Тензодатчик виды принцип работы и устройство

Устройство и принцип действия тензометрических датчиков

Следует сказать, что основой датчика давления является тензорезистор, который закреплен на особой конструкции. Такие приборы специально калибруют. Осуществляется данный процесс при помощи нагрузки, которая постоянно увеличивается. Человек при этом измеряет величину сопротивления.

Дальше по показателям можно понять значение нагрузки, а также проверить, насколько эффективна деформация. Такие датчики измеряют ускорение, перемещение, силу, крутящий момент, а также некоторые другие данные. Даже при создании сложной схемы нагрузка на конструкцию тензорезистора сводится к сжатию или же натяжению. Происходит это вдоль решетки, которая называется базой.

«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.

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).

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

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

Конструктивно балочный тензодатчик имеет специальные отверстия для неравномерного распределения нагрузки и выявления деформаций сжатия и растяжения. Для получения максимального эффекта тензорезисторы по специальным меткам строго ориентируют на поверхности балки в ее самом тонком месте.

Тензодатчики веса и давления

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, 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.

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.

  Что такое электролиз и где он применяется?

Тензодатчик виды принцип работы и устройство

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.

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.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Принцип работы люминесцентной лампы

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.

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.

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.

тензодатчики

В этом случае схема подключения будет иметь три пары проводов: питания, измерения и компенсации потерь.

  • 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.

Тензометрические датчики являются устройствами, которые преобразуют деформацию твердого тела в сигнал. Это осуществляется за счет того, что сопротивление прибора зависит от изменения его размеров при растяжении.

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.

  • 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.

  • Из фольги.
  • Пленочные.
  • Из проволоки.

Датчик из фольги

Тензодатчик виды принцип работы и устройство

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

Общие сведения

В первую очередь заметим, что понятие «тензодатчик» включает в себя и тензорезисторные и тензометрические датчики. Дело в том, что тензометрические датчики – это наиболее широкое понятие, включающее в себя все виды весоизмерительных датчиков. Существуют различные способы измерения деформаций: тензорезистивный, пьезорезистивный, оптико-поляризационный, волоконно-оптический, и механический — простое считывание показаний с линейки механического тензодатчика.

Проволочные тензорезисторы

Сейчас наиболее простейшим примером следует назвать отрезок тонкой проволоки, которую необходимо установить на исследуемой детали. Сопротивление при этом можно подсчитать по обычной формуле.

Вместе с данной деталью следует еще установить проволоку, которая будет деформироваться. При этом нужно менять геометрические размеры, тогда усиливается сжатие и также увеличивается поперечное сечение. Если говорить о растяжении, то этот показатель уменьшится. Именно поэтому сопротивление будет менять знак в зависимости от того, какое действие производится. Характеристика при этом считается линейной.

Тензодатчик виды принцип работы и устройство

Учитывая то, что тензометрический датчик имеет низкую чувствительность, придется увеличить длину проволоки на одном из участков при совершении измерения. Для этого нужно сделать спираль из нити, которая с обоих сторон будет обклеена пластинкой изоляции с лаком или бумагой. Для того чтобы отключить устройство от электрической цепи, нужно использовать два медных проводника.

Проволочные тензометрические датчики имеют особые преимущества. Они получили простую конструкцию, маленькие размеры, небольшое сопротивление и также имеют линейную зависимость от вида деформации.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Унитазы с функцией биде – удобны ли?

Если говорить о минусах, то следует отметить не особо хорошую чувствительность, влияние температуры, также прибор нужно защищать от влаги и применять только в области, где осуществляется упругая деформация.

Особенности

Они следующие:

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

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

Далее необходимо сказать о том, что в измерительной схеме учитываются значения сопротивления проводов, если они подключены к резистору. При этом их влияние будет уменьшаться только в том случае, если добавить еще один провод. Его нужно подключить либо к вольтметру, либо к любому из выводов резистора.

Если же на упругий элемент наклеить сразу два датчика, при этом с различной нагрузкой по знаку, то сигнал будет увеличен в 2 раза. Следует заметить, что если использовать четыре приспособления, то чувствительность возрастет. При этом нужно отметить, что при подключении проволочных тензорезисторов микроамперметры дадут показания в любом случае, даже если не использовать усилители.

Тензодатчики используются практически во всех современных электронных весоизмерительных системах и системах дозирования – бункерных и крановых весах, весовых дозаторах и т.д. Они обеспечивают высокую точность измерений, устойчивы к воздействию окружающей среды, а современные технологии позволяют добиться систематизации и автоматизации всего процесса измерения, используя оборудование с электронными тензодатчиками.

Следует отметить следующие возможности и преимущества тензорезисторных весоизмерительных датчиков:

  • Высокая точность измерения. Современные тензодатчики обладают практически безупречной точностью. Самыми распространенными тензодатчиками являются датчики класса точности C3, что соответствует комбинированной погрешности 0.02%. Существуют тензодатчики и с более высоким классом точности.
  • Разнообразие конструкций. Выпускаются тензодатчики следующих типов: S-образный, балочного (консольного) типа, колонные датчики, датчики платформенного типа, одноточечные, торсионные, цилиндрические и прочие. Применение конкретного типа датчика зависит от назначения и конструкции весовой системы, места и способа его установки. Благодаря огромному разнообразию конструкций тензодатчиков, можно выбрать оборудование, наиболее подходящее для конкретных производственных нужд заказчика.
  • Надежность материалов. Большинство тензодатчиков изготовлены из алюминия, нержавеющей или легированной стали, что обеспечивает долгий срок службы оборудования. Водонепроницаемые тензодатчики, которые изготавливаются из нержавеющей стали, обладающие классом защиты IP68, особенно востребованы в пищевой и рыбной промышленности.
  • В условиях неисправности одного из датчиков, весы с несколькими тензодатчиками сохраняют работоспособность и точность измерений.

Тензодатчики веса и давления

Среди многообразия форм, типов тензометрических датчиков, среди датчиков, различных по цене и качеству сложно сделать правильный выбор.

Тензодатчики из фольги

Следует отметить, что принцип действия датчика давления такого типа является похожим на работу проволочного. Только использоваться в качестве материала будет фольга, которая делается из титан-алюминия, нихрома, константана. При этом следует заметить, что технология создания такого метода может позволить получить довольно сложной конфигурации решетку, а также даст возможность сделать весь процесс максимально автоматизированным.

Если сравнивать с проволочными устройствами, то фольговые датчики являются более чувствительными. Они способны пропускать огромное количество тока, лучше передавать деформацию, а также позволяют получить сложный рисунок и делать прочные выводы.

Как выбрать тензодатчик?

При покупке тензодатчика следует учитывать следующие показатели:

  • Наибольший предел измерения (НПИ) — следует учитывать, что предполагаемая номинальная нагрузка на тензодатчик не должна превышать НПИ. Хотя фактически датчик имеет дополнительный запас прочности, некоторые конструкции весов требовательны к наличию дополнительного запаса НПИ.
  • Материал тензодатчика – как мы уже писали выше, наибольшее распространение получили тензометрические датчики из нержавеющей и легированной стали, а также алюминия. Как правило, только одноточечные тензодатчики изготавливаются из алюминия, все остальные выполнены из стали.
  • Класс точности тензодатчика – на практике класс точности тензодатчика может лежать в диапазоне от D1 до С6, хотя, в соответствии с OIML R 60, класс точности тензометрического датчика может быть и в более широком диапазоне. Наиболее распространен класс точности C3. Необходимость применения более точных датчиков требует обоснования, поскольку с классом точности цена растет в геометрической прогрессии.
  • Схема подключения тензодатчика – обычно для подключения тензодатчиков используется «четырехжильная» схема подключения. Однако в частных случаях, и в случаях, когда присутствует большая разница в сопротивлении кабелей смежных тензодатчиков, применяется «шестижильная» схема подключения.

Выбирая тип тензометрического датчика, также следует обратить внимание на следующие характеристики: рабочий диапазон температур, рабочий коэффициент передачи, класс защиты, диаметр и длину кабеля, входное и выходное сопротивление, рекомендуемое и максимальное напряжение питания.

