8-900-374-94-44
Тензодатчики, представляющие собой приборы электромеханического действия, используются в различных отраслях промышленности, а также в повседневной жизни достаточно широко. В каждом из них размещаются тензорезисторы, деформация которых преобразуется в электрический сигнал. На этом принципе работают тензодатчики веса.
Тензорезистор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов и пр.
При растяжении проводящих элементов тензорезистора увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение, что увеличивает сопротивление тензорезистора, при сжатии — наоборот. Относительные изменения сопротивления весьма малы (менее 10-3) и для их измерений требуются чувствительные вольтметры, прецизионные усилители или АЦП. Таким образом, деформации преобразуются в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников и далее — в электрический сигнал, обычно сигнал напряжения.
Тензодатчики, о которых хочу рассказать я, приобретены через Ебей в Китае. Это дешевые тензодатчики, ни каких документов на них нет, естественно ни о какой точности измерений, термостабильности преобразования, линейности преобразования и т.д. и т.п., я, думаю, и говорить не стоит. Тем более не известен материал, из которого сделан корпус тензодатчика, и что самое главное, материал, примененный в тензорезисторах. Для снижения влияния температуры должны применяться сплавы с низким ТКС. Внешний вид приобретенных датчиков можно увидеть на фото 1.
Схема включения тензорезисторов датчика показа на рисунке 1. Опытным путем было определены номиналы резисторов. Величина резисторов входящих в состав моста равна 1000 Ом. Номинал термокомпенсационного резистора Rk равен 75 Ом. Максимальная допустимая нагрузка датчика – 5кГ. Так как относительное изменение сопротивления тензодатчика очень малы, то и электрический сигнал с тензомоста будет очень маленьким, поэтому будет необходимо применение усилителя сигнала датчика. Для таких целей служат специальные инструментальные усилители. Инструментальный или измерительный усилитель, это устройство с дифференциальным входом. Он строится так, чтобы усиливать только разность напряжений, поданных на его входы и не реагировать на синфазное входное напряжение. Такой усилитель присутствует в специализированной микросхеме INA125. Схема данной микросхемы, взятой из документации на нее, показана на рисунке 2.
Здесь так же показана схема подключения тензодатчика мостового типа к данной микросхеме. Кроме инструментального усилителя в состав данной микросхемы сходит ИОН – источник опорного напряжения для питания моста тензодатчика. Выходное напряжение ИОН можно изменять дискретно, подключая к соответствующим выводам микросхемы, вывод 4. Эти же напряжения можно использовать в качестве опорного напряжения для АЦП при оцифровке выходного напряжения сигнала. Это уменьшает ошибки оцифровки при флуктуациях напряжения питания устройства. Еще одним из достоинств этой микросхемы является и то, что требуемый коэффициент усиления инструментального усилителя (масштабирующего), устанавливается всего одним резистором, на схеме – R1.
Микросхема и резистор, задающий коэффициент усиления инструментального усилителя установлены на небольшой печатной плате, рисунок 3.
Для проверки всей схемы был использован наспех собранный цифровой вольтметр, состоящий из АЦП преобразователя и микроконтроллера с индикатором. В качестве АЦП была применена микросхема ADS1286, это 12 разрядный АЦП, позволяющий оцифровывать напряжение сигнала на выходе INA125 с точностью до 0,001В. В программу контроллера была введена подпрограмма коррекции нуля.
И так, выяснилось, что зона чувствительности моего датчика начинается с пятидесяти граммов, примерно. Потом идет нелинейный участок до 370 граммов. Далее начинается линейный участок. Точность линеаризации проверить не удалось за неимением точных разновесов. Таким образом, в случае использования датчика в составе цифровых весов, последний должен быть преднагружен 370 граммами. Повторяемость показаний в принципе не плохая. Дрейф показаний при длительных нагрузках особо не проверял. Но при нагрузке в 1000 граммов через 9 часов непрерывного взвешивания показания изменились на 1 грамм. Это мое первое знакомство с данными датчиками, поэтому сделать однозначный конкретный вывод не могу. Но думаю, что существуют определенные места, где можно будет использовать эти «сверхточные» устройства.
Скачать “Скачать статью” tenzodatchiki-dlya-vesov.rar – Загружено 500 раз – 94 KB
Просмотров:9 048
www.kondratev-v.ru
В различных отраслях промышленности, а также в повседневной жизни достаточно широко используются тензодатчики, представляющие собой несложные приборы электромеханического действия. В каждом из них размещается механическое регистрирующее устройство, деформация которого преобразуется в электрический сигнал. На этом принципе работают тензодатчики веса, схема подключения которых может осуществляться в нескольких вариантах.
Все тензодатчики работают на принципе изменяющегося сопротивления в процессе механического воздействия на проводник. Простейшее конструктивное исполнение тензодатчика для весов сделано в виде проводниковой мелкоячеистой сетки, закрепленной на токопроводящей основе. В качестве такой основы может использоваться металлическая фольга. Полученный прибор при ударе или надавливании способен точно определить основные параметры такого воздействия: где, когда и с какой силой был нанесен удар.
Основная роль тензора в подобных ситуациях – своевременная сигнализация о воздействии. Чтобы полученные данные обрели необходимый формат, к тензодатчику веса подключаются дополнительные устройства.
В тензорных регистрирующих приборах для исполнительной схемы используется проволочный вариант, в котором присутствуют петли, перемычки и витки. Приборы с более высокой сложностью изготавливаются с применением фольгированных комбинированных схем. Это позволяет получать точные сведения при однокомпонентных, двух- и трехмерных и кольцевых деформациях.
Фиксация изменений сопротивления во время расширения или сжатия полупроводниковых и проводниковых пластин получила название тензорезистивного эффекта. В этом случае деформации подвергается сама атомарная структура какого-либо материала. Благодаря этим свойствам было создано много тензорезистивных приборов, нашедших широкое применение в различных областях.
В первую очередь эти физические свойства используются в тензодатчиках веса, устанавливаемых в бытовых напольных весах, в электронных весах магазинов, а также во многих промышленных установках, предназначенных для взвешивания крупногабаритных грузов. Тензодатчики веса выпускаются в широком ассортименте, что позволяет легко подобрать требующуюся комплектацию для конкретного случая. Кроме различных типов весов, эти приборы используются в балочных весовых регистраторах, измеряющих весовые нагрузки в мостовых и платформенных конструкциях. С их помощью регистрируется величина деформационного сдвига или изгиба.
Тензодатчики веса подключаются к индикатору или весовому терминалу двумя основными способами. Как правило, используется четырехпроводной или шестипроводной вариант. В основном, когда применяются тензодатчики веса, схема подключения бывает с помощью четырех проводов.
На различные типы весов грузоприемных устройств устанавливаются тензодатчики разных типов. Например, в автомобильных весах грузоприемные устройства выполняются в виде сборной конструкции. В этом случае применяются две полуплатформы, размещаемые на восьми тензодатчиках – по четыре на каждую из них. Обе группы приборов подключаются с помощью специальных суммирующих плат, объединяющих сигналы, поступающие с тензодатчиков. Они же выравнивают и угловые нагрузки за счет подключения в цепь дополнительных резисторов.
Четырехпроводная схема очень удобна, когда длина кабелей остается неизменной, а также отсутствует необходимость в компенсации температуры, влияющей на сопротивление кабелей. Данная схема очень простая для монтажа и подключения. В случае необходимости улучшить метрологические характеристики весов, применяется схема с шестью проводами, полностью компенсирующая внешние воздействия, в результате которых происходит изменение сопротивления в питающих кабелях.
electric-220.ru
Тензодатчик (он же — тенезометрический преобразователь) – достаточно простой электромеханический прибор, преобразующий деформацию регистрирующего механического устройства в электрический сигнал. Физические основы работы датчиков давления сформулированы давно, а вот широкое распространение в быту и незаменимость в различных промышленных отраслях – заслуга современных инженеров.
Принцип работы тензометрического устройства основан на изменении сопротивления проводника при механическом воздействии на него. В наиболее простом конструкционном исполнении датчик представляет собой мелкоячеистую проводниковую сетку, закрепленную на токопроводящую основу, например, металлическую фольгу. Принцип работы тензодатчика в человеческом виде – если где-то надавить или стукнуть, умный прибор определит место, силу и даже время удара. Правда, во всех случаях сам тензор является только источником сигнала о произошедшем событии , а его преобразование в цифровой формат – задача совсем других устройств.
Схема исполнения решеток тензорного регистрирующего прибора может выполняться в проволочном варианте: с перемычками, петлевые, витковые, а в более сложных приборах – возможны комбинированные фольгированные схемы, позволяющие оценивать однокомпонентные, трехмерные и даже кольцевые деформации.
Тензорезистивный эффект, позволяющий фиксировать изменения электрического сопротивления в твердых проводниках или полупроводниковых пластинах при их сжатии или расширении, связан с деформационными воздействиями на атомарную структуру материала. Свое практическое воплощение он нашел при создании целого конструктивного ряда тензорезисторов, без использования которых уже трудно представить жизнь современного человека.
Прежде всего, это тензодатчики веса. Будь то напольные весы в спальне посадивших себя на диету женщин, неизменные электронные атрибуты современных магазинов, промышленные установки взвешивания автомобилей на стройплощадках или балочные платформенные весы, без тензорезисторов не обойтись. В настоящее время ассортимент тензодатчиков веса настолько велик, что любой заинтересованный потребитель сможет без особого труда выбрать требуемую именно для его случая комплектацию. Остановимся на нескольких конструктивных типах промышленных тензодатчиков веса.
Консольные устройства в алюминиевом или стальном исполнении. Диапазон весовых нагрузок этих приборов достаточно широк, а разнообразие вариантов корпусного решения позволяет использовать их во многих хозяйственных и бытовых сферах.
Стальные тензодатчики типа «бочка» или «шайба». Обладают хорошими показателями по герметичности и защите устройства от внешних воздействий. Это касается и материала оболочки и изоляции электропровода.
Балочные весовые регистраторы. Область применения – измерение весовых нагрузок на мостовые и платформенные конструкции. Регистрируют деформации изгиба и сдвига. Фиксировать натяжение крепежных элементов помогут тензодатчики на растяжке, а допустимость подвесного груза на стройке S-образные.
Рассмотрим схему подключения тензодатчика.
remont220.ru
По типу выходного сигнала бывают тензодатчики аналоговые, выходной сигнал составляют миливольты, пропорциональный напряжению питания и разбалансировке измерительного моста в следствии приложенной нагрузки. Характерным параметром таких датчиков является рабочий коэффициент передачи – РКП и составляет для разных моделей 1мВ/В, 2мВ/В, 5мВ/В, 10мВ/В.
Цифровые тензодатчики в своей конструкции имеют встроенный аналого-цифровой преобразователь – АЦП и преобразователь интерфейса, как правило цифровой сигнал о весе передается по RS-485 интерфейсу, что позволяет производить установку платформы удаленно от весового терминала.По типу тензодатчики отличаются конструкцией, которая определяет область применения и способ установки в грузоприемное устройство. Рассмотрим конструкции тензорезисторных датчиков и их использование.
Самыми простыми являются одноточечные датчики, применяются в изготовлении платформенных весов малой грузоподъемности, оборудовании для фасовки, а также в бытовых электронных весах, торговых и лабораторных средствах измерения веса.
Тензодатчики балка на изгиб или сдвиг используются в системах дозирования, платформенных весах средней грузоподъемности, бункерах, напольных системах взвешивания, включая электронные весы для взвешивания животных.
В высокоточных системах измерения веса с высоким показателем наибольшего предела взвешивания в промышленности и на железнодорожном транспорте применяются тензодатчики торсионного типа, в качестве упругого элемента используется кольцо, при воздействии на которое происходит упругая деформация скручивания.
S-образные тензодатчики применяются для осуществления взвешивания грузов в конструкции крановых весов, а также в подвесных системах, при этом упругий элемент с тензорезисторами работает на растяжение. В случае крановых весов, это мобильные решения, технология взвешивания заключается в подвешивании весов за грузозахватное приспособление крана, а взвешиваемый груз фиксируется за грузозахватное устройство весов, после производят подъем груза и фиксацию показаний веса.
В случае проведения модернизации механических автомобильных или железнодорожных весов, а также производстве современных электронных платформенных весов для взвешивания транспорта, применяются тензодатчики башенного типа, комплектуемые узлами встройки. Установка тензодатчика в узел встройки обеспечивает надежное крепления и перемещение самоцентрирующихся датчиков башенного типа.
Иногда в случае проектирования нестандартных решений и реализации задач в системах измерения веса, производители тензодатчиков предлагают разработку и производство тензометрических датчиков по индивидуальному заказу на основании технического задания заказчика. Кастомные решения ограничивают универсальность и взаимозаменяемость тензодатчиков от разных производителей и делают систему взвешивания более узкоспециализированной.
vesovoy.info
Тензодатчики являются основным первичным устройством преобразования физической величины веса в нормированный электрический сигнал. Который впоследствии обрабатывается вторичными преобразователями (весовой индикатор, весопроцессор, аналого-цифровой преобразователь и т.д.). Тензодатчик, является наиболее уязвимым компонентом весоизмерительной системы. В процессе эксплуатации на датчики веса воздействуют: агрессивная окружающая среда, ударные динамические нагрузки, электростатическое воздействие (сварка), вибрации и т.д. Поэтому в периоды технического обслуживания, перед установкой на весы, а также в аварийных случаях, существует необходимость диагностики тензодатчиков.Далее рассмотрим алгоритм проверки состояния тензодатчика.
Общие рекомендации
Внимательно проверьте общее техническое состояние системы измерения веса:
Для выполнения диагностики необходимо:
Алгоритм проведения диагностики и поиск неисправности тензодатчика:
На предложенном ниже алгоритме изображены возможные неисправности и методика поиска неисправности. Далее подробнее рассмотрим каждый из тестов и последовательность выполнения проверки тензодатчика.
Тест 1: Проверка нулевого баланса
Измерение нулевого баланса необходимо для проверки состояния тензодатчика в ненагруженном состоянии, для этого тензодатчик извлекают из узла встройки и убирают с датчика веса всю приложенную нагрузку. Далее подключают источник питания 10 В в цепь возбуждения тензодатчика, с выходной цепи снимают сигнал в мВ и сравнивают со значением в калибровочном листе. Пример: при чувствительности тензодатчика 2мВ/В и питании 10В, напряжение нулевого баланса соответствует +- 0.02 мВ. В случае если значения выходного сигнала существенно отличаются от паспортных значений, можно судить о деформации упругого элемента тензодатчика, а также нарушении изоляционного слоя тензорезисторов.
Тест 2: Проверка сопротивления изоляции
Производится подключением мегомметра к кабелю тензодатчика и проверке на наличие тока утечки между корпусом тензодатчика и токоведущими частями. Низкое значение сопротивления изоляции меньше 1кОм свидетельствует о коротком замыкании (к.з.). Нормальным значением является сопротивление 5Мом. Короткое замыкание может быть между корпусом тензодатчика и токоведущими частями, а также в кабеле. При к.з. в кабеле и появлении тока утечки, кабель можно заменить, если это предусматривает конструкция тензодатчика.
Тест 3: Проверка целостности тензометрического моста (Мост Уитстона)
Целостность моста проверяется путем измерения входного и выходного сопротивления, а также сопротивления баланса моста. Отсоедините датчик из коробки или измерительного прибора. Входные и выходные сопротивления измеряется омметром, подключаемого к каждой паре входных и выходных проводов тензодатчика. Далее производится сравнение входного и выходного сопротивления со значениями в калибровочном сертификате или с технической спецификацией оригинального тензодатчика. Сопротивление баланса моста измеряется поочередным подключением омметра к каждой паре выводов кабеля. Значение сопротивления между парами, не должно отличаться более чем на 1-2 Ома.
Отличие входного и выходного сопротивления тензодатчика от паспортных значений, свидетельствует о неисправности тензометрического моста, появление сопротивления разбаланса, означает неработоспособность тензодатчика и необходимость замены. Подобные неисправности появляются, как правило, в следствии электрического воздействия (сварка, статическое поле, электрический пробой), физического (удары, прокручивание, боковые нагрузки), термического.
Тест 4: Проверка под нагрузкой
Датчик должен быть подключен к весовому индикатору или к прибору со стабильным источником питания не менее 10В. С помощью милливольтметра, подключенного к выходу тензодатчика, нагружают датчик и фиксируют показания выходного сигнала, при снятии нагрузки показания выходного сигнала должны вернуться к исходным . Будьте предельно осторожны, не перегрузите тензодатчик! В случае если при проведении теста показания будут отличаться при постоянно прикладываемой нагрузке и не возвращаться к исходным значениям, можно судить о нарушении контакта в клеевом слое между тензорезисторами и упругим элементом. Тензодатчик требует замены.
vesovoy.info
В различных современных сферах жизнедеятельности человека существует необходимость контроля разных конструкций путем замера параметров и текущего состояния данного элемента. Незаменимыми помощниками в таком деле выступают тензометрические датчики.
Ведущие технологии все чаще используют электронные тензодатчики, среди которых наибольшее распространение получили тензорезистивные модели устройства. Тензометрические элементы могут измерять вес, силу, давление, передвижение и т.п.
Широкое применение нашли тензодатчики для весов, промышленных станков, различных двигателей, используются в строительной области и многих других направлениях.
В различных промышленных отраслях применяется огромное множество тензометрических преобразователей. Различают следующие типы устройств:
Для весов тензодатчики являются наиболее типичным конструктивным элементом. В зависимости от применения структуры грузовой принимающей поверхности используются датчики следующих видов:
Существует классификация измерительных тензодатчиков, зависящая от конструктивной особенности – элемента чувствительности. Исходным материалом определены такие модели:
В основе принципа устройства использован тензоэффект. Его суть заключается в изменении рабочего противодействия полу- и проводниковых элементов во время их растяжения или сжатия – механической деформации.
Тензодатчики представляют собой конструктивный набор из тензорезистора, который имеет коммуникативную точку на панели. Последняя соединяется с материалом для измерения. Функциональная схема срабатывания тензометрического датчика заключается в том, что происходит воздействие на элемент чувствительности. Подсоединение прибора к источнику питания проводится при помощи электроотводов, которые имеют контакт с чувствительной пластиной.
Контактные места характеризуются наличием постоянного напряжения. Тензодатчик принимает на себя деталь через специальную подложку. Масса материала прерывает цепь за счет деформационных искажений. Полученный процесс трансформируется в электрический сигнал тока.
Тензометрический датчик давления зачастую используется с тензоусилителями переменного тока. В данной системе совершается амплитудная модуляция напряжения, которая подается непосредственно на преобразовательные датчики.
Тензометрическое средство измерения состоит из:
Под упругим элементом подразумевается тело, принимающее на себя нагрузку. В основном производится из специальных марок стали, которые заранее прошли термическую обработку. Это оказывает влияние на получение стабильных показаний. Форма изготовления представлена в виде стержня, кольца или консоли. Стержневая конструкция более востребована и широко распространена.
Тензорезистор – это проволочный или фольговый резисторный узел, который приклеивается к стержню. Данная деталь тензометрического датчика меняет свое сопротивление относительно деформации стержня, а деформационное искажение, в свою очередь, пропорционально нагрузке.
Корпус измерительного прибора предохраняет внутреннюю конструкцию от всевозможных механических повреждений, в том числе и от негативных воздействий окружающей обстановки. Корпус соответствует нормам международного стандарта и имеет различные формы.
Герметичный разъем необходим для коммуникации датчика с дополнительным оборудованием (весы, усилители и т.п.) посредством кабеля. Существуют вариативные схемы соединения. Конструктивные особенности некоторых тензодатчиков предусматривают замену кабеля.
Тензометрические датчики силы имеют другое распространенное название – динамометры. Данные средства измерения являются составной частью весового оборудования. Их необходимость трудно переоценить, так как они функционируют во всех автоматизированных технологических системах любого производства. Они нашли применение в сфере сельского хозяйства, медицине, металлургии, автомобилестроении и т.д.
В данном методе измерений происходит множество манипуляций, и в соответствии с этим различают несколько типов тензодатчиков:
Тензометрические датчики веса состоят из трех элементов:
Датчики используются в весовом оборудовании промышленного назначения и личного пользования. Более популярны данные средства измерения в производственных сферах и имеют такие типы:
Они следующие:
Недостатком можно считать потерю чувствительности функционирующих элементов при критических перепадах температуры.
fb.ru
Электронные весы наиболее часто комплектуются тензорезисторными датчиками веса (тензодатчик). В зависимости от типа весов и условий эксплуатации для измерения усилия передаваемого грузоприемной платформой на датчик веса, выбирается соответствующий тип тензодатчика. Существует несколько основных типов тензодатчиков в зависимости от вида упругого элемента и прилагаемого усилия деформации. Рассмотрим тензодатчик – балка на изгиб/сдвиг.
Тензодатчик – балка на сдвиг наиболее распространённый тип тензодатчика широко применяется в конструкциях платформенных и бункерных весов. Датчик фиксируется на грузоприемном устройстве болтовым соединением и опирается на перекрытие (пол) регулируемой по высоте опорной ножкой. Изменяя высоту опорной ножки, можно нивелировать разницу по уровню основания, на которое устанавливаются весы.
Монтаж тензодатчика также может быть выполнен фиксацией корпуса тензодатчика к конструкции перекрытия и грузоприемному устройству болтовым соединением. В случае взвешивания крупногабаритных грузов, во избежании динамических, ударных нагрузок на тензодатчик, целесообразно предусмотреть демпфирующую вставку, между грузоприемным устройством и тензодатчиком. Для этого существуют эластомерные опоры, выполненные из амортизирующего материала.
Тензодатчики балочного типа можно применять в конструкциях электронных весов для взвешивания и дозирования жидкостей в емкостях. Тензодатчики для этих целей представлены различными производителями и имеют унифицированную конструкцию.Тензодатчик – балка на изгиб представлен на рисунке слева. На корпусе любого тензометрического датчика стрелкой указывается направление нагрузки. Установку и монтаж тензодатчика необходимо провести так, что бы силопередающее устройство воздействовало на тензодатчик, в направлении указанном стрелкой на датчике. Правая часть тензодатчика представленного на рисунке жестко фиксируется на конструкции двумя болтами, к левой части тензодатчика подвешивается грузоприемное устройство (емкость, бункер).
Для платформенных и бункерных весов обычно используют конструкцию из четырех тензодатчиков размещенных по углам грузоприемной платформы. Сигнал с каждого тензодатчика суммируется в соединительной плате, а после обрабатывается весовым индикатором или терминалом. В случае использования подвесной конструкции можно ограничиваться и одним датчиком веса, в зависимости от требуемого наибольшего предела взвешивания весов(НПВ). НПВ датчиков веса работающих на изгиб, как правило не превышает 2-х тонн.
Корпус датчиков веса изготавливается из нержавеющей стали, алюминия, сплавов и отвечает степени защиты IP66, IP67, IP68. Внутри тензометрического датчика работающего на изгиб, установлен упругий элемент, который деформируется под действием приложенной силы. При снятии воздействия, восстанавливается до исходного состояния. На упругом элементе размещаются тензорезисторы соединенные по схеме мост Уитстона, 2 работают на сжатие и 2 на растяжение. Такая схема позволяет предусмотреть термокомпенсацию, изменение температуры окружающей среды(в определенных пределах) не влияет на метрологические характеристики тензодатчика.
Деформация пластины с тензорезисторами Мост Уитстона
Балочные датчики веса производятся многими производителями: CAS, Mettler Toledo, Flintec, HBM, Zemic, RLWS, VISHAY, множеством производителей из Китая, а также отечественными заводами.
vesovoy.info