Как работает тензодатчик?

Во многих отраслях промышленности необходимо измерение размера деформации. Для таких целей применяется тензодатчик давления, который помогает преобразовать уровень деформации в определенную величину. Благодаря этому можно определить её значение.

Виды и сфера применения

Для начала разберемся в принципе действия тензометрических датчиков. При воздействии на тело внешних сил оно деформируется, противодействует приложенной силе. За счёт деформаций корпуса датчика происходит воздействие на измерительный элемент тензодатчика. В результате устройство выдаёт электрический сигнал, считывая который система обработки выдаёт результат измерений. Но для чего нужен такой тип устройств?

Тензометрические датчики используются для:

• Измерения веса. При этом в зависимости от конструкции измерительного узла могут использоваться на сжатие или на растяжение. Соответственно их назначение – измерение веса на платформах (например, весы в магазинах) или на подвесе (краны и прочее).
• Измерения давления. Например, в трубопроводах газов и жидких веществ.
• Измерения крутящего момента (на двигателях автомобилей или станков).
• Определения ускорения.
• Контроля перемещения.

По типу измерительного элемента и принципа работы тензодатчики делятся на:

• Тензорезистивные.
• Пьезоэлектрические.
• Оптико-поляризационные.
• Волоконно-оптические.
• Пьезорезистивные.

Конструктивные особенности тензодатчика определяет то где он применяется, ведь конструкция определяет наличие монтажных отверстий и векторов возможного приложения сил, соответственно и самого процесса измерения. По форме также тензометрические датчики бывают разных типов:

1. Консольные. Назначение таких устройств – измерение количества веществ в дозаторах, конвейерных, платформенных, бункерных и напольных весах.
2. Цилиндрические. Применяются для взвешивания вагонов, автомобилей, баков и емкостей – там, где нужно измерять большие веса.
3. S-образные, срабатывают на растяжение, подходят для измерения веса, поднимаемого краном и в других подобных конструкциях.

На практике тензометрические датчики могут производиться в совершенно разнообразном исполнении.

Конструкция

Тензорезистивный датчик обычно представляет собой специальную упругую конструкцию с закреплённым на ней тензорезистором и другими вспомогательными деталями. После калибровки, по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.

Существуют разные типы датчиков:

• датчики силы (измеряет усилия и нагрузки)
• датчики давления (измерение давления в различных средах)
• акселерометры (датчик ускорения)
• датчики перемещения
• датчики крутящего момента

Наиболее типичным применением тензодатчиков являются весы. В зависимости от конструкции грузоприёмной платформы, применяются тензодатчики различного типа:

• консольные
• s-образные
• «шайба»
• «бочка»

Конструкция резистивного тензодатчика представляет собой упругий элемент, на котором зафиксирован тензорезистор. Под действием силы (веса груза) происходит деформация упругого элемента вместе с тензорезистором. В результате изменения сопротивления тензорезистора, можно судить о силе воздействия на датчик, а, следовательно, и о весе груза. Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки. Для характеристики защиты тензодатчика от воды и пыли используется IP-рейтинг.

Описание

Тензодатчики классифицируются не только по своей форме, но и по конструктивным особенностям. Конструкция прибора зависит от типа чувствительного элемента. Для контроля деформации используются следующие типы контактов:

1. Фольговые;
2. Пленочные;
3. Проволочные.

Индикатор с фольговым элементом используется как наклеиваемый тензодатчик. Это очень удобная система, которая представляет собой фольговую ленту, толщиной до 12 мкм. Часть пленки имеет плотную форму, а часть – решетчатую. Данная модель отличается от остальных тем, что можно припаивать дополнительные контакты, к тому же они нормально переносят низкие температуры.

Фото – фольговый преобразователь

Пленочные являются аналогом фольговых, за исключением материала, из которого изготовлены. Производители изготавливают такие модели из тензочувствительных пленок с особым напылением, которое увеличивает чувствительность системы. Такие измерительные узлы удобно использовать при необходимости измерить динамические нагрузки. Производство пленок выполняется из таких материалов, как титан, висмут, германий.

Проволочные способны измерить нагрузку от нескольких сотых грамма до целых тонн (скажем, весовой бункер и прочие). Их называют одноточечные, т. к в отличие от пленочных и фольговых моделей, они измеряют в одной точке, а не площади. Такая конструкция позволяет использовать проволочные тензодатчики для измерения деформации сжатия и растяжения.

Фото – проволочная модель

Материал корпуса

Производители при выпуске электронных весов придают особое значение корпусу, так как в случае его деформации устройство не подлежит ремонту. В основном для изготовления корпуса используют такие материалы, как пластик, металл или стекло.

Для настольных весов изготовители предпочитают пластик или стекло, а для назначения весов в промышленных напольных – более прочный и долговечный, способный выдержать большую нагрузку материал, металл. Желательно, чтобы металлический корпус был покрашен или обработан антикоррозийным средством.

Принцип работы

Конструктивно прибор представляет собой тензорезистор с контактным элементом. Он закреплен на верхней панели устройства, которая соприкасается с измеряемым телом. Принцип работы любого тензодатчика основан на воздействии на чувствительный элемент определенной детали. Для включения датчика в сеть применяется специальные электрические отводы, которые подключаются к чувствительной пластине. Благодаря этому в контактном элементе наблюдается постоянное напряжение. Но, при работе датчика на специальную подложку устанавливается деталь. Её вес разрывает цепь и образовывается механическая деформация, которая при помощи контрольных контактов преобразуется в электрический сигнал.

Измерительный мост тензодатчика позволяет измерить наименьшие нагрузки, благодаря чему значительно расширяется использование прибора. Мостовая схема подключения тензометрического датчика основана на законе Ома, при котором если все сопротивления имеют равное значение, то ток, проходящий через резисторы, также будет иметь одинаковое значение. Здесь воздействие из вне принято называть «внешним фактором», а преобразование сигнала – «внутренним». Тогда принцип действия основан на анализе внешнего фактора при помощи внутреннего.

В бытовом использовании работы тензодатчиков наглядно демонстрируют электронные или цифровые весы. В них установлены специальные тензорезисторы, которые контактами соединены с рабочей поверхностью весов. Питание таких приборов производится при помощи батарей.

Фото – принцип работы тензометрического модуля Z-SG

Этот измерительный прибор обладает чрезвычайно высокой точностью анализа. Чувствительность рабочих элементов допускает погрешность не более 0,02 %, что является довольно высоким показателем. Но некоторые устройства выполняются с еще большим классом точности. Работа таких моделей основана на измерении силы воздействия на контакты. Электрический преобразованный сигнал является прямо пропорциональной величиной силе давления.

Достоинства тенодатчиков:

1. Высокая точность измерения;
2. Подходят для измерения статических и динамических напряжений, при этом, не искажают полученные данные. Это очень удобно при использовании устройств в транспортных средствах или экстремальных условиях работы;
3. Небольшие размеры позволяют использовать такие датчики практически в любых измерительных устройствах.

Но, у тензодатчиков есть и определенные недостатки. Любой преобразователь такого типа подвержен снижению чувствительности при перепадах температуры. Для наиболее точного измерения требуется производить опыты только при комнатной температуре и влажности не более 30 %.

Видео: Тензометрический датчик

Внутреннее устройство

Схема электронных весов в корне отличается от его механического аналога. Платформа весов оборудована специальными рамами, которые реагируют на любое движение или действие. Иными словами, когда человек встает на весы или кладет туда что-либо, рамы незаметно для человеческого глаза деформируются и показывают значение.

К раме устройства на клей прикрепляется тензодатчик, представляющий собой своеобразную микроскопическую пластинку. Уже от нее идут три провода, отвечающих за сопротивление. Под нагрузкой рамы деформируются и распределяют между собой излишнюю массу. Информация с каждого прибора складывается и высчитывается общее значение.

Важно знать. Тензодатчик – основной составляющий элемент сенсорного экрана напольных электронных весов или других видов.

Имеется еще мост четырехугольной формы, с прикрепленным к каждой стороне резистором. По одной диагонали моста идет питание, а по другой – передача параметров. Через провода соответственно проходит электричество. Такая конструкция весов гарантирует защиту датчиков от механических повреждений.

Как подключить

Подключение тензодатчика легко выполняется своими руками, если под рукой есть схема. Для начала Вам нужно будет купить устройство, при этом, учитывайте, какой длины нужен кабель для тензодатчиков. Его можно будет удлинить при острой необходимости, но тогда у индикатора значительно упадет точность. Нормализовать этот параметр путем встройки поможет контроллер se 01 тензодатчика, работающий как модуль-усилитель.

Фото – схема подключения

Если в весах используется несколько индикаторов, то их при помощи соединительных коробок нужно подключить параллельно. Независимо от типа питания также нужно заземлить провода датчиков. Монтаж заземления должен производиться в одной общей точке, для этого также может использоваться разветвительная коробка, например, CAS.

После производится исследование датчиков на правильность соединения. Перед выходом рекомендуется проверить все контакты и заземляющие петли. Установка приборов производиться при помощи экранированного кабеля, который глушит помехи, поэтому дополнительные модули не понадобятся. Аналогичным путем подключается преобразователь в дозатор.

Фото – стандартное подключение

От чрезмерного усилия преобразователь может сломаться, в таком случае не пытайтесь проводить его ремонт вручную.

Очень популярны модели тензодатчиков производства Utilcell, Zemic, Ацп, KELY (Кели), HBM (НВМ), НСК К-Б-12А и ДСТ. У моделей разные технические характеристики и применение, поэтому перед покупкой внимательно изучайте параметры.

Как поступить, если весы вышли из строя

Возникают ситуации, когда электронный прибор отказывается работать. Причина поломки, скорей всего, кроется в тензодатчиках. У каждой конструкции изготовителем предусмотрена максимально разрешенная нагрузка. Поэтому если допустимая масса превышена, то рамы гнутся, весы выходят из строя. Достаточно просто выпрямить рамы, и устройство готово к дальнейшей эксплуатации.

Если визуально определить причину поломки не представляется возможным, то диагностировать проблему можно с помощью тестера. В этом случае требуется отсоединить датчик от платы, затем произвести замеры сопротивления во всех трех проводах. Если в какой-либо части устройства параметры не соответствуют нормативам, то причина обнаружена. В противном случае, надо открепить микроскопическую пластину.

Важно знать. Пластину убираем осторожно, так как любое механическое повреждение может спровоцировать полную неработоспособность прибора.

Во внутренностях устройства обнаруживаем медную пластину с проводами. Иногда, причиной неисправности может быть обрыв провода. Тогда достаточно просто восстановить крепление. Но бывает и хуже, выходит из строя датчик и необходима его замена. Поменять датчик не составит труда, но после установки нового элемента весы нуждаются в калибровке. Иначе работоспособность не будет восстановлена.

Калибровка

Микроскопический принцип работы тензодатчика своеобразен и особен, в одной партии и с одного завода-изготовителя датчики все равно будут отличаться соединениями мостов. Маленькая погрешность, но будет присутствовать. Устранить ее поможет калибровка.

В случае неправильной калибровки или ошибочного измерения, датчик можно убрать из рабочего процесса просто снять с него нагрузку или с помощью резисторов имитировать требуемые параметры. Работоспособность механизма будет восстановлена, а благодаря тому, что общая масса вычисляется суммированием значений, замеры будут произведены точно.

Существует еще один способ – отключение неисправного элемента. Тогда его измерение механизм примет как нулевое значение.

Выяснить причину неисправности и устранить ее можно самостоятельно даже непрофессионалу, так как электронные весы – это простое сочетание резисторов и платы.

Модели

Ассортимент современных магазинов бытовой техники пестрит разнообразными предложениями электронных измерительных устройств. Но наибольшим спросом пользуется небольшой ряд моделей разных производителей.

Medisana 40419 TargetScale

Пальму первенства занимают многофункциональные весы Medisana 40419 TargetScale. Позволить себе приобрести их могут далеко не все, их цена достигает 15 тысяч рублей. Ими можно управлять с помощью мобильного телефона или другого подобного гаджета на платформе Android или IOS, достаточно синхронизировать их. Принцип работы электронных весов можно оценить сразу, показания будут перед глазами, а не где-то внизу у ног. Можно будет выводить на дисплей графики, показывающие динамику веса, жировых отложений, артериального давления, температуры тела и уровня сахара. Комфорт в управлении сочетается с великолепным внешним оформлением. Говоря простыми словами, «не весы, а сказка».

SUPRA BSS-6200GN

На втором месте рейтинга популярности стоят электрические весы SUPRA BSS-6200GN. Это самый бюджетный вариант, дает возможность узнать не только массу тела, но и содержание в ней жира и мышц. Пользуется спросом у женщин, придерживающихся здорового образа жизни и правильного питания.

Beurer BF-100

Третью позицию занимает модель Beurer BF-100. Погрешность измерений практически исключена. Этот экземпляр имеет восемь электродов, считывающих и передающих данные на компьютер, обладает способностью запоминать информацию не об одном пользователе. Платформа данной модели выполнена в комбинации металла и пластика, оборудованы выносным блоком управления. Стоят около восьми тысяч рублей. Большой популярностью не пользуются, так как, по отзывам покупателей у них крайне неудачная схема измерения состава тела.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Как снять счетчик электроэнергии —... Устройство и принцип работы электрическо... Вводное распределительное устройство ... Термоусадочные трубки — что нужно знать...