Виды тензорезисторных датчиков

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

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

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

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

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

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

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

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  ТОП-10 лучших мотоблоков Нева рейтинг 2020 года технические характеристики особенности навесного оборудования отзывы
M50 датчики тензорезисторные К-С-18Д тензодатчики цилиндрические SHB датчики тензометрические
M50 датчики тензорезисторные К-С-18Д тензодатчики цилиндрические SHB датчики тензометрические

Тензодатчики веса и давления

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

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

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

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

Прочие. Включают в себя специализированные узкопрофильные модели.

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

Схемы включения датчиков

Принцип действия тензометрического датчика мы уже рассмотрели, поэтому следует сказать о том, как он подключается.

Если речь идет о малых электрических сигналах, то для их измерения идеально подойдет мостовое включение. В центре цепи следует расположить вольтметр. Более простым примером использования станет тензометрическое устройство, схема которого будет собрана в качестве электрического моста. Его подключать нужно в одно из плеч. При этом сопротивление станет таким же, как и у других резисторов, причем в ненагруженном состоянии. Тогда напряжение прибора будет показывать 0.

Если говорить о принципах действия, то у такого устройства они заключаются в том, что величина сопротивления станет увеличиваться или уменьшаться, полностью завися от того, какие усилия будут прикладываться. Следует заметить, что на точность показателей полностью влияет температура резисторов. Если в другое плечо будет включено аналогичное сопротивление, которое не поддается нагрузке, то оно должно компенсировать приспособление.

Выводы

Если говорить кратко, то принцип действия таких тензодатчиков основан на том, чтобы преобразовать деформацию в электрический сигнал. При этом для каждой отдельной цели будут использоваться различные конструкции такого устройства. Если человек выбирает тензометрическое приспособление, то нужно заранее определять, есть ли в схемах специальная компенсирующая сила, которая будет помогать избегать искажения показаний как из-за температуры, так и из-за других воздействий на устройство.

Каждый человек должен понимать, что такой прибор является очень популярным, так как без него не обходится многая техника. Разобраться в способе действия принципов работы такого приспособления будет несложно, ведь такое оборудование действительно простое и для того чтобы понять его сущность, нужно иметь элементарные знания по физике со школьных времен.

Следует заметить, что данное устройство получило большое количество вариаций, есть несколько типов таких датчиков, поэтому нужно полностью отталкиваться от целей при выборе и понимать, что человеку конкретно необходимо.

Подводя итоги, можно сказать, что тензодатчик – это важный элемент, составляющий основу механизма любого электронного весоизмерительного оборудования. Электронное весовое оборудование, в отличие от механического оборудования, благодаря применению датчиков силы, стало менее громоздким, более точным и намного более функциональным.

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

То, где используются такие устройства, полностью зависит от типов тензометрических датчиков. Если говорить о высокотемпературных приспособлениях, то они, как правило, применяются на металлургических и других предприятиях. Измерительные датчики, которые имеют упругий элемент, создаются из нержавеющей стали для того, чтобы обеспечить работу в химически агрессивной среде. Тензодатчики используют со штамповочными прессами, а также на других предприятиях, где необходимо проводить обработку металлов.

Следует заметить, что тензометрические датчики веса используются для того, чтобы передавать электрический сигнал на измерительный прибор. Работают они таким образом, что при взвешивании устройство деформируется, вместе с ним и тензорезисторы, которые соединены в схему.

Обычное устройство делается в виде шайбы, колонны или же балки, также встречаются S-образные варианты. Если говорить обо всех конструкциях, то важно, чтобы вся сила прикладывалась только в одном направлении: либо сверху вниз, либо наоборот.

При этом следует заметить, что при тяжелых условиях труда благодаря устройству тензометрических датчиков можно легко снизить действие паразитных сил. Однако именно от этих характеристик полностью зависит цена устройства. Как правило, на такие датчики стоимость составляет от сотен рублей до сотен тысяч.

Оцените статью
MALIVICE.RU
Adblock
detector