподъемности

Грузоподъемность от 25 000 до 1 миллиона фунтов

Узнайте больше

Дара Трент, директор по техническому содержанию

Работая с тензодатчиками Central с 2017 года, Дара работает напрямую с нашими инженерами и техническими специалистами, создавая точный и актуальный контент для обслуживания клиентов. и информировать наших клиентов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *