Что такое тензодатчик и как он работает - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Для настольных весов производители предпочитают пластик или стекло, а для промышленных напольных весов более прочный и долговечный материал, способный выдерживать большие нагрузки, – металл. Металлический корпус должен быть окрашен или защищен антикоррозийным средством.

Давайте сначала разберемся в принципе работы тензометрических датчиков. Когда на тело действует внешняя сила, оно деформируется и противодействует приложенной силе. Эта деформация тела вызывает воздействие на тензометрический элемент. Результатом является электрический сигнал, который считывается системой оценки для получения результата измерения. Но почему именно этот тип устройства?

Тензодатчики используются для:

Измерение веса. В зависимости от конструкции измерительного блока они могут использоваться при сжатии или растяжении. Соответственно, их назначение – измерение веса на платформах (например. магазинные весы) или на подвеске (краны и т.д.).
Измерение давления. Например, в трубопроводах с газами и жидкостями.
Измерение крутящего момента (в двигателях или станках).
Обнаружение ускорения.
Измерение движения.

В зависимости от типа измерительного элемента и принципа действия тензодатчики делятся на:

Тензометрические датчики.
Пьезоэлектрический.
Оптическая поляризация.
Оптоволокно.
Пьезорезистивный.

Конструктивные особенности тензометра определяют место его использования, поскольку его конструкция определяет наличие монтажных отверстий и векторы возможного приложения силы, а также сам процесс измерения. Тензорезисторы также могут иметь различную форму:

Кронштейны. Эти устройства используются для измерения количества в дозаторах, конвейерных лентах, платформах, бункерах, напольных весах.
Цилиндрическая. Используются для взвешивания вагонов, автомобилей, танков и кораблей – везде, где требуется измерение больших масс.
S-образный, растягивающийся, подходит для подъема грузов краном и подобных применений.

На практике тензометрические датчики выпускаются в различных вариантах.

Четырехпроводные тензодатчики лучше всего подходят для передачи сигнала на короткие расстояния. Шестипроводные датчики, благодаря наличию линий обратной связи, являются более точными и могут использоваться на больших расстояниях, так как эти две дополнительные линии позволяют компенсировать потери в длинных кабелях.

Содержание

Характеристики тензометрических датчиков

Основой является длина проволоки сетки (0,2-150 мм). Номинальное сопротивление R – значение активного сопротивления (10-1000 Ом). Рабочий ток питания Ip – ток, при котором тензодатчик заметно не нагревается. Перегрев изменяет свойства материала датчика, подложки и клеевого слоя, искажая показания. Коэффициент деформации: s = (∆R/R)/(∆L/L), где R и L – электрическое сопротивление и ненагруженная длина соответственно; ∆R и ∆L – изменения сопротивления и деформации под действием внешней силы. Для различных материалов он может быть положительным (R увеличивается при растяжении) и отрицательным (R увеличивается при сжатии). Значение s для различных металлов варьируется от -12,6 до +6.

Существуют различные модели датчиков, но наиболее часто используемым является тензодатчик, который изготавливается в различных вариантах: шайба, бочка, S-образная . В зависимости от применения выбирается необходимая версия.

Тензодатчики. Типы и эксплуатация. Устройство

Во многих компаниях существует необходимость измерения различных параметров, изменений в состоянии деталей, различных конструкций. Для этих задач используются тензометрические датчики. Они преобразуют величину напряжения в электрический сигнал. Это достигается путем увеличения или уменьшения сопротивления датчика при деформации, или путем изменения геометрии датчика за счет сжатия или растяжения. Результатом является значение напряжения.

Резистивный преобразователь, является основной частью высокоточных устройств и приборов. Он изготовлен из чувствительного тензодатчика в виде проволоки или алюминиевой фольги. Резистор изменяет свое сопротивление под воздействием деформации и посылает сигнал на индикатор.

Многие типы тензодатчиков используются в различных отраслях промышленности:

Приборы для измерения силы и нагрузки.
Датчики давления.
Измерители ускорения.
Измерители объема.
Датчики контроля крутящего момента для станков, автомобильных двигателей.

Модели датчиков различаются, но наиболее распространенным является датчик определения веса, который выпускается в различных вариантах: шайба, бочка, S-образная . В зависимости от приложения, необходимая вам версия будет соответствовать вашим потребностям.

Тензодатчики классифицируются по форме и конструкции, в зависимости от типа датчика.

Используются следующие типы датчиков:

Изготовлен из фольги.
Фольгированный.
Датчик из проволоки.

Датчик фольги.

Наносится на поверхность в качестве клея. Структура датчика состоит из полоски фольги толщиной 12 мкм. Часть фольги плотная, остальная часть – решетчатая. Эта конструкция отличается тем, что к ней можно припаять вспомогательные контакты. Такие датчики можно легко использовать при низких температурах.

Датчики из фольги

изготавливаются так же, как и фольговые датчики, за исключением материала, из которого они изготовлены. Эти типы изготавливаются из тензочувствительных пленок, на которые нанесено специальное покрытие для повышения чувствительности датчика. Эти измерительные приборы подходят для контроля динамических нагрузок. Пленки изготавливаются из германия, висмута, титана.

Проволочная версия

Проволочная версия может точно измерять нагрузки от сотых долей грамма до тонн. Их называют одноточечными датчиками, поскольку измерение производится не на поверхности, а в одной точке, в отличие от пленочных и фольговых датчиков. Натяжение и сжатие можно контролировать с помощью проводных датчиков.

Принцип работы тензометрических датчиков

Тензометрические датчики состоят из тензометрического датчика в виде тензометрической пластины, на пластине которой имеется контакт. Он находится в контакте с измеряемым телом. Основное действие датчика заключается в воздействии на чувствительный элемент заготовки. Электрические провода, подключенные к плате датчика, используются для подключения датчика к источнику питания.

На контактах присутствует постоянное напряжение. Заготовка помещается на тензодатчик через подложку. Вес детали разрывает цепь путем деформации. Деформация преобразуется в токовый сигнал.

Тензомост позволяет измерять минимальные нагрузки, тем самым расширяя возможности прибора. Схема подключения тензомоста основана на законе Ома. Если сопротивления равны, то протекающий ток будет одинаковым. Действие извне называется “внешним фактором”, изменение сигнала – “внутренним фактором”. Таким образом, можно сказать, что принцип работы датчика заключается в определении внешнего фактора с помощью внутреннего.

В повседневной жизни тензометрические датчики работают на весах. Тензометрические датчики подключаются к рабочей поверхности весов. Подключение к источнику питания весов осуществляется с помощью батарей.

Этот показатель характеризуется высокой точностью. Точность измерительных элементов составляет менее 0,02%, что является высоким результатом. Существуют приборы с чувствительностью намного выше этой величины. Их работа основана на контроле силы. Значение силы прямо пропорционально преобразованному сигналу тензодатчика.

Функциональные возможности датчиков силы

Преобразователи силы, или динамометры, являются частью оборудования для измерения веса. Без них система автоматизации процессов не может работать на производственном предприятии. Они используются в сельском хозяйстве, строительстве и металлургии.

Работа основана на изменении напряжения в сигнале. В этом действии участвует множество различных явлений, что привело к разработке нескольких типов тензодатчиков:

Прикосновение.
Резистивный.
Пьезорезонанс.
Пьезоэлектрический.
Магнитный.
Емкостный.

Тактильные датчики

Этот тип датчиков является самым новым, он появился после появления робототехники. Тактильные датчики делятся на: датчики силы, датчики касания, датчики скольжения. Первые два определяют силу и различаются по сигналу. Они отличаются от других своей небольшой толщиной благодаря использованию специальных материалов, обладающих прочностью, упругостью и эластичностью.

Конструкция состоит из 2 панелей (1 и 2). Между ними находится прокладка (3) с ячейками из изоляционного материала. Один провод подключается к верхней пластине, другой – к нижней. Когда на верхнюю пластину действует сила, она прогибается и закрывается вместе с нижней пластиной. Падение напряжения на резисторе является выходным сигналом.

Тензометрический датчик сопротивления

Это широко используемый тензометрический датчик, поскольку он имеет диапазон силы от 5 Н до 5 МН и используется для различных нагрузок. Его преимуществом является линейность выходного сигнала. Рабочим элементом является тензометрический датчик, состоящий из проволоки, помещенной на упругую подложку.

1 – субстрат
2 – чувствительный элемент
3 – контакты

Датчик застрял на измеряемом объекте. Сопротивление резистора изменяется в результате деформации, как и сигнал питания.

Пьезоэлектрический резонансный тензометр

В датчиках этого типа используются два эффекта: обратный и прямой. Чувствительным элементом датчика является резонатор. Обратный пьезоэлектрический эффект вызывается напряжением, которое создает заряд, это известно как прямой пьезоэлектрический эффект.

Вибрации резонатора вызывают резонансные колебания. Пьезорезонансные датчики подключаются в различные цепи. На рисунке показана схема с генератором частоты и резонансным фильтром. Сила действует на резонатор, изменяя частотную настройку фильтра, от которой зависит выходное напряжение.

Пьезоэлектрические тензометрические датчики

Работа основана на прямом пьезоэлектрическом эффекте. Материалы включают кристаллы титаната бария, турмалина и кварца. Они химически устойчивы, высокопрочны, и их свойства мало зависят от температуры окружающей среды.

Суть эффекта заключается в действии силы на материал. Возникают заряды разной полярности, величина которых зависит от силы. Датчик состоит из корпуса, двух пьезоэлектрических пластин и проводов. При воздействии силы пластины сжимаются, и на усилитель сигнала подается напряжение.

Эти тензодатчики используются для контроля динамических сил.

Магнитные тензодатчики

Магнитострикция является основным явлением для этого типа датчиков. Этот эффект вызывает изменение геометрии размеров в магнитном поле. Изменение геометрии изменяет магнитные свойства, что называется магнитоупругим эффектом. Когда сила снимается, свойства тела возвращаются.

Это определяется перестройкой атомов в кристаллической решетке в магнитном поле или действием силы. В нашем варианте индукционная катушка помещается на ферромагнитный сердечник. Сила деформирует сердечник, создавая состояние напряжения.

Изменение сердечника изменяет его проницаемость, тем самым изменяя магнитное сопротивление и индуктивность катушки.

Датчики с двумя катушками нашли широкое применение. Первичная обмотка питается от осциллятора, а вторичная создает ЭДС. Во время деформации магнитная проницаемость изменяется. В результате ЭДС второй катушки изменяется.

Емкостные датчики

Это параметрический тип датчика, представляющий собой конденсатор. Чем больше площадь пластины, тем больше емкость. И чем больше зазор между пластинами, тем меньше емкость.

Это свойство используется при разработке емкостных датчиков. Для облегчения измерений емкость может быть преобразована в ток. Для этого используются различные системы соединений.

Обычно используется вариант с диэлектрическим сжатием между пластинами.

Преимущества тензометрических датчиков

Повышенная точность измерений.
В сочетании с измерением напряжения они не искажают данные измерений. Это удобство важно при использовании датчиков на транспорте или в критических ситуациях и условиях.
Благодаря небольшому размеру они подходят для всех размеров.

Недостатки тензометрических датчиков, это отсутствие чувствительности к резким изменениям температуры. Для получения точных результатов рекомендуется проводить измерения при комнатной температуре.

Подключение тензометрических датчиков

Деформационные датчики можно легко подключить с помощью электрической схемы. Перед приобретением тензометрических датчиков определите длину соединительного кабеля. Если кабель короткий, точность индикатора будет значительно снижена. Это можно оптимизировать, используя контроллер SE 01, который работает вместо усилителя.

Если в весах используются различные индикаторы, они должны быть соединены в параллельную цепь с помощью специальных коробок. Провода датчика должны быть заземлены, независимо от типа источника питания. Заземляющее соединение выполняется в одной общей точке. Для этого используется распределительная коробка.

Затем проверьте правильность подключения датчиков в соответствии с электрической схемой, надежность контактов и заземления. Устройство устанавливается с помощью экранированного кабеля. Он подавляет помехи и не требует дополнительных модулей. Передатчик подключается к дозатору аналогичным образом.

Автомобильные весы PR 6221 аналоговые и цифровые

Какие существуют типы тензодатчиков?

Существуют различные типы тензодатчиков в зависимости от области применения. Тензодатчики консольного типа часто устанавливаются в напольных весах. Тензодатчики компрессора обычно встраиваются в систему (весы с резервуаром), на которую сверху помещается груз. В обоих вариантах самым важным элементом является тензодатчик, независимо от того, напольные это весы или настольные.

Обзор категорий

PR 6201 Прецизионный тензодатчик для измерения силы сжатия

PR 6212 Компактный тензодатчик

Тензодатчик Tigo S-типа LC

MP79 / MP79T тензодатчик изгибающей балки

Тензодатчик штанговый тензодатчик MP 58, MP 58 T

Тензодатчик изгибающей балки MP 77

Тензодатчик с изгибающейся балкой PR 6207

Индикатор уровня PanCake PR 6251

PR 6211 Компактный измеритель силы сжатия

S-образный датчик нагрузки на растяжение PR 6246

S-образный датчик силы сжатия PR 6241

Модуль взвешивания Novego

Модуль взвешивания Contego

PR 6202 Измеритель силы сжатия

Одноточечные тензодатчики

Тензодатчик MP 55 для платформ

Автомобильные весы PR 6221 аналоговые и цифровые

Цифровой тензодатчик Pendeo для автомобильных весов

Весовой модуль Novego

Модуль взвешивания Contego

Измеритель силы сжатия PR 6202

Автомобильные весы PR 6221 аналоговые и цифровые

Цифровой тензодатчик Pendeo для подвесных автомобильных весов

Прежде всего, мы хотели бы отметить, что термин “тензодатчик” включает в себя тензодатчики и датчики нагрузки. Дело в том, что тензометрические датчики – это самый широкий термин, охватывающий все типы тензодатчиков. Существуют различные способы измерения деформации: тензометрический, пьезорезистивный, оптико-поляризационный, волоконно-оптический и механический – просто считывание показаний с механической тензометрической линейки. Каждый из этих методов дал название типу тензометрического датчика. А поскольку тензодатчики являются самыми распространенными среди электронных тензодатчиков, название стало практически разговорным.

Типы тензометрических датчиков

Одноточечные тензометрические датчики. Их главным преимуществом, а также недостатком является возможность собрать систему взвешивания, используя только один датчик. Они используются в наполнительных и дозирующих машинах, а также в небольших платформенных весах с малой нагрузкой на платформу.

Балочные тензодатчики (консольная поперечная балка). Используются в качестве чувствительных элементов в весах и системах взвешивания с общей массой LFL 5-7 тонн.

S-образные (балка растяжения-сжатия) тензодатчики. Подходит для использования в подвесных и бункерных весах. Тензодатчики оснащены шарнирными подвесами, что сокращает время, необходимое для установки и ввода в эксплуатацию. Эти тензодатчики основаны на принципе преобразования механической силы растяжения/сжатия в электрический сигнал, который пропорционален механической силе.

Цилиндрические тензодатчики. Они работают по принципу преобразования механической деформации, возникающей при сжатии, в пропорциональный электрический сигнал. Чаще всего они используются в новых или модернизированных весах, автомобильных весах или многотонных бункерных весах, а также в испытательных стендах.

Датчики колонок. Элемент измерения силы выполнен в виде колонны. Используется в автомобильных весах, железнодорожных весах и т.д.

Датчики платформенного типа. Используется в автомобильных весах, вагонных весах, весах-цистернах и весах-бункерах.

Датчики торсионной нагрузки. Также известны как диафрагменные тензодатчики, шайбы, “гранулированные”, круглые тензодатчики. Они используются в производстве автомобильных, железнодорожных и судовых весов, а также в конвейерном весовом оборудовании.

Другое. Включает узкоспециализированные нишевые модели.

TENSODATCHICK – Тензометр, устройство для измерения механической ДЕФОРМАЦИИ, например, вызванной движением моста или ледника. Электрические тензодатчики используют явление (впервые замеченное лордом Кельвином в 1856 году), что если кабель,…

Тензодатчик

ТЕНЗОДАТОР – Тензометр, прибор для измерения механических деформаций, например, вызванных движением моста или ледника. Электрические тензодатчики используют явление (впервые замеченное лордом Кельвином в 1856 году), что если кабель перемещается o…..

TENSOR – (от лат. tensus – напряжение и датчик) – это механико-электрическое устройство, которое преобразует напряжение твердого тела, вызванное приложенным механическим напряжением, в электрический сигнал, это чувствительный элемент в…

тензометрический датчик – Существительное, синонимы: 2 – датчик (31) – тензометр (5) Словарь синонимов ASIS. V. N. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Тензометрический датчик – [Я.Н.Лугинский, М.С.Феси Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и энергетике, Москва, 1999] Темы по электротехнике, основные понятия EN тензометрический датчик … Руководство технического переводчика

ВЕЛИЧИНА НАПРЯЖЕНИЯ – измерительный преобразователь в виде (см.) преобразователя, сопротивление которого изменяется под воздействием (см.) тела, на котором он установлен … Большая политехническая энциклопедия

тензометрический датчик – įtempio jutiklis statusas T sritis automika atitikmenys: angl. strain gage; strain gauge; strain sensor vok. Dehnungsgeber, m; Tensogeber, m rus. тензометр, m pranc. capteur tensométrique, m; jauge extensïométrique, f … Автоматический терминал žodynas

датчик нагрузки – įtempio jutiklis statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. strain gage; strain sensor vok. Dehnungsgeber, m; Tensogeber, m rus. тензометр, m pranc. capteur tensométrique, m; jauge extensométrique, f … Радиоэлектронный терминал žodynas

тензометрический датчик – įtempio jutiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. strain sensor; strain gage sensing element; strain gauge sensing element vok. Dehnungssensor, m; Spannungsgeber, m рус. тензометр, m; тензометрический датчик, m pranc. capteur… … Fizikos terminų žodynas

ВЕЛИЧИНА НАПРЯЖЕНИЯ – (от лат. tensus напряжение, деформация и тензометр) – измерительный преобразователь деформаций твердых тел в электрические сигналы, выполненный в виде электрического тензодатчика. Деформационные манометры работают в основном путем измерения деформации металлической проволоки (или фольги), которая … … Научные… Политехнический словарь

Читайте далее: