Принцип работы тензорезистора: Тензорезисторы определение и принципы работы

Содержание

Тензорезисторы определение и принципы работы

Что такое деформация?

Внешнее усилие, прикладываемое к упругому материалу, создает механическое напряжение, которое, в свою очередь, вызывает деформацию материала. В случае, если приложено усилие растяжения, длина материала L увеличивается и становится равной L + ΔL. Отношение ΔL к L, т.е. ΔL/L, называется деформацией. С другой стороны, если приложено усилие сжатия, длина L уменьшается до значения L-ΔL. В этом случае деформация равна (-ΔL/L).


Что такое тензорезистор?

Электрическое сопротивление металла изменяется пропорционально механической деформации, вызванной приложенным к металлу внешним усилием. При креплении тонкого слоя металла к объекту измерения поверх тонкого слоя диэлектрика, металл деформируется в зависимости от деформации объекта измерения и изменения его электрического сопротивления. Таким образом, тензорезистор - это чувствительный элемент, преобразующий собственную деформацию в изменение электрического сопротивления.

Конструкция тензорезистора

Тензорезистор состоит из решетки, выполненной из тонкой проволоки или металлической фольги, уложенной на изоляционную подложку, и подсоединенных выводов тензорезистора.


Принцип работы тензорезистора

При деформации объекта измерения эта деформация передается резистивной проволоке или резистивной фольге тензорезистора через его основание (подложку). В результате сопротивление проволоки или фольги изменяется. Это изменение точно пропорционально деформации,что отражает следующее уравнение:

Если R=R1=R2=R3=R4, сопротивление тензорезистора, из-за деформации, меняется и становится равным R+ΔR. Таким образом, изменение выходного напряжения Δe из-за деформации задается следующим выражением:

При измерении деформации с помощью тензорезистора, он подключается к измерительному прибору, называемому тензометром. Тензометр содержит мост Уитстона и подает напряжение возбуждения. Измеренное значение деформации отображается на цифровом дисплее и/или выводится в виде аналоговых сигналов.

На нашем сайте Вы можете купить (заказать) качественные японские тензорезисторы от производителя, аксессуары и химию (клеи и защитные покрытия) для тензорезисторов с отличным соотношением цена-качество. Для этого отставьте заявку на обратный звонок и наши специалисты свяжутся с вами в ближайшее время или напишите нам сообщение. В комментарии можно указать, какие модели тензорезисторов вы бы хотели заказать.

Принцип работы тензорезисторов и тензодатчиков

Принцип работы

Тензорезисторы

Тензорезисторы – это резисторы, сопротивление которых зависит от их деформации.

Широко используются решётчатые чувствительные элементы из тонкой металлической резистивной фольги.

Пьезорезисторы

Пьезорезисторы – это полупроводниковые датчики, сопротивление которых зависит от деформации.

Тензодатчики

Тензорезисторы являются основой тензодатчиков (Strain Gauge), служащих для косвенного измерения силы (веса, давления, момента, ускорения, перемещения) по деформации калиброванного элемента (пружины, стержня), вызванного действием этой силы.

Весоизмерительные ячейки

Весоизмерительные ячейки (Load Cell) – это тензодатчики, конструкция которых позволяет использовать их для измерения веса в различных промышленных приложениях (платформенные весы, резервуарные весы, конвейерные весы и т.п.).

Специальные монтажные компоненты компенсируют нежелательные (горизонтальные) нагрузки на весоизмерительную ячейку:

  • Самоцентрирующаяся качающаяся опора
  • Ограничитель качания
  • Стопор подъёма
  • Эластичная опора
  • Изгибная опора и др.

Мост Уитстона (Weatstone Bridge)

Мост Уитстона используется для регистрации изменения сопротивления.
В тензодатчиках с помощью моста Уинстона измеряют деформацию.

На упругий стержень наклеиваются четыре тензорезистора: 1,2,3 и 4 (см. рисунок) с одинаковыми характеристиками. Тензорезисторы включаются в плечи моста так, как показано на рисунке справа. На диагональ a-b моста подаётся постоянное напряжение E, диагональ c-d является измерительной. В ненагруженном состоянии мост сбалансирован и выходное напряжение моста U равно нулю.

Под воздействием силы F стержень деформируется, тензорезисторы 1 и 4 сжимаются, а тензорезисторы 2 и 3 растягиваются. Выходное напряжение моста U пропорционально силе F.


Как выбрать

Датчики силы, весоизмерительные ячейки

  • Приложение силы
    • Сжатие
    • Растяжение
    • Сжатие и растяжение
  • Конструкция
    • Балочного типа:
      • изгибный стержень
      • срезной стержень
    • Изгибная кольцевая пружина
    • S - образная (тензодатчики сжатия-растяжения)
    • Прямоугольная (Single Point)
    • Датчики сжатия мембранного типа
    • Датчики сжатия типа колонна
  • Специальное применение
    • Платформенные весы
    • Путевые весы
    • Резервуарные весы
    • Подвесные весы
    • Конвейерные весы
    • Ленточные весы
    • Рольганговые весы
    • Бункерные весы
  • Диапазон измерений (Н, кгс)
  • Точность измерений
  • Нелинейность
  • Гистерезис
  • Максимальная безопасная перегрузка
  • Защита от перегрузки
  • Ресурс (число циклов измерений)
  • Выходной сигнал.

Акселерометры (датчики ускорения)

  • Диапазон измерений (м/с2)
  • Нелинейность
  • Гистерезис
  • Безопасная перегрузка
  • Частотный диапазон
  • Выходной сигнал.

Датчики перемещения

  • Диапазон измерений (мм)
  • Нелинейность
  • Гистерезис
  • Усилие при измерении (Н)
  • Индикаторная шкала
  • Выходной сигнал.

Датчики крутящего момента

  • Диапазон измерений (Нм)
  • Нелинейность
  • Гистерезис
  • Безопасная перегрузка
  • Ограничитель перегрузки
  • Максимальная частота вращения
  • Выходной сигнал.

Общее для всех тензодатчиков

  • Выходной сигнал
  • Степень защиты корпуса
  • Материал
  • Класс взрывозащиты
  • Напряжение питания.


Анализаторы газа и жидкости

Системы идентификации

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

Как работает тензодатчик - Строительный журнал Palitrabazar.ru

Для справки. Остальные данные по сопротивлению проводов весового датчика весов CAS DB H можно посмотреть здесь. Допускается отклонение сопротивления от указанных +-1 Ом. Стандартное напряжение питания датчика – это +5В, но датчики обычно рассчитываются на 12В.

Способ №2 альтернативный.

Проверялся только на мостовой схеме, для других схем подключения может не подойти.

Находим контакты с максимальным сопротивлением, красный и белый провод имеют сопротивление больше всех , 422 Ом – это контакты для входного напряжения. Соответственно оставшиеся два синий и зеленый, есть контакты выходного сопротивления измерительного моста.

Мы намеренно опустили определение полярности входных и выходных групп контактов, что бы не перегружать материал информацией.

Определение полярности контактов для измерительного датчика весов (в разработке).

Тут все несколько неоднозначно, по крайней мере, для нас. Поэтому выкладываем только данные практических экспериментов. В качестве объекта измерения выбраны весы CAS DB 1H с тензодатчиком BC-150DB. Зная паспортные данные тензодатчика, имея 4 варианта подключения и зная правильную ориентацию на станине – снимем показания с выходного датчика. Правильное подключение по паспорту.

Вариант 1. (паспортное подключение)

Рис. Подключение тензодатчика по заводским параметрам.

  • 0кг, на выходе 0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен 1,160
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен 5,956
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен 10,751

Давление на датчик снизу вверх — дает на выходе отрицательное напряжение.

Вариант 2. (перевернутое подключение)

Рис. Подключение тензодатчика наоборот, на входе плюс подключаем к минусу, на выходе плюс соединяем к минусу.

  • 0кг, на выходе 0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен 1,150
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен 5,916
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен 10,679

Давление на датчик снизу вверх — дает на выходе отрицательное напряжение.

Как видно из показаний, данные АЦП несколько отличаются. В рабочем режиме весы начинают «врать», то есть показывать меньший вес, но если весы откалибровать — показания становятся правильными и весы становятся полностью работоспособными.

Вывод.

Фактически подключение не влияет на работоспособность весов в целом, но показания при разных подключениях имеют небольшое отличие. Тензодатчик можно заставить работать в обоих подключениях. Два других варианта подключения рассматривать не будем, так как показания вольтметра на выходе получаются отрицательными, а соответственно нас не интересуют.

Особенности и принцип действия тензометрических датчиков

Измерение напряжений и усилий в действующих узлах и конструкциях оборудования считается одной из наиболее сложных задач. Между тем в процессе эксплуатации техника подвергается разным видам нагрузок, которые определяют долговечность и надежность оборудования. Решение поставленных задач возможно с помощью тензометрических датчиков. Установка подобных устройств целесообразна тогда, когда в дополнение к производственным факторам добавляются остаточные напряжения, постепенно накапливаемые в ходе работы.

Описание и назначение

При измерении деформаций, напряжений и усилий при помощи тензометрических датчиков используют изменение значений омического сопротивления материала, которое вызывается упругими деформациями металлической проволоки или полупроводников стержневого исполнения. Изменение сопротивления датчика передаётся при помощи кабеля или бесконтактным путем на измерительный мост. Там оно преобразуется в усиленные электрические сигналы, которые и фиксируются прибором.

Все типы тензометрических датчиков (или, иначе – тензорезисторов) используют зависимость между напряжениями и деформациями – закон Гука – который справедлив в области упругих деформаций. Согласно закону Гука изменение электросопротивления, отнесённое к исходному значению данного параметра до деформации, пропорционально изменению удлинения, отнесённому к первоначальной длине измерительного элемента. Применяя коэффициент пропорциональности, который зависит от диапазона измеряемых параметров и материала устройства, устанавливают зависимость между нагрузкой на датчик и его удлинением:

R – исходное значение электрического сопротивления;

ΔR – изменение значения электрического сопротивления в процессе деформации;

k – коэффициент пропорциональности;

Δl – изменение длины при деформировании;

l – исходная длина измерительного элемента до приложения к нему эксплуатационной нагрузки.

Указанный тип устройств используется в весоизмерительной технике, поскольку относится к тензорным, определяющим усилия и внешние нагрузки.

Применяемость рассматриваемых измерительных элементов определяется материалом, из которого выполнен датчик. Чаще всего исходным материалом служит сплав константан, состоящий из 40% никеля и 60% меди. Для константана k ≈ 2; таким же порядком значений (1.5…3,5) обладают и другие сплавы постоянного электросопротивления.

Датчики полупроводникового типа имеют более высокие значения коэффициента пропорциональности. В зависимости от материала полупроводника (кремний или германий), а также состава легирующих добавок значения коэффициента достигают 50…70. В связи с этим полупроводниковые тензометрические датчики более чувствительны, и их применяют для оценки малых удлинений. Вместе с тем полупроводниковые датчики характеризуются повышенными отклонениями своего удлинения в диапазонах 1,5…9 % относительного удлинения. Для проволочных датчиков этот показатель не превышает 0,5%.

Конструкции тензометрических датчиков проволочного типа разрабатываются с учетом следующих ограничений:

  • С целью получения достаточной точности измерений величина сопротивления проволочного элемента должна находиться в пределах 100…1000 Ом;
  • Диаметр проволоки целесообразно иметь в диапазоне 0,01…0,03 мм;
  • Длина проволочного элемента не должна превышать 250…300 мм.

В некоторых случаях приведенные ограничения не позволяют устанавливать тензометрические датчики в виде проволок, поэтому измерительные устройства изготавливают из фольги или плоских измерительных решеток. Для предохранения от повреждений, которые могут возникнуть при транспортировке или сборке таких датчиков, для их крепления в напольном исполнении применяют подложку из бумаги или тонкого пластика.

Чтобы обеспечить электрический контакт с измерительной решеткой, на подложке размещают проволочные выводы, которые затем присоединяются к датчику при помощи пайки.

Виды тензодатчиков, включающих в себя активный измерительный элемент, контактные выводы и подложку:

  1. Плоский проволочный.
  2. Фольговый.
  3. Полупроводниковый, с одним или двумя стержнями.
  4. Трубчатый.

Краткая характеристика наиболее распространённых исполнений тензодатчиков приводится далее.

  • Консольные. Предназначены для измерения крутящих и изгибающих моментов, устанавливаются в метах наибольшего прогиба конструкций.
  • Цилиндрические. Наименее компактны, зато позволяют определять значительные напряжения, приближающиеся по своим значениям к пределу текучести лимитирующего материала.
  • S-образные. Дают возможность оценивать трехмерные деформации при объемном напряженно-деформированном состоянии. Чаще других нуждаются в поверке.

Устройство и принцип работы

По типу воздействия на исполнительные элементы конструкции различают тактильные, резистивные, пьезорезонансные, пьезоэлектрические, магнитные и емкостные датчики.

Тактильные

Срабатывают в результате механического действия на чувствительную поверхность. Позволяют устанавливать минимальные деформации, но при неточных настойках могут подавать и ложный сигнал.

Резистивные

Наиболее распространенный тип датчиков. Требуют подключения к слаботочной управляющей цепи, поскольку включают в себя тензорезисторный контур. Надежны при любом состоянии окружающей среды.

Пьезорезонансные

Относятся к устройствам полупроводникового типа, нуждаются в надежном обслуживании и тонкой настройке. Работают по принципу сравнения эталонного сигнала с фактическим.

Пьезоэлектрические

По своему действию подобны измерителям предыдущего типа, но подают сигнал при изменении значений контактных деформаций, прикладываемых к чувствительному элементу.

Магнитные

Изготавливаются из сплавов с переменным значением коэрцитивной силы, используются при измерении усилий в узлах оборудования, работающих в сильных электромагнитных полях.

Емкостные

Предназначены для измерения малых механических напряжений в деталях со сложной конфигурацией, когда изменение длины токопроводящей проволоки изменяет ее электрическую емкость.

Характеристика

Для изготовления тензометрических датчиков необходимо использовать материалы проволок, относительное изменение сопротивления которых пропорционально удлинению в максимальном диапазоне деформаций. При этом коэффициент пропорциональности k должен иметь большие значения. Для компактных устройств со значительной чувствительностью приходится применять материалы, обладающие высоким удельным сопротивлением. При этом температурная зависимость удельного сопротивления при изменении внешних условий должна быть незначительной, а лучше и вовсе отсутствовать.

Условия оптимального использования тензорезисторов:

  • Малое различие между коэффициентами теплового расширения материала конструкции (или узла) и измерительной проволоки устройства.
  • Нечувствительность к термическим напряжениям, которые возникают при соединении измерительного элемента с контролируемой частью оборудования или конструкции (для такого присоединения чаще всего используют пайку).
  • Хорошая обрабатываемость паяных соединений, которая не изменяет эксплуатационные параметры оборудования.
  • Надежность соединения, учитывающая возможные динамические удары и перемещения.

На параметр пропорциональности k влияют коэффициент Пуассона ε (представляющий собой условную меру изменения поперечного сечения детали при приложении к ней растягивающих напряжений) и теплофизические параметры материала, из которого изготовлен тензометрический прибор.

Схемы подключения

Конструкции тензометрических датчиков, в частности, их малая жесткость, вынуждают применять особые способы подключения рассматриваемых элементов. Например, участки проволочной решетки в местах возможного изгиба при деформации часто располагаются поперечно к направлению измерений. Они воспринимают составляющие удлинения, действующие именно в этом направлении, и поэтому недостаточно точно реагируют на силы и деформации продольного направления. Отношение чувствительности измерения удлинений в продольном и поперечном направлениях для датчиков проволочного исполнения находятся в пределах от -0,01 до +0,04.

Влияние описанного фактора уменьшается, если для измерения напряжений, крутящих моментов или усилий использовать фольговые силоизмерительные датчики. По аналогии с печатными схемами, измерительная фольговая решетка, которая расположена на пластмассовой подложке, может быть получена в результате травления тонкой металлической фольги. Кроме того, токовая нагрузка на тензометрические датчики фольгового типа больше, чем на проволочные, вследствие чего тепло от фольговых тензометров отводится лучше.

Тензорезисторы часто приклеиваются к исследуемому конструктивному элементу. Клеевое соединение обеспечивает постоянную передачу деформации через подложку на измерительную решетку. Поэтому к клеям предъявляется также и ряд особых требований:

  • Высокое сопротивление ползучести.
  • Отсутствие гистерезиса.
  • Влагостойкость.
  • Адгезионная способность.
  • Температуростойкость.

Наибольшую эксплуатационную надежность проявляют эпоксидные смолы холодного твердения. Для экспериментального определения многосторонней деформации используют розеточную систему данных устройств, которые образуют измерительный мост. При этом образованная схема состоит из не менее, чем четырех закрепленных на подложке датчиков, которые размещаются крестообразно, треугольником, т-образно, в виде звезды. Благодаря многолучевому размещению тензорезисторов их удлинения измеряются в двух, трех или четырех направлениях.

Сферы применения

Кроме определения удлинений, которые вызываются действием внешних нагрузок на конструктивные части оборудования, тензометрические датчики могут применяться для измерения собственных (остаточных) напряжений в момент их релаксации, это явление происходит при высверливании или разрезке некоторых конструктивных деталей и узлов.

Тонкопленочные датчики давления, которые изготавливаются путем осаждения из паровой фазы или распыления, используются для определения усилий, напряжений, крутящих моментов и деформаций в изоляционных элементах, которые размещаются непосредственно на полированных мембранах. Для калибровки резистивных элементов используется лазерная подгонка, повышающая точность замеров. Диффузионные полупроводниковые датчики давления могут проникать в кремниевую чувствительную к давлению диафрагму, и не связаны со свойствами поверхности. Это позволяет использовать их в технологиях миниатюрного тензометрирования.

Основным преимуществом тонкопленочных преобразователей является устранение нестабильности, вызванной клеем.

Технология тонких пленок считается более современной и обеспечивает превосходную стабильность при нулевом температурном режиме и полной чувствительности, а также высокую долговечность.

Часто применяемые условия для использования тензодатчиков перечислены далее.

Измерение веса

Необходимо в системах напольного типа, при помощи которых определяют массу груза. Характеризуются минимальными требованиями к точности монтажа и наладки.

Измерение давления

Используется в технологических линиях обработки металлов давлением. Одновременно производится также измерение рабочих сил и упругих деформаций. Датчики снабжаются силоизмерительным устройством с цифровой индикацией.

Измерение крутящего момента

Применяется для испытательного оборудования станций технического обслуживания автомобильного транспорта.

Определение ускорения

Иногда используется в экспериментальных лабораториях, где занимаются проектированием и испытаниями высокоскоростной рельсовой и безрельсовой техники.

Контроль перемещения

Самые распространенные отрасли применения – сейсмологические станции и фундаменты высокоточного массивного оборудования, преимущественно энергетического.

Плюсы и минусы

Тензорные датчики компактны, удобны при установке, практически не ограничивают работоспособность конструкции, где они установлены. Вместе с тем они часто подвержены эффекту старения, чувствительны к температурным напряжениям и иногда характеризуются повышенным разбросом получаемых данных. Тонкоплёночные тензорезисторы, кроме того, характеризуются низким уровнем выходного сигнала, ограниченными частотными характеристиками и влиянием высокого напряжения на точность получаемых результатов. Чаще других типов применяются в качестве весовых, а также для определения комплекса силовых факторов, постоянно изменяющихся в процессе работы оборудования или конструкции.

Преимущества тензометрических технологий:

  • Быстрое время отклика;
  • Простота компенсации температурных эффектов;
  • Малая чувствительность к динамическим воздействиям.
  • Невозможность обеспечить более низкие диапазоны измерений;
  • Снижение точности показаний при вибрациях;
  • Необходимость точного совмещения с окружающей средой;
  • Сложность первоначальной настройки.

Выпуск современных тензометрических датчиков регламентируется требованиями ГОСТ 21616-91.

Тензометрические датчики (Тензодатчики). Виды и работа. Устройство

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.

Виды
В разных отраслях промышленности используется множество видов тензометрических датчиков:
  • 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.

Применяются следующие виды датчиков:
  • Из фольги.
  • Пленочные.
  • Из проволоки.
Датчик из фольги

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

датчика может измерить точную нагрузку от сотых частей грамма до тонн. Они называются одноточечные, так как измерение происходит не на площади, а в одной точке, в отличие от датчиков из фольги и пленки. Проволочными датчиками можно контролировать растяжение и сжатие.

Принцип действия тензодатчиков

Тензометрические датчики представляет собой конструкцию из тензорезистора, имеющего контакт на панели. Она соприкасается с телом для измерения. Принципиальная схема действия датчика заключается в действии на чувствительный элемент исследуемой детали. Для подключения датчика к питанию используются электроотводы, соединенные с чувствительной пластиной.

В контактах существует постоянное напряжение. На тензодатчик кладется деталь через подложку. Вес детали разрывает цепь путем деформации. Деформация видоизменяется в сигнал тока.

Мост измерения тензодатчика дает возможность измерить минимальные нагрузки, расширяя этим применяемость прибора. Схема подключения мостом датчика основывается на законе Ома. Если сопротивления равны, то проходящий ток будет одинаковым. Действие снаружи обрело название «внешний фактор», изменение сигнала – «внутренний фактор». Тогда можно сказать, что принцип работы датчика заключается в определении внешнего фактора с помощью внутреннего.

В быту тензометрические датчики работают в весах. Тензорезисторы подключены с поверхностью работы весов. Подключение к питанию весов осуществляется через батареи.

Этот контрольный прибор имеет высокую точность. Погрешность чувствительных элементов составляет менее 0,02%, это высокий показатель. Существуют приборы с чувствительностью гораздо выше этого. Их работа основана на контроле действия силы. Значение силы давления прямопропорционально преобразованному сигналу тензодатчика.

Принцип действия датчиков силы

Датчики силы, другими словами динамометры входят в состав приборов, измеряющих вес. Их отсутствие делает невозможным работу системы по автоматизированию техпроцессов на производстве. Они используются в сельском хозяйстве, строительстве, металлургии.

Работа основывается на изменении деформации в сигнал. В действии происходит много разных явлений, которые обусловили несколько типов тензодатчиков:
  • Тактильные.
  • Резистивные.
  • Пьезорезонансные.
  • Пьезоэлектрические.
  • Магнитные.
  • Емкостные.
Тактильные датчики

Этот тип датчиков самый новый, появился после возникновения робототехники. Тактильные датчики делятся на: датчики усилия, касания, проскальзывания. Первые два определяют силу и отличаются сигналом. От других они отличаются небольшой толщиной из-за применения специальных материалов, обладающих прочностью, эластичностью, гибкостью.

Конструкция состоит из 2-х пластин(1 и 2). Между ними находится прокладка (3) с ячейками из изоляционного материала. Один провод соединен с верхней, второй с нижней пластиной. При воздействии силы на верхнюю пластину она прогибается и замыкается с нижней. Падение напряжения на резисторе является сигналом выхода.

Резистивный тензодатчик

Это широко применяемый вид датчиков, так как интервал усилий работы составляет от 5 Н до 5 МН, используются для разных нагрузок. Преимуществом его стала линейность сигнала выхода. Рабочий элемент – тензорезистор, состоящий из проволоки на гибкой подложке.


1 — Подложка
2 — Чувствительный элемент
3 — Контакты

Датчик приклеивают к измеряемому предмету. Под действием деформации изменяется сопротивление резистора, а соответственно подающего сигнала.

Пьезорезонансный тензодатчик

В этом типе датчиков применяются два эффекта: обратный и прямой. Элемент чувствительности датчика – резонатор. Пьезоэффект обратный обуславливается напряжением, которое вызывает заряды, это называется прямым пьезоэффектом.

Колебания резонатора вызывают резонансные колебания. Пьезорезонансные датчики подключаются по разным схемам. На рисунке изображена схема с генератором частоты и фильтра резонанса. Сила действует на резонатор, изменяет настройки частоты фильтра, от которых зависит напряжение выхода.

Пьезоэлектрические тензометрические датчики

Работа заключается на основе прямого пьезоэффекта. Им обладают такие материалы: кристаллы титаната бария, турмалина, кварца. Они химически устойчивы, имеют высокую прочность, их свойства мало зависят от окружающей температуры.

Суть эффекта состоит в действии силы на материал. Возникают заряды разной полярности, величина которых зависит от силы. Датчик состоит из корпуса, двух пьезопластин, выводов. При воздействии силы пластины сжимаются, возникает напряжение, поступающее на усилитель сигнала.

Такие тензометрические датчики используются для контроля динамических сил.

Магнитные тензометрические датчики

Магнитострикция является основным явлением для работы датчиков этого типа. Такой эффект меняет геометрию размеров в магнитном поле. Изменение геометрии изменяет магнитные свойства, что называется магнитоупругого эффекта. При снятии усилия свойства тела возвращаются.

Это определяется изменением расположения атомов в решетке кристаллов в магнитном поле или под действием силы. В нашем варианте катушка индуктивности расположена на ферромагнитном сердечнике. От силы сердечник деформируется, получая состояние напряженности.

Изменение сердечника дает изменение его проницаемости, а, следовательно, изменяется магнитное сопротивление и индуктивность катушки.

Широко применяемыми стали датчики с двумя катушками. Первичная – запитана генератором, во вторичной образуется ЭДС. Во время деформации магнитная проницаемость меняется. В результате меняется ЭДС 2-й обмотки.

Емкостные датчики

Это параметрический тип датчиков, представляющий собой конденсатор. Чем больше площадь пластин, тем больше емкость. А чем больше промежуток между пластинами, тем меньше емкость.

Это свойство применяют для конструкции емкостных датчиков. Чтобы было удобно пользоваться измерениями, емкость преобразуют в ток. Для этого пользуются разными схемами подключения.

Обычно применяют вариант со сжатием диэлектрика между пластинами.

Преимущества тензометрических датчиков
  • Повышенная точность измерения.
  • Сочетаются с измерениями напряжений, не имеют искажений данных измерения. Это удобство незаменимо при применении датчиков на транспорте или в критических ситуациях и условиях.
  • Малые размеры дают возможность применять их в любых измерениях.

К недостаткам тензометрических датчиков, можно отнести снижение чувствительности при резких изменениях температуры. Для получения точных результатов рекомендуется делать контроль измерения при комнатной температуре.

Подключение тензодатчиков

Подключить тензометрические датчики можно легко самому, используя схему. Перед приобретением тензодатчиков определите длину кабеля подключения. Если короткий кабель наращивать в длину, то точность измерения индикатором будет значительно меньше. Оптимизацию этого параметра можно произвести контроллером SE 01, который действует вместо усилителя.

Если в конструкции весов применяются разные индикаторы, то их соединяют по параллельной схеме с помощью специальных коробок. Проводники датчиков обязательно заземляются, независимо от вида питания. Установка заземления производится в общей одной точке. Для этих целей применяется коробка для разветвления.

Далее проверяется правильность подключения по схеме датчиков, надежность контактов и заземления. Монтаж прибора осуществляется экранированным кабелем. Он заглушает помехи, вспомогательные модули при его использовании не нужны. По подобию подсоединяется преобразователь в дозатор.

Оценка статьи:

Загрузка...Как работает тензодатчик Ссылка на основную публикацию wpDiscuzAdblock
detector

принцип действия, описание, виды, схемы

Устройство и принцип работы

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

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.

Тензодатчики балочного, консольного и кромочного типов

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. 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.

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

Характеристика

Для изготовления тензометрических датчиков необходимо использовать материалы проволок, относительное изменение сопротивления которых пропорционально удлинению в максимальном диапазоне деформаций. При этом коэффициент пропорциональности k должен иметь большие значения. Для компактных устройств со значительной чувствительностью приходится применять материалы, обладающие высоким удельным сопротивлением. При этом температурная зависимость удельного сопротивления при изменении внешних условий должна быть незначительной, а лучше и вовсе отсутствовать.

Условия оптимального использования тензорезисторов:

  • Малое различие между коэффициентами теплового расширения материала конструкции (или узла) и измерительной проволоки устройства.
  • Нечувствительность к термическим напряжениям, которые возникают при соединении измерительного элемента с контролируемой частью оборудования или конструкции (для такого присоединения чаще всего используют пайку).
  • Хорошая обрабатываемость паяных соединений, которая не изменяет эксплуатационные параметры оборудования.
  • Надежность соединения, учитывающая возможные динамические удары и перемещения.

На параметр пропорциональности k влияют коэффициент Пуассона ε (представляющий собой условную меру изменения поперечного сечения детали при приложении к ней растягивающих напряжений) и теплофизические параметры материала, из которого изготовлен тензометрический прибор.

Принцип работы тензодатчика

Под воздействием механической нагрузки некоторые вещества меняют свое электрическое сопротивление. Тензочувствительность у разных материалов отличается. Если для металлической фольги коэффициент составляет от 2 до 5 единиц, то для кремния диапазон шире: от -125 до 200. Разрабатывая тензодатчики под конкретные нужды производители подбирают материал, исходя из тензочувствительности требуемой в конкретном применении и других технических характеристик.

Тензодатчик измеряет вес от 500 граммов до 600 тонн и более. Для каждой модели производитель заявляет пределы и точность измерения. Превышать указанный предел нагрузки запрещается. Это вызывает снижение точности, а при существенном увеличении запредельной нагрузки повлечет разрушение датчика и выход его из строя.

Тензодатчики рассчитан на определение одного из видов деформации: давление, растяжение, сдвиг, кручение. Они компактны. Тензодатчики размещают в опорах платформ, в точке подвеса емкости или внутрь цистерны. В последнем случае используются мембранные тензорезисторные датчики. Во влажных средах используются тензодатчики в защищенном от воды и пыли корпусе из нержавеющей стали, сплавов, устойчивых к коррозии.

Вступление

Технический термин, тензометрические датчики, вряд ли вам знаком, хотя с его работой вы сталкиваетесь достаточно часто. Любое взвешивание на электронных весах, не возможно без тензометрического датчика. Именно он преобразует механическую нагрузку на весы в электронный сигнал, который преобразуется в цифры на экране весового табло.

Но бытовое назначение тензометрического датчика не основное. Тензометрический датчик это основной элемент измерительной аппаратуры различного назначения. Датчики различного типа преобразуют на только силовую нагрузку в электронный сигнал, но и давление, ускорение, центробежную силу. Принципиально, тензодатчик преобразует любую деформацию в электронный сигнал пригодный для его фиксации и измерению.

Виды тензометров

Для измерения деформаций различных объектов были созданы тензометры, отличающиеся принципами действия и областями применения. По этим признакам измерительное оборудование подразделяют на следующие виды:

  • механическое;
  • резистивное;
  • струнное;
  • ёмкостное;
  • индуктивное.

Механические

Измерения основаны на фиксации изменения длины объекта под нагрузкой. Работа механического тензометра заключается в определении зависимости удлинения тела от напряжения в поперечном сечении.

Резистивные

Плёночные тензоризисторы, наклеенные в разных направлениях на теле объекта, при его сжатии или растяжении меняют своё электрическое сопротивление вместе с объектом. Точность измерений деформаций обеспечивается работой не одного датчика, а группы тензорезистров.

Плёночные тензорезисторы

Струнные

Струнный вариант представляет собой стальную проволоку (струну), её натягивают между опорами, которые закрепляют на поверхности объекта. Суть измерений заключаются в определении отношения частоты колебания струны к степени её натяжения при изменении длины обследуемого тела под воздействием нагрузки.

Ёмкостные

В качестве датчика применяют конденсатор с переменной ёмкостью. Деформация объекта вызывает изменение зазора между пластинами конденсатора, что отражается на характеристике тока в измерительной схеме прибора.

Индуктивные

Устройство прибора основано на применении катушки индуктивности, в которой установлен подвижный сердечник. Он напрямую контактирует с поверхностью объекта. При малейшей деформации поверхности происходит смещение сердечника в катушке. Изменяющиеся параметры катушки индуктивности фиксируются через электросхему прибором.

Архивы

АрхивыВыберите месяц Июль 2020  (2) Июнь 2020  (1) Апрель 2020  (1) Март 2020  (3) Февраль 2020  (2) Декабрь 2019  (2) Октябрь 2019  (3) Сентябрь 2019  (3) Август 2019  (4) Июнь 2019  (4) Февраль 2019  (2) Январь 2019  (2) Декабрь 2018  (2) Ноябрь 2018  (2) Октябрь 2018  (3) Сентябрь 2018  (2) Август 2018  (3) Июль 2018  (2) Апрель 2018  (2) Март 2018  (1) Февраль 2018  (2) Январь 2018  (1) Декабрь 2017  (2) Ноябрь 2017  (2) Октябрь 2017  (2) Сентябрь 2017  (4) Август 2017  (5) Июль 2017  (1) Июнь 2017  (3) Май 2017  (1) Апрель 2017  (6) Февраль 2017  (2) Январь 2017  (2) Декабрь 2016  (3) Октябрь 2016  (1) Сентябрь 2016  (3) Август 2016  (1) Июль 2016  (9) Июнь 2016  (3) Апрель 2016  (5) Март 2016  (1) Февраль 2016  (3) Январь 2016  (3) Декабрь 2015  (3) Ноябрь 2015  (4) Октябрь 2015  (6) Сентябрь 2015  (5) Август 2015  (1) Июль 2015  (1) Июнь 2015  (3) Май 2015  (3) Апрель 2015  (3) Март 2015  (2) Январь 2015  (4) Декабрь 2014  (9) Ноябрь 2014  (4) Октябрь 2014  (4) Сентябрь 2014  (7) Август 2014  (3) Июль 2014  (2) Июнь 2014  (6) Май 2014  (4) Апрель 2014  (2) Март 2014  (2) Февраль 2014  (5) Январь 2014  (4) Декабрь 2013  (7) Ноябрь 2013  (6) Октябрь 2013  (7) Сентябрь 2013  (8) Август 2013  (2) Июль 2013  (1) Июнь 2013  (2) Май 2013  (4) Апрель 2013  (7) Март 2013  (7) Февраль 2013  (7) Январь 2013  (11) Декабрь 2012  (7) Ноябрь 2012  (5) Октябрь 2012  (2) Сентябрь 2012  (10) Август 2012  (14) Июль 2012  (5) Июнь 2012  (21) Май 2012  (13) Апрель 2012  (4) Февраль 2012  (6) Январь 2012  (6) Декабрь 2011  (2) Ноябрь 2011  (9) Октябрь 2011  (14) Сентябрь 2011  (22) Август 2011  (1) Июль 2011  (5)

Тензометрические датчики веса и силы широко применяются в современном взвешивающем оборудовании.

Чувствительным элементом такого оборудования является тензорезистор с электронной согласующей схемой, встроенные в алюминиевый или стальной корпус. Деформация объектов позволяет измерить различные физические величины, например, объем, силу и вес.

Внешнее электронное оборудование на основе показаний с датчиков определяет величину требуемого параметра. Схемо-технически подключение датчиков выбирается для компенсации температурного влияния.

Изменение сопротивления датчика от приложенной силы тензометрических датчиков носит линейный характер, что упрощает процесс преобразования.

Рис. 1

Тензорезисторы в зависимости от типа чувствительного материала делятся на проволочные, пленочные и фольговые. Наибольшее распространение получили фольговые датчики (Рис. 1), в которых тензоматериал 1 наносится на подложку 3 методом травления как в печатных платах.

Для защиты от внешней среды датчик покрывается защитным слоем 4. Выводы 2 служат для подключения внешней измерительной схемы.

Под действием груза или приложенной силы возникает деформация корпуса и тензористора, вызывая изменения сопротивления. Большая площадь тензометрических проводников обеспечивает хорошую чувствительность измерений.

Материалом для измерения деформации служит манганин или константан. Отличие пленочных датчиков (Рис. 2) состоит в используемым полупроводниковом чувствительном элементе М.

Поэтому пленочные тензорезисторы не применяют в условиях резкого колебания температур, т.к. тепловые процессы внутри полупроводника приводят к нелинейности выходного сопротивления.

Рис. 2

Измерительным элементом проволочных датчиков силы и веса  (Рис. 3) являются несколько параллельно соединённых

Рис. 3

тензочувствительных проводников 1.Параллельное соединение повышает чувствительность измерений. Гибкая подложка 3 подвергается внешней деформации, проводники залиты защитным слоем цемента или клея 4. К внешнему оборудованию датчик подключается через выводы 2.

Проволочные датчики в простейшем случае служат для измерения давления. В таких датчиках катушка из тензочувствительного материала, помещенная в объем измеряемой жидкости или газа меняет свое сопротивление под действием давления.

Максимальная нагрузка и точность измерения веса и силы зависит от конструктивных особенностей корпуса датчика и количества измерительных резисторов.

Верхний и нижний пределы измерения веса современных тензометрических весов колеблются от нескольких тонн до нескольких грамм. Одноточечные балочные датчики с одним измерительным элементом в большинстве случаев имеют алюминиевый корпус и используются для измерения небольшой массы груза в фасовочных и дозирующих системах (Рис. 4).

Одноточечные датчики преобразуют величину поперечной деформации в электрический сигнал.

Рис. 4

Электрическая измерительная часть тензометрического датчика надежно изолирована от внешней среды и не подвержена влиянию влажности и пыли и может работать в широком диапазоне температур (Для большинства датчиков от -40 до +80 градусов).

Выбор максимальной нагрузки, как правило, осуществляется с запасом для исключения повреждения датчика. Важным параметром датчиков веса и силы является класс точности. Наибольшее распространение получили датчики с классом С3 с нормированной по ГОСТу точностью в 0,002 %.

Чтобы снизить величину ошибки измерения для каждого вида датчика нужно выбрать правильное место установки.

Балочные датчики (Рис. 5) закрепляются неподвижно одним торцом, а на другой край подвешивается груз. Типичный вес нагрузки таких датчиков – от нескольких килограмм до нескольких тонн.

Рис.5

Цилиндрические тензометрические датчики силы (Рис. 6), также известные как «шайбовые», имеют стальной корпус, применяются для взвешивания грузов массой до нескольких десятков тонн. Такие датчики используется для модернизации устаревших бункерных весов, для определения массы автомобилей, вагонов, крупногабаритных емкостей.

Рис.6

S-образные датчики (Рис. 7)работают на сжатие и растяжение, являются  измерительной системой в подвесных весах.

Рис.7

Современные тензодатчики находят широкое применения для измерения различных параметров, связанных с механической деформацией объектов, таких вес, нагрузки износ оборудования. Такие системы применяются в охранных системах, металлургии, в промышленном оборудовании, при взвешивании автомобилей и другого транспорта и негабаритных грузов.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Как выбрать тензодатчик и комплектующие для весового оборудования?

Главная / Сервисная служба / Документация и программное обеспечение / Статьи Старые / Как выбрать тензодатчик и комплектующие для весового оборудования?

Как выбрать тензодатчик и комплектующие для весового оборудования?

Этот вопрос легко решается, если следовать советам компании ЮНИВЕС. Сначала поймём, что такое тензометрический датчик? Силоизмерительный тензодатчик предназначен для преобразования усилий (механических деформаций) в электрический сигнал и применяется как комплектующее изделие в весах, весодозирующих и силоизмерительных устройствах. Чтобы не ошибиться при выборе тензодатчика необходимо однозначно представлять себе следующие технические вопросы: 1. Возможные варианты размещения датчиков (датчика) в весовом устройстве в зависимости от его конструкции и предназначения. Возможно, ваша система взвешивания будет монтироваться на одном датчике либо Вы планируете использовать несколько датчиков

В случае, если центр тяжести находится ниже места крепления тензодатчика Вам следует обратить внимание на S-образные датчики растяжения. Если центр тяжести находится выше места крепления тензодатчиков Вам потребуются датчики сжатия

В случае использования одного датчика сжатия обратите внимание на алюминиевые датчики. Если используется несколько — на конструкции узлов встройки для выбранного типа датчика. 2. Максимальная удельная нагрузка на датчик и возможные перегрузки. Максимальная удельная нагрузка на датчик определяется как сумма веса весоприемной конструкции, собственно веса продукта и дополнительных нагрузок от внешних воздействий (возможных смещений груза, динамического нагружения, ветровых нагрузок). Желательно, чтобы рассчитанная максимальная удельная нагрузка не превышала НПВ датчика. Всегда выбирайте датчик с большим НПВ в случае, если рассчитанная максимальная удельная нагрузка несколько больше ближайшего значения НПВ. 3. Требуемая точность системы и желаемая дискретность отсчета. Различайте цену поверочного деления вашей весовой системы (е) и дискретность отсчета (d), которую может обеспечить ваша система. Помните, что погрешность измерения определяется нагрузочной кривой тензодатчика и жесткостью системы (отношением нагрузки к деформации), а дискретность — лишь возможностью АЦП весового индикатора. Для того чтобы достичь погрешности 0,03% Вам необходимо использовать датчик типа D3 или С3. Если Вам необходимо получить более высокие погрешности (0,02%) используйте датчики А5. Помните, что при использовании нескольких датчиков точность системы повышается в N раз, где N — число датчиков. Выбирая датчик знайте, что CAS обеспечивает 40% рабочий интервал для всех датчиков, т.е любой датчик будет соответствовать своим метрологическим данным D3, С3 или А5 даже при использовании 40% рабочего диапазона. 4. Устойчивость показаний. Для устойчивой оцифровки аналогового сигнала весовым индикатором рекомендуется выполнение следующего условия 1d = 1,5…2,0 мкВ. При этом обращайте внимание на рабочий коэффициент передачи датчика (РКП) и выбирайте НПВ датчика(ов) с разумным запасом. 5. Условия эксплуатации датчиков. Всегда обращайте внимание на указанную степень защиты (IP) датчика. Помните, что для использования в агрессивных средах следует использовать датчики с IP не ниже 67. 6. Предполагаемые инвестиции (выбирайте согласно принципу цена-качество). Самым надёжным в конструкции — датчики, так как именно этот элемент конструкции определяет точность, надежность и долговечность весовой системы в целом.Поэтому помните, что скупой платит дважды. 7. Формальности при покупке и гарантийные обязательства. При покупке датчика проверьте наличие калибровочного сертификата датчика. Данный сертификат с указанием индивидуального номера датчика и его технических характеристик является одновременно инструкцией по эксплуатации данного датчика и его гарантийным талоном. Помните, что продавец в праве отказать в бесплатном ремонте или замене датчика, в случае потери калибровочного сертификата датчика. Всегда сохраняйте индивидуальный калибровочный сертификат. В случае необходимости Вы можете получить копию метрологического сертификата о внесении данного типа датчика в государственный реестр средств измерений. 8. Что дальше? Вам необходимо выбрать весовой индикатор и, если Вы намерены использовать более одного датчика, — соединительную коробку. На все возникшие вопросы Вам ответят специалисты компании ЮНИВЕС по телефону.

описание, инструкция и принцип работы

Тензодатчик – это специальный датчик, который позволяет преобразовывать измеряемую деформацию твердых тел в электрический сигнал.

В этой статье мы рассмотрим принцип действия и устройство тензодатчика. Также вы узнаете его сопротивление и преобразующую деформацию.

Особенности работы

Изменение сопротивления проводника тензодатчика во время деформации объясняется по двум причинам:

  1. Изменением геометрических размеров.
  2. Изменением удельного сопротивления материала.

Работа тензодатчика будет характеризоваться коэффициентом тензоустойчивости (S). Найти его можно по следующей формуле:

  • L и R в этой формуле – это длина сопротивления датчика при отсутствии механического напряжения.
  • ?L и ?R – изменение длины и сопротивления в результате воздействия внешнего деформирующего усилия.

Формула также может быть представлена в следующем виде:

Коэффициент тензоустойчивости считается безразмерной величиной и поэтому он может быть, как положительным, так и отрицательным показателем. Для разнообразных металлов значение S может колебаться от – 12.6 до +6. Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах от 50 до 1000 Ом.

Важно знать! Проводниковые тензодатчики изготовляют из металлической проволоки. Их диаметр составляет от 0.015 до 0.05 мм

Наклеиваемый тензодатчик

Наклееваемый тензодатчик также пользуется популярностью. Он представляет собою тонкую проволоку, которая будет сложена в виде решетки. Также она будет обклеена с обеих сторон специальными изоляционными пластинками. Для определения растяжения или сжатия пластинку в обязательном порядке необходимо будет наклеить на поверхность детали с помощью специального клея.

Тензодатчики способны воспринимать все деформации наружного волокна детали и реагировать на сжатие или растяжение. Проволочные тензодатчики имеют небольшие размеры и поэтому являются безынерционными. В большинстве случаев подобные датчики размещают в труднодоступных местах. Благодаря ряду достоинств эти устройства действительно приобрели значительную популярность.

Конечно, после детального изучения, наклеиваемого тензодатчика можно выделить и его недостатки. К основному недостатку относится малая величина изменения сопротивления. В связи с этим во время проведения измерения, вам потребуется применять измерительные схемы высокой чувствительности.

Проволочные тензодатчики на сегодняшний день применяют при измерении деформаций в деталях разнообразных механизмов. Тензодатчик также является составной частью тензометра. Тензометр – это специальный прибор, который проводит измерения в твердых телах деформаций, возникающих во время нагрузки.

Для измерения разнообразных деформаций датчики будут включаться в мостовые или потенциометрические схемы. Благодаря использованию тензодатчиков у вас появится возможность измерять не только статические, но и динамические деформации.

Чтобы регистрировать сложные деформации тензодатчика специалисты применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты. Например, изучить сложные деформации можно с помощью оциллогрофа. Теперь вы знаете, как работает тензодатчик и его разновидности. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Тензорезистивный метод

Сейчас это наиболее удобный и чаще других используемый метод. При деформации электропроводящих материалов (металлов, полупроводников) происходит изменение их удельного электрического сопротивления и, как следствие, — изменение сопротивления чувствительного элемента датчика. В качестве проводящих материалов обычно используются металлические плёнки, напылённые на гибкую диэлектрическую подложку. В последнее время находят применение полупроводниковые датчики. Сопротивление чувствительного элемента измеряется тем или иным способом.

Конструкция типичного металлического датчика


Плёночный тензорезистор. На подложку через фигурную маску в вакууме напылена или сформирована методами фотолитографии плёнка металла. Для подключения электродов выполнены контактные площадки (снизу). Метки облегчают ориентацию при монтаже.

На диэлектрическую подложку (например, полимерную плёнку или слюду) в вакууме через напыляют плёнку металлического сплава, либо формируют проводящую конфигурацию на подложке фотолитографическими методами. В последнем случае на предварительно напылённую сплошную плёнку металла на подложке наносят слой фоторезиста и засвечивают его ультрафиолетовым излучением через фотошаблон. В зависимости от вида фоторезиста, либо засвеченные, либо незасвеченные участки фоторезиста смываются растворителем. Затем незащищённую фоторезистом металлическую плёнку растворяют (например, кислотой), формируя фигурный рисунок металлической плёнки.

В качестве материала плёнки обычно используются сплавы, имеющие низкий температурный коэффициент удельного сопротивления (например, манганин) — для снижения влияния температуры на показания тензометра.

При использовании тензорезистор подложкой приклеивают к поверхности исследуемого на деформации объекта или поверхности упруго-деформируемого элемента в случае применения в весах, динамометрах, торсиометрах, датчиках давления и др., так, чтобы тензорезистор деформировался вместе с деталью.

Чувствительность к деформации такого тензорезистора зависит от направления приложения деформирующей силы. Так, наибольшая чувствительность при растяжении и сжатии — по вертикальной по рисунку оси и практически нулевая при горизонтальной, так как полоски металла в зигзагообразной конфигурации сильнее изменяют своё сечение при вертикальной деформации.

Тензорезистор включается с помощью электрических проводников во внешнюю электрическую измерительную схему.

Измерительная схема


Измерительный мост с вольтметром в диагонали. Тензорезистор обозначен Rx.

Обычно тензорезисторы включают в одно или два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного напряжения (диагональ моста A—D). С помощью переменного резистора R2 производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствии приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B—C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор, дифференциальный усилитель или АЦП.

При выполнении соотношения R1 / R2 = Rx / R3 напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление Rx (например, увеличивается при растяжении), это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов Rx и R3 (B) и изменение напряжения диагонали B—C моста — полезный сигнал.

Изменение сопротивления Rx может происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов в мост.

Например, в схеме на рисунке вместо постоянного резистора R3 включают такой же тензорезистор, как и Rx, но при деформации детали этот резистор изменяет своё сопротивление с обратным знаком. Это достигается наклейкой тензорезисторов на поверхности по-разному деформируемых зон детали, например, с разных сторон изгибаемой балки или с одной стороны, но со взаимно перпендикулярной ориентацией. При изменении температуры, если температура обоих резисторов равна, знак и величина изменения сопротивления (вызванного изменением температуры) равны, и температурный уход при этом компенсируется.

Также промышленностью выпускаются специализированные микросхемы для работы совместно с тензорезисторами, в которых помимо усилителей сигнала часто предусмотрены источники питания моста, схемы термокомпенсации, АЦП, цифровые интерфейсы для связи с внешними цифровыми системами обработки сигналов и другие сервисные функции.

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 типаТ70А датчики тензорезисторные одноточечного типаК-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 типаТ2 датчики тензорезисторные балочного типаК-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-образныеС2А датчики тензорезисторные S-образныеК-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.

M50 датчики тензорезисторныеК-С-18Д тензодатчики цилиндрическиеSHB датчики тензометрические

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

МВ датчики тензорезисторные колонного типаМВ150 датчики тензорезисторные колонного типаST-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 весовК-Р-20А тензодатчики на растяжениеК-Б-12Т тензодатчики силы натяжения троса

Вывод

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. Электронная система с применением тензодатчиков позволила перейти на качественно новый уровень работы и полностью автоматизировать контрольно-измерительные процессы.

Чтобы правильно подобрать тензодатчики, узнать стоимость тензометрических датчиков весов или купить тензорезисторные датчики, вам достаточно позвонить по телефону +7 (4812) 209-311 или написать по электронной почте [email protected]

Оцените статью:

Тензодатчики для весов принцип работы

Для справки. Остальные данные по сопротивлению проводов весового датчика весов CAS DB H можно посмотреть здесь. Допускается отклонение сопротивления от указанных +-1 Ом. Стандартное напряжение питания датчика – это +5В, но датчики обычно рассчитываются на 12В.

Способ №2 альтернативный.

Проверялся только на мостовой схеме, для других схем подключения может не подойти.

Находим контакты с максимальным сопротивлением, красный и белый провод имеют сопротивление больше всех , 422 Ом – это контакты для входного напряжения. Соответственно оставшиеся два синий и зеленый, есть контакты выходного сопротивления измерительного моста.

Мы намеренно опустили определение полярности входных и выходных групп контактов, что бы не перегружать материал информацией.

Определение полярности контактов для измерительного датчика весов (в разработке).

Тут все несколько неоднозначно, по крайней мере, для нас. Поэтому выкладываем только данные практических экспериментов. В качестве объекта измерения выбраны весы CAS DB 1H с тензодатчиком BC-150DB. Зная паспортные данные тензодатчика, имея 4 варианта подключения и зная правильную ориентацию на станине – снимем показания с выходного датчика. Правильное подключение по паспорту.

Вариант 1. (паспортное подключение)

Рис. Подключение тензодатчика по заводским параметрам.

  • 0кг, на выходе 0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен 1,160
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен 5,956
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен 10,751

Давление на датчик снизу вверх – дает на выходе отрицательное напряжение.

Вариант 2. (перевернутое подключение)

Рис. Подключение тензодатчика наоборот, на входе плюс подключаем к минусу, на выходе плюс соединяем к минусу.

  • 0кг, на выходе 0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен 1,150
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен 5,916
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен 10,679

Давление на датчик снизу вверх – дает на выходе отрицательное напряжение.

Как видно из показаний, данные АЦП несколько отличаются. В рабочем режиме весы начинают «врать», то есть показывать меньший вес, но если весы откалибровать – показания становятся правильными и весы становятся полностью работоспособными.

Вывод.

Фактически подключение не влияет на работоспособность весов в целом, но показания при разных подключениях имеют небольшое отличие. Тензодатчик можно заставить работать в обоих подключениях. Два других варианта подключения рассматривать не будем, так как показания вольтметра на выходе получаются отрицательными, а соответственно нас не интересуют.

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

«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.

Что такое тензометрия и для чего нужны тензодатчики

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).

Устройство и принцип работы

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

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.

Тензодатчики балочного, консольного и кромочного типов

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. 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

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.

Тензорезисторы проволочные и фольговые

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.

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.

Преимущества и недостатки тензодатчиков

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.

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.

Основные схемы подключения

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. Суть работы весового измерительного датчика балочного типа довольно проста. На входы подается питание, а с выходов снимается напряжение. Величина напряжения зависит от приложенной нагрузки на измерительный датчик.

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

Примеры использования тензометрических датчиков

  • 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.

Что такое тензодатчик и как он работает

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.

Устройство и принцип действия

Для измерения давления или веса используется тензодатчики, все они выдают электрический цифровой или аналоговый электрический сигнал при изменении формы чувствительного элемента. Но из чего они состоят?

Основа или корпусы бывают разных типов, от этого зависит, куда вы сможете установить датчик. А также то, в каком направлении он работает – на сжатие, растяжение или на изгиб.

В корпусе тензодатчика кроме чувствительного элемента могут находиться и дополнительные блоки, например, АЦП, формирователи питания и пр. Если тензометрический датчик цифровой, то и блок для преобразования аналогового сигнала (АЦП). Рассмотрим принцип работы чувствительного элемента тензометрического датчика на примере тензорезистивного компонента – они нашли наиболее широкое применение.

Тензометрический датчик резистивного типа представляет собой гибкую плёнку или подложку, на которую нанесён резистивный слой. Если это плёночный датчик – тонкое напыление или фольга, если проволочный — на гибкой подложке размещена проволока. Напыление или проволока укладываются в извилистую линию.

При механическом воздействии на подложку он изгибается, в результате чего плёнка, фольга или проволока растягивается. Соответственно в натянутом состоянии изменяется (уменьшается) её площадь поперечного сечения и сопротивление увеличивается. При снижении давления подложка возвращается в исходное положение, резистивный слой тоже, а его сопротивление начинает уменьшаться и возвращаться к норме.

Пьезоэлектрические чувствительные органы работают напротив. При давлении на пьезокристалл возникает ЭДС, тогда как у пьезорезистивных датчиков из тонких плёнок полупроводников также изменяется сопротивление.

Ещё можно встретить и емкостные датчики – это приборы, принцип работы которых заключается в измерении ёмкости между гибкими пластинами. А также электромагнитные устройства, в которых под воздействием на магнитопровод изменяются характеристики контура.

Схема подключения

Как работает тензодатчик мы разобрались. Теперь следует ознакомиться со схемой подключения. Блок схема устройства, которое считывает сигнал, изображена на рисунке ниже. На ней вы видите один из вариантов усиления и преобразования сигнала с датчика.

Если рассмотреть тензорезистивный датчик, то реально он представляет собой мост из резисторов, включённый следующим образом. Такая схема включения называется «Мост Уинстона» или измерительный мост.

Для его работы недостаточно подключить лишь сигнальные провода, нужны еще и провода питания. В некоторых сложных системах могут подключаться еще и провода для термостабилизации или других функций.

На видео подробно рассказывается, что собой представляют тензометрические датчики и как они работают:

Современные тензометрические датчики в зависимости от своего назначения могут использоваться в установках для измерения от долей грамм до сотен тон. Соответственно для каждого диапазона весов подбираются тензодатчки определённой конструкции и типа чувствительного элемента. Кроме измеряемых весов немаловажную роль в выборе контрольно-измерительной аппаратуры играет и условия, в которых они будт работать, а также требуемый класс точности.

Материалы по теме:

Особенности и принцип действия тензометрических датчиков

Измерение напряжений и усилий в действующих узлах и конструкциях оборудования считается одной из наиболее сложных задач. Между тем в процессе эксплуатации техника подвергается разным видам нагрузок, которые определяют долговечность и надежность оборудования. Решение поставленных задач возможно с помощью тензометрических датчиков. Установка подобных устройств целесообразна тогда, когда в дополнение к производственным факторам добавляются остаточные напряжения, постепенно накапливаемые в ходе работы.

Описание и назначение

При измерении деформаций, напряжений и усилий при помощи тензометрических датчиков используют изменение значений омического сопротивления материала, которое вызывается упругими деформациями металлической проволоки или полупроводников стержневого исполнения. Изменение сопротивления датчика передаётся при помощи кабеля или бесконтактным путем на измерительный мост. Там оно преобразуется в усиленные электрические сигналы, которые и фиксируются прибором.

Все типы тензометрических датчиков (или, иначе – тензорезисторов) используют зависимость между напряжениями и деформациями – закон Гука – который справедлив в области упругих деформаций. Согласно закону Гука изменение электросопротивления, отнесённое к исходному значению данного параметра до деформации, пропорционально изменению удлинения, отнесённому к первоначальной длине измерительного элемента. Применяя коэффициент пропорциональности, который зависит от диапазона измеряемых параметров и материала устройства, устанавливают зависимость между нагрузкой на датчик и его удлинением:

R – исходное значение электрического сопротивления;

ΔR – изменение значения электрического сопротивления в процессе деформации;

k – коэффициент пропорциональности;

Δl – изменение длины при деформировании;

l – исходная длина измерительного элемента до приложения к нему эксплуатационной нагрузки.

Указанный тип устройств используется в весоизмерительной технике, поскольку относится к тензорным, определяющим усилия и внешние нагрузки.

Применяемость рассматриваемых измерительных элементов определяется материалом, из которого выполнен датчик. Чаще всего исходным материалом служит сплав константан, состоящий из 40% никеля и 60% меди. Для константана k ≈ 2; таким же порядком значений (1.5…3,5) обладают и другие сплавы постоянного электросопротивления.

Датчики полупроводникового типа имеют более высокие значения коэффициента пропорциональности. В зависимости от материала полупроводника (кремний или германий), а также состава легирующих добавок значения коэффициента достигают 50…70. В связи с этим полупроводниковые тензометрические датчики более чувствительны, и их применяют для оценки малых удлинений. Вместе с тем полупроводниковые датчики характеризуются повышенными отклонениями своего удлинения в диапазонах 1,5…9 % относительного удлинения. Для проволочных датчиков этот показатель не превышает 0,5%.

Конструкции тензометрических датчиков проволочного типа разрабатываются с учетом следующих ограничений:

  • С целью получения достаточной точности измерений величина сопротивления проволочного элемента должна находиться в пределах 100…1000 Ом;
  • Диаметр проволоки целесообразно иметь в диапазоне 0,01…0,03 мм;
  • Длина проволочного элемента не должна превышать 250…300 мм.

В некоторых случаях приведенные ограничения не позволяют устанавливать тензометрические датчики в виде проволок, поэтому измерительные устройства изготавливают из фольги или плоских измерительных решеток. Для предохранения от повреждений, которые могут возникнуть при транспортировке или сборке таких датчиков, для их крепления в напольном исполнении применяют подложку из бумаги или тонкого пластика.

Чтобы обеспечить электрический контакт с измерительной решеткой, на подложке размещают проволочные выводы, которые затем присоединяются к датчику при помощи пайки.

Виды тензодатчиков, включающих в себя активный измерительный элемент, контактные выводы и подложку:

  1. Плоский проволочный.
  2. Фольговый.
  3. Полупроводниковый, с одним или двумя стержнями.
  4. Трубчатый.

Краткая характеристика наиболее распространённых исполнений тензодатчиков приводится далее.

  • Консольные. Предназначены для измерения крутящих и изгибающих моментов, устанавливаются в метах наибольшего прогиба конструкций.
  • Цилиндрические. Наименее компактны, зато позволяют определять значительные напряжения, приближающиеся по своим значениям к пределу текучести лимитирующего материала.
  • S-образные. Дают возможность оценивать трехмерные деформации при объемном напряженно-деформированном состоянии. Чаще других нуждаются в поверке.

Устройство и принцип работы

По типу воздействия на исполнительные элементы конструкции различают тактильные, резистивные, пьезорезонансные, пьезоэлектрические, магнитные и емкостные датчики.

Тактильные

Срабатывают в результате механического действия на чувствительную поверхность. Позволяют устанавливать минимальные деформации, но при неточных настойках могут подавать и ложный сигнал.

Резистивные

Наиболее распространенный тип датчиков. Требуют подключения к слаботочной управляющей цепи, поскольку включают в себя тензорезисторный контур. Надежны при любом состоянии окружающей среды.

Пьезорезонансные

Относятся к устройствам полупроводникового типа, нуждаются в надежном обслуживании и тонкой настройке. Работают по принципу сравнения эталонного сигнала с фактическим.

Пьезоэлектрические

По своему действию подобны измерителям предыдущего типа, но подают сигнал при изменении значений контактных деформаций, прикладываемых к чувствительному элементу.

Магнитные

Изготавливаются из сплавов с переменным значением коэрцитивной силы, используются при измерении усилий в узлах оборудования, работающих в сильных электромагнитных полях.

Емкостные

Предназначены для измерения малых механических напряжений в деталях со сложной конфигурацией, когда изменение длины токопроводящей проволоки изменяет ее электрическую емкость.

Характеристика

Для изготовления тензометрических датчиков необходимо использовать материалы проволок, относительное изменение сопротивления которых пропорционально удлинению в максимальном диапазоне деформаций. При этом коэффициент пропорциональности k должен иметь большие значения. Для компактных устройств со значительной чувствительностью приходится применять материалы, обладающие высоким удельным сопротивлением. При этом температурная зависимость удельного сопротивления при изменении внешних условий должна быть незначительной, а лучше и вовсе отсутствовать.

Условия оптимального использования тензорезисторов:

  • Малое различие между коэффициентами теплового расширения материала конструкции (или узла) и измерительной проволоки устройства.
  • Нечувствительность к термическим напряжениям, которые возникают при соединении измерительного элемента с контролируемой частью оборудования или конструкции (для такого присоединения чаще всего используют пайку).
  • Хорошая обрабатываемость паяных соединений, которая не изменяет эксплуатационные параметры оборудования.
  • Надежность соединения, учитывающая возможные динамические удары и перемещения.

На параметр пропорциональности k влияют коэффициент Пуассона ε (представляющий собой условную меру изменения поперечного сечения детали при приложении к ней растягивающих напряжений) и теплофизические параметры материала, из которого изготовлен тензометрический прибор.

Схемы подключения

Конструкции тензометрических датчиков, в частности, их малая жесткость, вынуждают применять особые способы подключения рассматриваемых элементов. Например, участки проволочной решетки в местах возможного изгиба при деформации часто располагаются поперечно к направлению измерений. Они воспринимают составляющие удлинения, действующие именно в этом направлении, и поэтому недостаточно точно реагируют на силы и деформации продольного направления. Отношение чувствительности измерения удлинений в продольном и поперечном направлениях для датчиков проволочного исполнения находятся в пределах от -0,01 до +0,04.

Влияние описанного фактора уменьшается, если для измерения напряжений, крутящих моментов или усилий использовать фольговые силоизмерительные датчики. По аналогии с печатными схемами, измерительная фольговая решетка, которая расположена на пластмассовой подложке, может быть получена в результате травления тонкой металлической фольги. Кроме того, токовая нагрузка на тензометрические датчики фольгового типа больше, чем на проволочные, вследствие чего тепло от фольговых тензометров отводится лучше.

Тензорезисторы часто приклеиваются к исследуемому конструктивному элементу. Клеевое соединение обеспечивает постоянную передачу деформации через подложку на измерительную решетку. Поэтому к клеям предъявляется также и ряд особых требований:

  • Высокое сопротивление ползучести.
  • Отсутствие гистерезиса.
  • Влагостойкость.
  • Адгезионная способность.
  • Температуростойкость.

Наибольшую эксплуатационную надежность проявляют эпоксидные смолы холодного твердения. Для экспериментального определения многосторонней деформации используют розеточную систему данных устройств, которые образуют измерительный мост. При этом образованная схема состоит из не менее, чем четырех закрепленных на подложке датчиков, которые размещаются крестообразно, треугольником, т-образно, в виде звезды. Благодаря многолучевому размещению тензорезисторов их удлинения измеряются в двух, трех или четырех направлениях.

Сферы применения

Кроме определения удлинений, которые вызываются действием внешних нагрузок на конструктивные части оборудования, тензометрические датчики могут применяться для измерения собственных (остаточных) напряжений в момент их релаксации, это явление происходит при высверливании или разрезке некоторых конструктивных деталей и узлов.

Тонкопленочные датчики давления, которые изготавливаются путем осаждения из паровой фазы или распыления, используются для определения усилий, напряжений, крутящих моментов и деформаций в изоляционных элементах, которые размещаются непосредственно на полированных мембранах. Для калибровки резистивных элементов используется лазерная подгонка, повышающая точность замеров. Диффузионные полупроводниковые датчики давления могут проникать в кремниевую чувствительную к давлению диафрагму, и не связаны со свойствами поверхности. Это позволяет использовать их в технологиях миниатюрного тензометрирования.

Основным преимуществом тонкопленочных преобразователей является устранение нестабильности, вызванной клеем.

Технология тонких пленок считается более современной и обеспечивает превосходную стабильность при нулевом температурном режиме и полной чувствительности, а также высокую долговечность.

Часто применяемые условия для использования тензодатчиков перечислены далее.

Измерение веса

Необходимо в системах напольного типа, при помощи которых определяют массу груза. Характеризуются минимальными требованиями к точности монтажа и наладки.

Измерение давления

Используется в технологических линиях обработки металлов давлением. Одновременно производится также измерение рабочих сил и упругих деформаций. Датчики снабжаются силоизмерительным устройством с цифровой индикацией.

Измерение крутящего момента

Применяется для испытательного оборудования станций технического обслуживания автомобильного транспорта.

Определение ускорения

Иногда используется в экспериментальных лабораториях, где занимаются проектированием и испытаниями высокоскоростной рельсовой и безрельсовой техники.

Контроль перемещения

Самые распространенные отрасли применения – сейсмологические станции и фундаменты высокоточного массивного оборудования, преимущественно энергетического.

Плюсы и минусы

Тензорные датчики компактны, удобны при установке, практически не ограничивают работоспособность конструкции, где они установлены. Вместе с тем они часто подвержены эффекту старения, чувствительны к температурным напряжениям и иногда характеризуются повышенным разбросом получаемых данных. Тонкоплёночные тензорезисторы, кроме того, характеризуются низким уровнем выходного сигнала, ограниченными частотными характеристиками и влиянием высокого напряжения на точность получаемых результатов. Чаще других типов применяются в качестве весовых, а также для определения комплекса силовых факторов, постоянно изменяющихся в процессе работы оборудования или конструкции.

Преимущества тензометрических технологий:

  • Быстрое время отклика;
  • Простота компенсации температурных эффектов;
  • Малая чувствительность к динамическим воздействиям.
  • Невозможность обеспечить более низкие диапазоны измерений;
  • Снижение точности показаний при вибрациях;
  • Необходимость точного совмещения с окружающей средой;
  • Сложность первоначальной настройки.

Выпуск современных тензометрических датчиков регламентируется требованиями ГОСТ 21616-91.

Схема подключения тензодатчиков к индикатору веса

Подключение тензодатчика к индикатору веса, на первый взгляд кажется простой задачей, но неправильное соединение может вызвать уменьшение точности измерения или некорректную работу весовой системы. Тензодатчики различных производителей имеют либо 4-х проводный, либо 6-ти проводный кабель для подключения к весовому индикатору.

Ниже приведены схемы подключения для этих двух типов тензодатчиков:

Большинство промышленных весовых систем используют несколько тензодатчиков, в этом случае они должны быть подключены параллельно. Обычно эту связь делают не простой скруткой, а с применением специализированных соединительных коробок. Дополнительно, некоторые модели таких коробок позволяют «подогнать» сопротивление датчиков друг под друга, т.е. сбалансировать систему из множества датчиков.

Тензодатчики поставляются с кабелем определенной длины. При удлинении соединительного кабеля следует учитывать, что это может привести к падению точности измерения. Также при изменении длины кабеля следует производить перекалибровку весового индикатора, к которому подключен тензодатчик.

Как подключить тензодатчик к весовому терминалу

Большинство тензодатчиков поставляется с документацией, в которой указывается цветовая маркировка идущих от него проводов и их назначение. 4-х проводные тензодатчики, судя по названию, имею 4 соединительных линии:

+EXC – +Питание
-EXC – -Питание
+SIG – +Сигнал
-SIG – -Сигнал

Т.е. две линии это цепи питания и две это выходной сигнал датчика. Для корректной работы необходимо подать питающее напряжение на линии +EXC и –EXC, в соответствии с техническими характеристиками датчика, обычно оно составляет от 5 до 12 вольт. После подачи питания на сигнальных линиях SIG меняется напряжение, и это изменение необходимо фиксировать весоизмерительным прибором.


На рисунке приведена схема подключения тензодатчика четырёхпроводного типа, на примере датчика фирмы Zemic и весоизмерительного прибора КВ-001.

Некоторые тензодатчики могут иметь не четыре, а шесть соединительных проводов. Две дополнительные линии называются – линиями обратной связи, и имеют маркировку SENSE. Эти две дополнительные линии позволяют осуществлять компенсацию потерь на длинных проводах. Как видно из рисунка выше, в случае подключения четырехпроводного тензометрического датчика, функция компенсации потерь не используется, и необходимо использовать перемычки для подключения тензодатчика к прибору.

Четырехпроводные тензодатчики датчики лучше использовать на короткие расстояния передачи сигнала. Шестипроводные датчики, благодаря линиям обратной связи, обладают большей точность и их можно использовать для больших расстояний, т.к. эти две дополнительные линии позволяют осуществлять компенсацию потерь на длинных проводах.


На рисунке приведена схема подключения тензодатчика шестипроводного типа, на примере датчика фирмы Zemic и весоизмерительного прибора КВ-001.

Определение маркировки проводов тензодатчика без документации

Если у вас отсутствует описание тензодатчика, для определения маркировки проводов можно использовать обыкновенный мультиметр, при условии, что датчик аналоговый, а не цифровой.

  • Измерьте сопротивление между всеми проводами. В 4-проводном тензодатчике имеется шесть комбинаций проводов, следовательно, вы получите 6 значений сопротивлений, одна пара проводов будет иметь сопротивление больше, чем все остальные.
  • Пара с самым большим сопротивлением – это линия питания, оставшаяся пара проводов – линия сигнала.
  • Подключите линию питания к весоизмерительному прибору, или подайте напряжение.
  • Измерьте напряжение на линии сигнала, определив тем самым полярность подключения.

Подключение нескольких тензодатчиков при помощи соединительной (балансировочной) коробки

Как подключать несколько тензодатчиков при помощи балансировочной коробки можно посмотреть на видео

Заземление и экранирование при подключении тензодатчика.

Организация заземления и экранирования важный вопрос успешного создания весовой системы с использованием тензодатчиков. Надёжное решение данной задачи – ключ к правильной работе тензометрического датчика, генерирующего слаботочные сигналы. Кабели тензодатчиков должны иметь экранирующую оплетку, которая, при правильном подключении, обеспечивает защиту от электростатических и других помех.

Основное правило, которое нельзя нарушать: необходимо избегать «земляных» петель, т. е. заземлять устройства нужно в ОДНОЙ общей точке. Петли могут возникать если экран кабеля подключать к заземляющему контуру с двух концов. Поэтому, если корпус датчика надёжно заземлён и одновременно соединён с экраном – этого достаточно, в противном случае – соединить экран с заземлением только с любого ОДНОГО конца, например, в электрощите, где установлен прибор отдельным жёлто-зелёным проводом. Под «заземлением» мы понимаем защитное заземление, желто-зелёный провод. Использовать «нейтраль» в качестве «земли» очень нежелательно.

Если датчики соединяются параллельно, то необходимо не забывать соединять друг с другом и экранные оплётки кабелей через соответствующий контакт клеммы в соединительной коробке, и тут же их заземлять вместе с корпусом коробки. Общий кабель, идущий от соединительной коробки к прибору, соединять с заземлением также с ОДНОЙ стороны, как описано выше, не допуская образования «земляной» петли, желательно возле входа в измерительный прибор, то есть заземлять со стороны приёмника.

На кабель датчика, прямо поверх изоляции, на расстоянии 4-5 см от клеммы измерительного прибора, желательно защёлкнуть ферритовый фильтр для блокировки возникающих в цеху разнообразных помех по «земле». Такие фильтры производятся под кабели разных диаметров. Фильтры желательно защёлкнуть и на других длинных линиях, например RS-485, на приёмном и передающем устройстве. Если индуктивности одного фильтра недостаточно для надёжного уменьшения уровня помехи, такие фильтры можно защёлкивать последовательно на небольшом расстоянии друг от друга, наращивая тем самым индуктивность до необходимого уровня.

Тензометрические датчики (Тензодатчики). Виды и работа. Устройство

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.

Виды

В разных отраслях промышленности используется множество видов тензометрических датчиков:

  • 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.

Применяются следующие виды датчиков:

  • Из фольги.
  • Пленочные.
  • Из проволоки.
Датчик из фольги

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

датчика может измерить точную нагрузку от сотых частей грамма до тонн. Они называются одноточечные, так как измерение происходит не на площади, а в одной точке, в отличие от датчиков из фольги и пленки. Проволочными датчиками можно контролировать растяжение и сжатие.

Принцип действия тензодатчиков

Тензометрические датчики представляет собой конструкцию из тензорезистора, имеющего контакт на панели. Она соприкасается с телом для измерения. Принципиальная схема действия датчика заключается в действии на чувствительный элемент исследуемой детали. Для подключения датчика к питанию используются электроотводы, соединенные с чувствительной пластиной.

В контактах существует постоянное напряжение. На тензодатчик кладется деталь через подложку. Вес детали разрывает цепь путем деформации. Деформация видоизменяется в сигнал тока.

Мост измерения тензодатчика дает возможность измерить минимальные нагрузки, расширяя этим применяемость прибора. Схема подключения мостом датчика основывается на законе Ома. Если сопротивления равны, то проходящий ток будет одинаковым. Действие снаружи обрело название «внешний фактор», изменение сигнала – «внутренний фактор». Тогда можно сказать, что принцип работы датчика заключается в определении внешнего фактора с помощью внутреннего.

В быту тензометрические датчики работают в весах. Тензорезисторы подключены с поверхностью работы весов. Подключение к питанию весов осуществляется через батареи.

Этот контрольный прибор имеет высокую точность. Погрешность чувствительных элементов составляет менее 0,02%, это высокий показатель. Существуют приборы с чувствительностью гораздо выше этого. Их работа основана на контроле действия силы. Значение силы давления прямопропорционально преобразованному сигналу тензодатчика.

Принцип действия датчиков силы

Датчики силы, другими словами динамометры входят в состав приборов, измеряющих вес. Их отсутствие делает невозможным работу системы по автоматизированию техпроцессов на производстве. Они используются в сельском хозяйстве, строительстве, металлургии.

Работа основывается на изменении деформации в сигнал. В действии происходит много разных явлений, которые обусловили несколько типов тензодатчиков:
  • Тактильные.
  • Резистивные.
  • Пьезорезонансные.
  • Пьезоэлектрические.
  • Магнитные.
  • Емкостные.
Тактильные датчики

Этот тип датчиков самый новый, появился после возникновения робототехники. Тактильные датчики делятся на: датчики усилия, касания, проскальзывания. Первые два определяют силу и отличаются сигналом. От других они отличаются небольшой толщиной из-за применения специальных материалов, обладающих прочностью, эластичностью, гибкостью.

Конструкция состоит из 2-х пластин(1 и 2). Между ними находится прокладка (3) с ячейками из изоляционного материала. Один провод соединен с верхней, второй с нижней пластиной. При воздействии силы на верхнюю пластину она прогибается и замыкается с нижней. Падение напряжения на резисторе является сигналом выхода.

Резистивный тензодатчик

Это широко применяемый вид датчиков, так как интервал усилий работы составляет от 5 Н до 5 МН, используются для разных нагрузок. Преимуществом его стала линейность сигнала выхода. Рабочий элемент – тензорезистор, состоящий из проволоки на гибкой подложке.


1 — Подложка
2 — Чувствительный элемент
3 — Контакты

Датчик приклеивают к измеряемому предмету. Под действием деформации изменяется сопротивление резистора, а соответственно подающего сигнала.

Пьезорезонансный тензодатчик

В этом типе датчиков применяются два эффекта: обратный и прямой. Элемент чувствительности датчика – резонатор. Пьезоэффект обратный обуславливается напряжением, которое вызывает заряды, это называется прямым пьезоэффектом.

Колебания резонатора вызывают резонансные колебания. Пьезорезонансные датчики подключаются по разным схемам. На рисунке изображена схема с генератором частоты и фильтра резонанса. Сила действует на резонатор, изменяет настройки частоты фильтра, от которых зависит напряжение выхода.

Пьезоэлектрические тензометрические датчики

Работа заключается на основе прямого пьезоэффекта. Им обладают такие материалы: кристаллы титаната бария, турмалина, кварца. Они химически устойчивы, имеют высокую прочность, их свойства мало зависят от окружающей температуры.

Суть эффекта состоит в действии силы на материал. Возникают заряды разной полярности, величина которых зависит от силы. Датчик состоит из корпуса, двух пьезопластин, выводов. При воздействии силы пластины сжимаются, возникает напряжение, поступающее на усилитель сигнала.

Такие тензометрические датчики используются для контроля динамических сил.

Магнитные тензометрические датчики

Магнитострикция является основным явлением для работы датчиков этого типа. Такой эффект меняет геометрию размеров в магнитном поле. Изменение геометрии изменяет магнитные свойства, что называется магнитоупругого эффекта. При снятии усилия свойства тела возвращаются.

Это определяется изменением расположения атомов в решетке кристаллов в магнитном поле или под действием силы. В нашем варианте катушка индуктивности расположена на ферромагнитном сердечнике. От силы сердечник деформируется, получая состояние напряженности.

Изменение сердечника дает изменение его проницаемости, а, следовательно, изменяется магнитное сопротивление и индуктивность катушки.

Широко применяемыми стали датчики с двумя катушками. Первичная – запитана генератором, во вторичной образуется ЭДС. Во время деформации магнитная проницаемость меняется. В результате меняется ЭДС 2-й обмотки.

Емкостные датчики

Это параметрический тип датчиков, представляющий собой конденсатор. Чем больше площадь пластин, тем больше емкость. А чем больше промежуток между пластинами, тем меньше емкость.

Это свойство применяют для конструкции емкостных датчиков. Чтобы было удобно пользоваться измерениями, емкость преобразуют в ток. Для этого пользуются разными схемами подключения.

Обычно применяют вариант со сжатием диэлектрика между пластинами.

Преимущества тензометрических датчиков
  • Повышенная точность измерения.
  • Сочетаются с измерениями напряжений, не имеют искажений данных измерения. Это удобство незаменимо при применении датчиков на транспорте или в критических ситуациях и условиях.
  • Малые размеры дают возможность применять их в любых измерениях.

К недостаткам тензометрических датчиковможно отнести снижение чувствительности при резких изменениях температуры. Для получения точных результатов рекомендуется делать контроль измерения при комнатной температуре.

Подключение тензодатчиков

Подключить тензометрические датчики можно легко самому, используя схему. Перед приобретением тензодатчиков определите длину кабеля подключения. Если короткий кабель наращивать в длину, то точность измерения индикатором будет значительно меньше. Оптимизацию этого параметра можно произвести контроллером SE 01, который действует вместо усилителя.

Если в конструкции весов применяются разные индикаторы, то их соединяют по параллельной схеме с помощью специальных коробок. Проводники датчиков обязательно заземляются, независимо от вида питания. Установка заземления производится в общей одной точке. Для этих целей применяется коробка для разветвления.

Далее проверяется правильность подключения по схеме датчиков, надежность контактов и заземления. Монтаж прибора осуществляется экранированным кабелем. Он заглушает помехи, вспомогательные модули при его использовании не нужны. По подобию подсоединяется преобразователь в дозатор.

Похожие темы:

Принцип работы, характеристики и применение

Тензодатчик был изобретен Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром Руге в 1938 году. Это изобретение привело к измерению значительной степени деформации различных конструкций. Тензодатчик - это тип датчика, который используется в самых разных приложениях для измерения деформации объекта. Это важный геотехнический инструмент, который определяет деформации в различных конструкциях, таких как туннели, подземные полости, здания, мосты, бетон, каменные дамбы, заделки в почве / бетоне и т. Д.Вот все, что читатель может знать о тензодатчиках, включая принцип работы, характеристики и применение.

Что такое тензодатчик?

Определение: Тензодатчик - одно из обязательных устройств, используемых в области геотехнической инженерии для измерения деформации различных конструкций. Применение внешней силы приведет к изменению сопротивления тензодатчика.


тензодатчик

Базовая конструкция датчика имеет изолирующую гибкую основу для поддержки структуры из металлической фольги.Эта металлическая катушка приклеивается к тонкой подложке, называемой держателем, и вся установка прикрепляется к объекту с помощью подходящего клея. Поскольку объект деформируется под действием силы, давления, веса, натяжения и т. Д., Электрическое сопротивление фольги изменяется. Мост Уитстона измеряет изменение удельного сопротивления, которое связано с деформацией, с помощью величины, известной как калибровочный коэффициент.

тензодатчик-образец-схема

Небольшие изменения сопротивления датчика измеряются с использованием концепции моста Уитстона.На рисунке ниже показан общий мост Уитстона, который имеет четыре резистивных плеча и напряжение возбуждения V EX .

Мост Уитстона

Мост Уитстона имеет две параллельные цепи делителя напряжения. R1 и R2 образуют одну цепь делителя напряжения, R3 и R4 образуют вторую цепь делителя напряжения. Выходное напряжение VO определяется выражением:

Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * V EX

Если R1 / R2 = R4 / R3, то выход напряжение равно нулю, и мост называется симметричным мостом.

Небольшое изменение сопротивления приводит к ненулевому выходному напряжению. Если «R4» заменить тензодатчиком, и любые изменения сопротивления тензодатчика приведут к разбалансировке моста и появлению ненулевого напряжения.

Измерительный коэффициент тензодатчика

Измерительный коэффициент GF задается как

GF = (∆R⁄RG) / ∈

Где

'ΔR' - изменение сопротивления из-за деформации

' RG '- сопротивление недеформированной толщины

' ε '- деформация

Толщина обычной металлической фольги составляет около 2.Выходное напряжение датчика SV моста Уитстона определяется как:

SV = EV (GF.∈) / 4

Где EV - напряжение возбуждения моста

Тензодатчик Рабочий

Функционирование тензодатчика полностью зависит от удельного электрического сопротивления объекта / проводника. Когда объект растягивается в пределах своей эластичности и не ломается или не изгибается постоянно, он становится тоньше и длиннее, что приводит к высокому электрическому сопротивлению. Если объект сжимается и не деформируется, а расширяется и укорачивается, это приводит к снижению электрического сопротивления.Значения, полученные после измерения электрического сопротивления манометром, помогают понять величину вызванного напряжением.

Напряжение возбуждения подается на входные клеммы измерительной сети, а выходное напряжение считывается на выходных клеммах. Обычно они подключены к нагрузке и могут оставаться стабильными в течение более длительных периодов времени, иногда десятилетий. Клей, используемый для датчиков, зависит от продолжительности работы системы измерения - цианоакрилатный клей подходит для краткосрочных измерений, а эпоксидный клей - для долгосрочных.

Принцип работы тензодатчика

Как мы знаем, сопротивление напрямую зависит от длины и площади поперечного сечения проводника, что определяется выражением R = L / A

Где

'R' = Сопротивление

'L' = длина

'A' = площадь поперечного сечения

Очевидно, что длина проводника изменяется с изменением размера и формы проводника, что в конечном итоге приводит к изменению площади поперечного сечения и сопротивления .

Любой нормальный калибр имеет длинную и тонкую проводящую полосу, расположенную зигзагообразно из параллельных линий.Цель этого зигзагообразного выравнивания - с большой точностью уточнить небольшое напряжение, которое возникает между параллельными линиями. Напряжение определяется как сила сопротивления объекта.

Розетки для тензодатчиков

Два или более датчика, расположенных близко друг к другу в виде розетки, для измерения количества компонентов и точной оценки деформации на поверхности, известны как розетки для тензодатчиков. Иллюстрация представлена ​​на рисунке ниже.

тензодатчики-розетки

тензодатчики

Эти датчики веса чаще всего используются в промышленности.Он очень точный и экономичный. По сути, датчик нагрузки состоит из металлического корпуса, на котором прикреплены тензодатчики. Чтобы металлический корпус был прочным и менее эластичным, в конструкции используются легированная сталь, алюминий или нержавеющая сталь.

Когда к весоизмерительному датчику прикладывается внешняя сила, он слегка деформируется, и, если он не перегружен, он возвращается к своей исходной форме.

Если датчик веса деформируется, датчик изменяет форму, вызывая изменение электрического сопротивления датчика, который, в свою очередь, измеряет напряжение.

Существуют распространенные типы тензодатчиков, которые включают изгибающую балку, блинчик, датчик нагрузки с одноточечной поперечной балкой, двухстороннюю поперечную балку, зажимы для троса и т. Д.

Характеристики тензодатчиков

Важными характеристиками тензодатчиков являются:

  • Они подходят для более длительных периодов с соблюдением определенных мер предосторожности
  • Они обеспечивают точные значения при изменении температуры и других факторов
  • Они просты в изготовлении, потому что простых компонентов
  • Они просты в обслуживании и имеют длительный срок службы
  • Они полностью герметичны для защиты от повреждений, таких как обращение и установка

Применение тензодатчика

Исключительные характеристики позволяют использовать эти манометры в область геотехнической инженерии для мониторинга таких конструкций, как плотины, туннели и т. д.постоянно и заблаговременно избегать несчастных случаев. Некоторые из областей применения тензодатчиков:

  • Мониторинг рельсов
  • Кабельные мосты
  • Аэрокосмическая промышленность
  • Атомные электростанции

Часто задаваемые вопросы

1). Какая чувствительность тензодатчика?

Напряжение течения зависит от скорости деформации. Кроме того, скорость деформации зависит от размера зерна объекта или рабочего материала. Он определяется как отношение изменения напряжения течения к изменению деформации.

2). Что такое единица деформации?

Деформация - безразмерная величина. Однако скорость деформации обратно пропорциональна времени, а единица СИ обратно пропорциональна секундам (с-1).

3). Как выбрать тензодатчик?

Выбирается на основе типа приложений и других связанных элементов. Например -

  • На основе измерительной длины и сопротивления
  • На основе затрат на рабочую силу
  • На основе материала и среды измерения

4).Почему мост Уитстона используется для тензодатчика?

Мост Уитстона может измерять выходное напряжение в милливольтах. Для тензодатчика со связующим звеном изменение сопротивления можно измерить, когда он подключен к электрической цепи (мост Уитстона), которая измеряет незначительное изменение сопротивления. Когда выходное напряжение на мосту Уитстона становится отличным от нуля, схема теряет равновесие и помогает определить нагрузку на объект.

5). Как установить тензодатчики?

Вот шаги для установки тензодатчика

Таким образом, в этой статье дается подробное описание тензодатчика, принцип работы, коэффициент измерения, характеристики и области применения.Помимо этого, корреляция цифровых изображений (DIC) - это метод, используемый в настоящее время для измерения деформации. Он используется во многих отраслях из-за точности и в качестве замены традиционных типов датчиков, таких как акселерометры, струнные потенциометры, LVDT и многие другие. Вот вам вопрос, какова основная функция тензодатчика?

Тензодатчик

: принцип, типы, характеристики и применение

Тензодатчики

- важные геотехнические инструменты, которые измеряют деформации в подземных полостях, туннелях, зданиях, бетоне, каменных дамбах, мостах, заделках в почве / бетоне.и т. д. Основная цель тензодатчика - косвенно количественно определять напряжение и его изменение во времени. Изменение напряжения определяется путем умножения измеренной деформации на модуль упругости.

Что ж, если вы не уверены в тензодатчиках, вот все, что вам нужно об этом знать. Мы рассмотрели его принципы работы, характеристики, особенности, а также области применения.

Что такое тензодатчик?

Прежде чем мы перейдем к более технической части прибора, давайте сначала четко определим тензодатчик.

ТензомерStrain Gage измеряет деформацию (степень сжатия, а также расширение, вызванное внешними силами) любого объекта. Тензодатчик был изобретен в 1938 году Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром Руге.

Любой базовый тензодатчик состоит из изолирующей гибкой основы, которая поддерживает узор из металлической фольги. Датчик прикрепляется к объекту, находящемуся под напряжением, с помощью клея. Деформация объекта также приводит к искажению фольги, что в конечном итоге приводит к изменению удельного электрического сопротивления фольги.

Это изменение удельного сопротивления измеряется мостом Уитстона, который связан с деформацией величиной, называемой калибровочным коэффициентом.

Типы тензодатчиков

- модели Encardio-rite

Если вам интересно, какие бывают типы тензодатчиков, у нас есть для вас ответ. Encardio-rite в первую очередь имеет дело с пятью различными типами тензодатчиков. Давайте рассмотрим их подробнее.

Модель EDS-11V / Герметичный тензодатчик с вибрирующей проволокой

Тензомер модели EDS-11V подходит для заделки в грунт или бетон или для поверхностного монтажа путем сварки на стальных конструкциях.Он предоставляет важные количественные данные о величине и распределении деформации сжатия и растяжения и ее изменениях во времени.

Тензомер Encardio-rite включает новейшую технологию вибрирующей проволоки для дистанционного цифрового считывания деформации сжатия и растяжения в плотинах, мостах, подземных полостях, туннелях, шахтах, стальных конструкциях и других областях применения тензодатчиков, где требуется измерение деформации. .

Долговременная стабильность достигается за счет циклического изменения температуры и нагрузки, уникального метода зажима проволоки путем создания вакуума 1/1000 Торр внутри датчика посредством электронно-лучевой сварки.В результате полностью исключается влияние окисления, влаги, условий окружающей среды и любого проникновения воды.

Принцип работы тензодатчика (герметичная вибрирующая проволока)

Измеритель деформации вибрирующей проволоки Encardio-rite в основном состоит из магнитной натянутой проволоки с высокой прочностью на разрыв, один конец которой закреплен, а другой конец смещен пропорционально изменению деформации.

Любое изменение деформации напрямую влияет на натяжение проволоки, что приводит к соответствующему изменению частоты вибрации проволоки.Резонансная частота, с которой колеблется провод, считывается блоком считывания. Напряжение пропорционально квадрату частоты, и устройство считывания может отображать это непосредственно в деформациях.

Характеристики герметичного тензодатчика с вибрирующей проволокой
  1. Тензодатчик точный, прочный и недорогой
  2. Обеспечивает долгосрочную стабильность и высокую надежность.
  3. Герметично запечатан под вакуумом 0,001 торр.
  4. Тензодатчик изготовлен из нержавеющей стали
  5. Не требует специального монтажа и обслуживания
  6. Вместе с тензодатчиком доступен широкий спектр принадлежностей
  7. Термистор доступен для температурной коррекции
  8. Дистанционное цифровое считывание для измерения деформации
  9. Простота регистрации данных
Применение герметичного тензодатчика с вибрирующей проволокой

Существует общий вопрос о том, для чего используются тензодатчики, и вот ответ для вас.

Это основная область применения тензодатчика:

  1. Измерение и контроль деформации в бетонных, каменных и стальных конструкциях
  2. Исследование распределения напряжений в опорных ребрах подземных полостей и тоннелей
  3. Определение и мониторинг распределения напряжений в бетонных и каменных плотинах Испытания звеньев
  4. Контроль напряжений в напорных валах

Модель EDS-12V / Измеритель деформации стержня с вибрирующей проволокой

Encardio-rite models EDS-12V / EDS-12V-EX тензометры с вибрирующими проволочными стержнями специально разработаны для встраивания в бетонные конструкции.Они идеально подходят для измерения деформации в бетонных конструкциях, таких как сваи, диафрагменные / гидроизоляционные стены, опоры мостов, облицовка туннелей, плотины, фундаменты и т. Д.

Характеристики тензометрического измерителя сестринского стержня с вибрирующей проволокой
  1. Подходит для длительного монтажа
  2. Простота установки и водонепроницаемость
  3. Возможны надежные и точные измерения
  4. Полностью герметизирован для защиты от повреждений при транспортировке и установке
  5. Прочная конструкция
Применение тензометрического измерителя с вибрирующей проволокой
  1. Подходит для измерения деформации в железобетонных конструкциях
  2. Измерение деформации бетонных свай и бетонных свай.
  3. Измерение деформации стенок суспензии диафрагмы
  4. Датчик деформации модели EDS-12V используется в футеровке туннелей, плотинах и опорах мостов.
  5. Обеспечивает надежные показания с высоким разрешением

Модель EDS-20V-Series / Тензорезистор с вибропроводом

Вибрационный тензодатчик

представлен в серии трех различных моделей:

EDS-20V-AW / Дуговой тензодатчик

Модель EDS-20V-AW в основном состоит из двух концевых частей, соединенных трубкой, в которую входит отрезок магнитного натянутого провода с высокой прочностью на растяжение.Проволока запаяна в трубке с помощью набора двойных уплотнительных колец, закрепленных на каждом конце. Двойные кольцевые уплотнения обеспечивают надежную защиту тензодатчика от проникновения воды. Дополнительная гидроизоляция тензорезистора обеспечивается термоусаживаемой трубкой для предотвращения попадания воды.

Трубка сплющена посередине для размещения узла датчика в сужении. Датчик является неотъемлемой частью тензодатчика. Тензодатчик лучше подходит для мест, подверженных воздействию капель или проточной воды или которые могут погружаться в воду.

Для установки тензодатчика два кольцевых монтажных блока точно позиционируются и выравниваются с помощью монтажного приспособления и манекена и привариваются к конструкции. Затем фиктивный манометр заменяется настоящим тензодатчиком и фиксируется парой установочных винтов на каждом блоке.

Предлагаются кольцевые монтажные блоки из армированных стержней для поверхностного монтажа тензодатчика на бетонную конструкцию.

EDS-20V-E / Встраиваемый тензодатчик

Вибрационный тензодатчик модели

ЭДС-20В-Э предназначен для измерения деформации в подземных полостях, туннелях, зданиях, бетонных и каменных дамбах и т. Д.Тензодатчик подходит для заделки в грунт или бетон.

Встраиваемый тензодатчик похож на тензодатчик, свариваемый дуговой сваркой, за исключением того, что монтажные блоки заменены фланцами из нержавеющей стали.

EDS-20V-SW / Точечный тензодатчик

Итак, как работает тензодатчик?

Язычок из фольги из нержавеющей стали, прикрепленный к каждому торцевому блоку, позволяет приваривать манометр или закреплять на месте эпоксидной смолой. Датчик предварительно натянут небольшой пружиной сжатия.Начальное натяжение может быть установлено во время установки, обеспечивая максимальный диапазон растяжения или сжатия по мере необходимости. Гараж предназначен для использования только на ровных поверхностях.

Как работает тензодатчик?

Тензодатчик зависит от удельного электрического сопротивления любого проводника. Сопротивление в любом проводящем устройстве зависит от его длины, а также от площади поперечного сечения.

Когда внешняя сила изменяет физические параметры объекта, его удельное электрическое сопротивление также изменяется.Датчик деформации измеряет эту деформацию с помощью формулы калибровочного фактора.

Вот как работает тензодатчик!

Каков принцип работы тензодатчика?

Каждый раз, когда внешняя сила сжатия или расширения увеличивается или уменьшается на каком-либо объекте, его удельное электрическое сопротивление также увеличивается или уменьшается пропорционально.

Фактор тензодатчика - это коэффициент чувствительности тензодатчиков, который определяется по формуле:

GF = [ΔR / (RG * ε)]

где,

ΔR = Изменение сопротивления, вызванное деформацией

RG = сопротивление недеформированного датчика

ε = деформация

Толщина обычной металлической фольги обычно немного больше 2.Выходное напряжение моста Уитстона SV определяется по формуле:

SV = {EV x [(GF x ε) / 4]}

где,

EV - напряжение возбуждения моста.

Характеристики тензодатчика

Вот все характеристики тензодатчика, которые необходимы для точного функционирования прибора.

Длина колеи

Невозможно измерить нелинейные поля деформации без внесения некоторой степени погрешности, потому что деформации не могут быть измерены в точке с помощью любого типа датчика.

В таких случаях погрешность зависит от длины колеи и ширины колеи. Размер датчика механического тензодатчика рассчитывается по расстоянию между двумя режущими кромками, контактирующим с образцом, и по ширине подвижной режущей кромки.

Чувствительность датчика

Чувствительность можно определить как наименьшее значение деформации, считываемое на шкале тензодатчика.

Выбор датчика сильно зависит от требуемой степени чувствительности, и довольно часто выбор датчика с очень высокой чувствительностью увеличивает сложность метода измерения.

Диапазон

Следующей характеристикой тензодатчика является его диапазон. Диапазон представляет собой максимальную деформацию, которую можно зарегистрировать без сброса или замены тензодатчиков.

Кроме того, диапазон и чувствительность взаимосвязаны, поскольку высокочувствительный датчик реагирует на небольшие деформации отклонениями индикатора, а диапазон обычно ограничивается полным отклонением индикатора.

Точность

В механическом тензорезисторе неточности могут быть результатом потери хода, например, люфта зубчатой ​​передачи, трения, изменений температуры и износа механизма, проскальзывания, изгиба или прогиба компонентов.

Реальные применения тензодатчика

Область применения тензодатчиков в реальной жизни безгранична. Его можно использовать для проверки деформаций в различных конструкциях, таких как высотные здания, подземные коридоры метро, ​​мосты, плотины, глубокие коттеджи, железнодорожные пути и т. Д.

Вот некоторые практические применения тензодатчиков:

Аэрокосмическая промышленность

Давайте поговорим о применении тензодатчиков в авиакосмической отрасли.

Тензодатчики крепятся к несущим конструктивным элементам для измерения напряжений вдоль путей нагружения при прогибе или деформации крыла в самолете.

Тензодатчики подключаются к цепям моста Уитстона, и их области применения включают бортовые блоки формирования сигналов, источники питания возбуждения и телеметрию, необходимую для считывания измерений на месте.

Кабельные мосты

Контрольно-измерительные приборы мостов предназначены для проверки проектных параметров, оценки эффективности новых технологий, используемых при строительстве мостов, для проверки и контроля процесса строительства и для последующего мониторинга производительности.

Хорошо оборудованные мосты могут предупредить ответственные органы о приближающемся отказе, чтобы предпринять превентивные меры. Выбор подходящих типов датчиков, технологии, диапазона измерения и их расположения на мосту очень важен для оптимизации затрат и получения всех преимуществ от измерительных приборов.

Становится необходимым регулярно контролировать мосты на предмет деформации любого вида, так как это может привести к несчастному случаю со смертельным исходом. Это требует применения тензодатчиков в инженерной сфере.

Тензометрическая технология используется в мониторинге огромных мостов в реальном времени, что делает проверки точными.

Например, мост Ямуна в Аллахабад-Найни - это 630-метровый вантовый мост через реку Ямуна. Мост оборудован множеством измерительных каналов, которые определяют скорость ветра и натяжение его тросов.

Мониторинг рельсов

Тензодатчики

имеют долгую историю обеспечения безопасности рельсов. Он используется для измерения напряжения и деформации рельсов. Тензодатчики измеряют осевое растяжение или сжатие без воздействия на рельсы.В случае возникновения чрезвычайной ситуации тензодатчики могут выдавать предупреждение, поэтому обслуживание может быть выполнено на ранней стадии, чтобы минимизировать воздействие на железнодорожное движение.

Измерение крутящего момента и мощности вращающегося оборудования

Тензодатчики могут измерять крутящий момент, прилагаемый двигателем, турбиной или двигателем к вентиляторам, генераторам, колесам или гребным винтам. Вы найдете такое оборудование на электростанциях, кораблях, нефтеперерабатывающих заводах, автомобилях и в промышленности.

Ограничения тензодатчика

Тензодатчики

- довольно надежные и широко используемые чувствительные элементы, применяемые в области геотехнического приборостроения.Однако есть очень незначительные ограничения, о которых вы можете упомянуть, когда дело касается недостатков.

Каждая модель тензодатчика имеет ограничения по усталости, температуре, величине деформации и среде измерения. Однако с полным ассортиментом Encardio-rite вы можете легко изучить характеристики и характеристики тензодатчика и использовать его по своему усмотрению.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли использовать тензодатчики многоразового использования?

Основными преимуществами механических тензодатчиков являются простота их использования, их относительно низкая стоимость и возможность многократного использования.Тензодатчики электрического сопротивления преодолевают большинство недостатков механических датчиков.

Почему для измерения деформации используется мост Уитстона?

Не всегда необходимо использовать схему моста Уитстона для измерения электрического сопротивления. Основным преимуществом четырехпроводной схемы с сопротивлением Ом является то, что подводящие провода не влияют на значения, поскольку напряжение регистрируется непосредственно на элементе тензодатчика.

Какие бывают типы тензодатчиков?

Encardio-rite предлагает множество марок и моделей тензодатчиков, в том числе:

Герметичный тензодатчик с вибрирующей проволокой, модель EDS-11V

Измеритель деформации стержня с вибрирующей проволокой EDS-12V модели

Модель EDS-20V-AW Тензомер с вибрирующей проволокой для дуговой сварки

Тензодатчик модели EDS-20V-E с вибрирующей проволокой

Тензодатчик модели EDS-20V SW с вибрирующей проволокой для точечной сварки

Датчик деформации бетонной заливки модели EDS-21V

В каких единицах измеряется деформация?

Единица измерения деформации в СИ (Système International) - «единица» i.е. 1 ε = 1 = 1 м / м. На практике «единица» деформации называется «деформацией» и используется символ e.

Что такое стресс?

Это мера внутреннего давления на объект, когда на него действует внешняя сила. Чем больше сила или меньше площадь, на которую она действует, тем больше вероятность деформации материала.

Деформация является безразмерной величиной, поскольку значения в числителе и знаменателе всегда имеют одни и те же единицы.

S = Δx / X

Где,

S = деформация (без единицы измерения)

Δx = изменение размера (м для продольной деформации или деформации сдвига, м3 для объемной деформации)

X = исходный размер (м для продольной деформации или деформации сдвига, м3 для объемной деформации)

Что такое штамм?

Степень деформации объекта называется деформацией.Штаммы могут быть разные.

Определяется как изменение длины, создаваемое силой, деленное на исходную длину материала.

Напряжение обозначено σ. Он представлен как Н / м2.

Формула напряжения сформулирована как

σ = F / A

Где,

F = приложенная сила

A = Площадь, на которую действует сила

Речь идет о тензодатчиках, и, если у вас возникнут дополнительные вопросы, сообщите нам об этом в комментариях ниже.

Как они работают, приложения и типы

Тензодатчики - это устройства, которые обычно используются инженерами для измерения воздействия внешних сил на объект. Они измеряют деформацию напрямую, что может использоваться для косвенного определения напряжения, крутящего момента, давления, прогиба и многих других измерений.

В этом посте я расскажу, что такое тензодатчики и как они работают. Затем я немного углублюсь в различные типы тензодатчиков, приведу несколько примеров приложений, а затем рассмотрю подробный пример одного приложения, в котором я работаю.Если вы заинтересованы в покупке тензодатчика для использования в вашем проекте, я также предоставлю несколько мест для их покупки.


Что такое тензодатчики и как они работают?

Деформация - это безразмерное измерение, представляющее собой отношение изменения длины к исходной длине объекта. Следовательно, положительная деформация является результатом растяжения материала, а отрицательная деформация - результатом сжатия. Напряжение - это измерение приложенной силы, деленной на начальную площадь поперечного сечения объекта, или внутреннюю сопротивляемость объекта.

Рисунок 1. Слева: Состав тензодатчика (источник) Справа: Пример тензодатчика (источник)

Каждый тензодатчик состоит из металлической фольги, изолированной гибкой подложкой, как показано на рисунке выше. Два провода пропускают ток через датчик, и когда поверхность измеряемого объекта растягивается или сжимается, измеряется изменение сопротивления. Это изменение сопротивления пропорционально изменению длины на поверхности тестируемого объекта, как показано в уравнении ниже.Тензодатчики работают, измеряя изменение электрического сопротивления на тонкой проводящей фольге. Коэффициент измерения (или «коэффициент измерения») - это чувствительность тензодатчика (обычно 2). Он преобразует изменение сопротивления в изменение длины.

Уравнение 1: Уравнение калибровочного фактора (источник).

Рисунок 2. Сжатие и растяжение, испытанные на тензодатчиках (источник).

Когда тензодатчик испытывает изгиб, растяжение или скручивание, изменение сопротивления металлической фольги измеряется мостом Уитстона.Измеряемое изменение сопротивления пропорционально деформации, испытываемой объектом. Пользователь может определить напряжение, испытываемое объектом, используя закон Гука (уравнение, показанное ниже), зная модуль упругости материала.

Уравнение 2: Уравнение закона Гука.


Типы тензодатчиков

Несмотря на то, что существует множество типов тензодатчиков - для различных применений и степени свободы, которую необходимо измерить, все они используют мост Уитстона для расчета изменения сопротивления.

Тензорезистор для четверть моста

Если вы измеряете одну ось, используется четвертьмостовой тензодатчик, как показано на рисунке ниже. Четвертьмост относится к тому факту, что только один из четырех резисторов является переменным (Rx), а остальные три резистора являются фиксированными. Схема определяет значение переменного резистора таким образом, чтобы схема была сбалансированной и ток не проходил между точками B и C.

Рисунок 3. Диаграмма четвертьбриджа Уитстона (источник изображения: авторское право DEWESoft из серии PRO Training Series).

Розетки тензометрических датчиков

В некоторых тензодатчиках, называемых розетками тензодатчиков, используются дополнительные датчики для измерения деформации в нескольких направлениях. Розетки используются для определения полного деформированного состояния объекта на поверхности. Состояние полной деформации состоит из нормальной деформации, деформации сдвига и основной деформации. В двухосной розетке используются два датчика, а тензодатчики установлены перпендикулярно друг другу. Для трехосной розетки необходимы три градуса измерения.Эти датчики устанавливаются под углом 0 ° -45 ° -90 ° или 0 ° -60 ° -120 ° относительно друг друга, в зависимости от требуемых измерений. Ниже приведены некоторые распространенные конфигурации розеток тензодатчиков (вы можете увидеть оригинал

Рис. 4. Примеры розеток для тензодатчиков (источник изображения: авторское право DEWESoft из их серии PRO Training).

Пьезорезистор

При измерении деформации в малых масштабах пьезорезистор часто является лучшим измерительным инструментом. Эти измерения часто настолько малы, что выражаются в микродеформации (µε или ε x 10-6).Когда используются эти датчики, чувствительность меняется, поэтому коэффициент измерения часто выше, чем у типичного тензодатчика из фольги. Хотя эти датчики регистрируют меньшие изменения длины, они также более чувствительны к изменениям температуры и с большей вероятностью сломаются, чем датчики из фольги.


Где купить тензодатчики

Если вы заинтересованы в использовании тензодатчиков для вашего приложения, их можно найти в разных местах, вот лишь некоторые из них, которые мы обычно используем:

Теперь с тензодатчиками вам также понадобятся очень специфические приборы для питания и кондиционирования выходного сигнала тензодатчика.Вот несколько вариантов от HBM и другие от Omega. Мы знаем, что многие клиенты enDAQ также заинтересованы в добавлении к нашим устройствам возможностей измерения тензодатчиков в сочетании с акселерометрами и другими датчиками, и мы планируем разработать такое решение в течение следующих нескольких лет (подробнее см. В нашей дорожной карте)!


Приложения для тензодатчиков

В области гражданского строительства и геотехнического мониторинга регулярно используются тензодатчики для обнаружения повреждений в таких конструкциях, как мосты, здания и многое другое.Эти конструкции требуют постоянного наблюдения, поскольку любая значительная деформация может привести к травмам или смерти. Эти манометры обычно используются, поскольку они обладают высокой точностью, хорошо работают на больших расстояниях от объекта испытаний и требуют минимальных усилий для настройки и обслуживания в течение длительных периодов времени.

Полевые испытания часто сильно отличаются от лабораторных испытаний в идеальных условиях. Одна из причин, по которой тензодатчики высоко ценятся, заключается в том, что их можно использовать в суровых условиях, обеспечивая воспроизводимые результаты с высокой точностью.Когда инженер тестирует объекты неправильной формы в суровых условиях с труднодоступными конфигурациями, часто требуется специализированное устройство, такое как тензодатчик. Например, в аэрокосмических приложениях используются миллионы тензодатчиков для проверки результатов моделирования CAD (автоматизированное проектирование) и FEA (анализ методом конечных элементов). Эти испытания часто проводятся в динамических условиях, чтобы показать точное представление о том, как различные силы влияют на самолет.

Рисунок 5. Слева: мост на стальных фермах Миннеаполиса в 2006 году. Справа: нижняя сторона моста. (Источник)

Тензодатчики также часто используются для статических испытаний. Некоторые мосты настроены на использование беспроводной телеметрии, которая передает результаты тестирования через Ethernet. Но другие мосты в первую очередь проходят визуальный осмотр или дефектоскопию для выявления дефектов поверхности. Несмотря на то, что эти методы экономически эффективны, они не требуют постоянного контроля, что может привести к катастрофическим отказам, как, например, в случае стального ферменного моста I-35 Миннеаполис.Начиная с 1990 года, мост был отмечен федеральным правительством как «структурно несовершенный», что означало, что он должен был проходить ежегодные проверки. Однако из-за отсутствия постоянного наблюдения с помощью тензодатчиков, значительного ремонта или замены в 2007 году мост неизбежно рухнул, в результате чего погибли 13 человек. Этот мост - лишь один из примерно 80 000 мостов через Соединенные Штаты, которые в 2007 году были признаны «структурно несовершенными».


Пример использования тензодатчика

Здесь, в Midé ( Примечание: enDAQ является подразделением Midé ), мы регулярно используем тензодатчики для проектных работ.Недавно мы с коллегой добавили к нашей испытательной установке тензодатчик для косвенного измерения крутящего момента. Проект, над которым мы работали, был сфокусирован на дизайне костюма для глубоководного дайвинга. Для этого эксперимента мы проверили величину крутящего момента, необходимого для вращения упорного подшипника в руке костюма, путем надавливания на упорный подшипник, чтобы смоделировать его использование на глубине до 530 футов.

Рисунок 6. Испытательная установка с тензодатчиком, установленным между двигателем и упорным подшипником.

Для этого испытания тензодатчик был установлен на пьедестале между двигателем и герметичным упорным подшипником, как показано на рисунке выше. Этот узел был помещен внутрь резервуара высокого давления, погружен в воду и находится под давлением. Двигатель питался от переменного тока, что обеспечивало постоянный выходной крутящий момент. В ходе проведенных испытаний было измерено сопротивление упорного подшипника осевому вращению как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.

Рис. 7. Рукав гидрокостюма в сборе с упорным подшипником.

Во время этого испытания мы медленно увеличивали давление, чтобы определить сопротивление упорного подшипника на разной глубине. Начиная с атмосферного давления в качестве основы, давление увеличивали до 30, 50, 75, 100, 150, 200 и 250 фунтов на квадратный дюйм (или фунтов на квадратный дюйм). Каждый раз, когда мы увеличивали давление, мотор вращался в обоих направлениях на 7-8 секунд. При максимальном давлении тензодатчиком был измерен максимальный крутящий момент на уровне 35 футов на фунт в направлении против часовой стрелки (положительный крутящий момент), как показано на графике ниже.

Рисунок 8. Измерения крутящего момента в зависимости от времени с использованием тензодатчика.


Заключение

Тензодатчики

- это универсальные геотехнические инструменты с очень широким спектром применения, которые помогают обеспечить безопасность и производительность. Их особенно ценят за точность, простоту установки, низкую стоимость, длительный срок службы и необходимость в очень ограниченном техническом обслуживании. Интересно рассмотреть множество будущих применений тензодатчиков в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, кабельные мосты, мониторинг рельсов (для железнодорожных систем) и измерение крутящего момента и мощности в широком диапазоне вращающегося оборудования, такого как вентиляторы, генераторы, колеса и пропеллеры. .

Я надеюсь, что этот пост помог вам лучше понять различные типы тензодатчиков, принцип их работы и их применение. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять комментарии или связываться с нами. И если вам понравился этот пост, не забудьте подписаться на наш блог enDAQ, чтобы узнать больше о сборе данных, датчиках и анализе.

Похожие сообщения:

принцип работы тензодатчика

ПРИНЦИП РАБОТЫ Принцип работы основан на соотношении деформации / сопротивления электрических проводников.Это основной принцип работы тензодатчика. Любой нормальный калибр имеет длинную и тонкую проводящую полосу, расположенную зигзагообразно из параллельных линий. Измерение деформации на стержне растяжения / сжатия. Принцип работы тензодатчиков При приложении силы к любой металлической проволоке ее длина увеличивается из-за деформации. Типы и принцип работы тензодатчиков. Клей, используемый для датчиков, зависит от продолжительности работы системы измерения - цианоакрилатный клей подходит для краткосрочных измерений, а эпоксидный клей - для долгосрочных.Скачать. Тензодатчики - наиболее часто используемый тип давления… Это открытие привело к значительным измерениям напряжения в различных форматах. Цианакрилатный клей подходит для краткосрочных измерений, а эпоксидный клей - для долгосрочных измерений. Основной принцип пьезорезистивного датчика давления заключается в использовании тензодатчика, изготовленного из проводящего материала, который изменяет свое электрическое сопротивление при растяжении. Типичные применения этого типа тензодатчиков включают анализ состояния двухосного напряжения с известными основными направлениями, а также измерения стержней на растяжение и сжатие.Карта сайта ДАТЧИК Тензодатчик используется в течение многих лет и является основным чувствительным элементом для многих типов датчиков, включая датчики давления, тензодатчики, датчики крутящего момента, датчики положения и т. Д. Графен и глупая замазка создают сверхчувствительный Датчик деформации Декстера Джонсона. Всякий раз, когда проводник растягивается в пределах своей упругости, он… На Рисунке 1 показана типичная диаграмма тензодатчика. Это больше не подходит с некоторыми мерами предосторожности. Они обеспечивают точные значения с учетом изменений температуры и других факторов.Эрик С. Ортис. Преобразователи тензодатчиков работают по принципу изменения электрического сопротивления при упругой деформации проводника. 1. Существуют распространенные типы тензодатчиков, которые включают изгибающую балку, блин, одноточечную нагрузочную ячейку с поперечной балкой, двустороннюю срезную балку, зажимы для троса и т. Д. Значения, полученные после измерения электрического сопротивления Gauge, помогают понять величину вызванного напряжением. Датчик деформации может быть прикреплен к диафрагме, которая распознает изменение сопротивления при деформации чувствительного элемента.Обратите внимание, что тензодатчики показывают небольшие изменения сопротивления, поэтому этот датчик следует использовать в конфигурации моста Уитстона. К ним относятся: 1. Когда объект растягивается в пределах своей эластичности и не ломается или не изгибается постоянно, он становится тоньше и длиннее, что приводит к высокому электрическому сопротивлению. Когда объект деформируется в пределах упругости, он либо становится уже и длиннее, либо становится короче и расширяется. Величину освежающего стресса можно рассчитать, чтобы измерить изменение сопротивления объекта.Диагональный мост с манекенами. На этом цилиндре, если тензодатчики прикреплены, тензодатчик также растягивается или сжимается, вызывая изменение его длины и диаметра. Основной принцип работы тензодатчика. Следовательно, они работают аналогично датчикам силы. Изобретенный Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром Руге в 1938 году, наиболее распространенный тип тензодатчика состоит из изолирующей гибкой основы, которая поддерживает узор из металлической фольги. Мост Уитстона имеет две параллельные цепи делителя напряжения.Принцип: Принцип действия тензодатчика основан на пьезорезистивном эффекте, что означает «сопротивление, чувствительное к давлению», или сопротивление, значение которого изменяется в зависимости от приложенного давления. Некоторые из применений тензодатчиков включают -. 22 полных PDF-файла, относящихся к этой статье. Статьи. И сжатие, и расширение по форме называются напряжениями. Следовательно, они работают аналогично датчикам силы. Политика конфиденциальности Для увеличения небольшого напряжения в наборе параллельных линий и измерения точного результата. Если датчик веса деформируется, датчик изменяет форму, вызывая изменение электрического сопротивления датчика, который, в свою очередь, измеряет напряжение.Когда он растягивается, его сопротивление увеличивается и наоборот. Весоизмерительные ячейки - это тип датчика силы, преобразующий силу, действующую на весоизмерительную ячейку, в измеряемый электрический сигнал. Тензодатчик - это тип датчика, который используется в самых разных приложениях для измерения деформации объекта. ПРОЧИТАЙТЕ БУМАГУ. Принцип тензодатчика. Что такое тестирование трансформатора и его типы, что такое кольцевой счетчик: работа, классификация и применение, что такое двойной осциллограф: работа и его применение, какова эффективность трансформатора и его производные, что такое шаговый двигатель с переменным сопротивлением и его работа , Что такое шаговый двигатель с постоянным магнитом и его работа, Что такое шина: типы и их работа, Что такое ток смещения: вывод и его свойства, Что такое закон Гаусса: теория и его значение, Что такое Modbus: работа и его свойства Приложения, Проекты Arduino для студентов инженерных специальностей, Вопросы и ответы на собеседовании по электронике, Что такое полосовой фильтр: теория и ее приложения, Что такое остаточный магнетизм: типы и его свойства, Вопросы и ответы на интервью по беспроводной связи, Что такое оптический рефлектометр и его работа, Что такое свинцово-кислотная батарея: типы, работа и применение, Что такое тест дельта загара: принцип и режимы, Что такое термоэлектрический генератор: работа И его использование, что такое синхроскоп: принципиальная схема и его работа, проекты Arduino Uno для начинающих и студентов инженерных специальностей, проекты обработки изображений для студентов инженерных специальностей, подробное описание тензодатчика, полусумматор и полный сумматор с таблицей истинности, основы MOSFET, работа Принцип и применение, как работает ПИД-регулятор? Эти весоизмерительные ячейки чаще всего используются в промышленных приложениях.Вот все, что читатель может знать о тензодатчиках, включая принцип работы, характеристики и применение. Где «R» = сопротивление, «L» = длина, «A» = площадь поперечного сечения. Эрик С. Ортис. Тензодатчик - это резистор, используемый для измерения деформации объекта. Иллюстрация представлена ​​на рисунке ниже. где v - коэффициент Пуассона, а ρ - удельное сопротивление. Дистанционное цифровое считывание также возможно для тензодатчиков. через силы растяжения или сжатия. Напряжение течения зависит от скорости деформации.Тензометрические датчики широко применяются для измерения пьезоэлектрического смещения. Определите коэффициент датчика и перечислите типы тензодатчиков. Если L 1 - исходная длина определенного провода, а L 2 - новая длина после приложения внешней силы, то деформация математически записывается как: ε = (L 2 + L 1) / L 1; ε = (L 2-L 1) / L 1; ε = (L 2-L 1) / L 2; ε = (L 2-L 1) / L 2; Правильный ответ: 2. ε = (L 2-L 1) / L 1. Читайте также: ЧТО ТАКОЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТАХОМЕТР? Скачать полный пакет PDF. По сути, датчик нагрузки состоит из металлического корпуса, на котором прикреплены тензодатчики.На рисунке ниже показан общий мост Уитстона, который имеет четыре резистивных плеча и напряжение возбуждения VEX. Тензодатчик идеален для длительной установки. LY4) имеют одну измерительную сетку и измеряют деформацию в одном направлении. 4 тензодатчика установлены на одной стороне конструкции как полный мост + Температурные эффекты хорошо компенсируются + Высокий выходной сигнал и отличное подавление синфазных помех (CMR) - Нормальная деформация и деформация изгиба не могут быть разделены (наложенный изгиб) 7.Который имеет длинную тонкую металлическую полосу с зигзагообразной регулировкой на непроводящем материале, как показано ниже. Принцип работы тензодатчика. Определите коэффициент датчика и перечислите типы тензодатчиков. Принципиальная схема показана на рисунке №2. Напряжение возбуждения прикладывается к входным клеммам измерительной сети, а выходное напряжение считывается с выходных клемм. Загрузить через Google Загрузить через Facebook. Напряжение выходного датчика моста Уистона составляет S.V. Где, Ks - коэффициент измерения, выражающий коэффициент чувствительности тензодатчиков.Весоизмерительные ячейки - это тип датчика силы, преобразующий силу, действующую на весоизмерительную ячейку, в измеряемый электрический сигнал. Когда проводник растягивается в пределах своей упругости, он не ломается, а становится уже и длиннее. Другими словами, сжатие или расширение металла заданного размера изменяет сопротивление металла. Обо мне. Сообщается о преобразователе смещения на основе тензодатчика для измерения смещения в диапазоне от 0 до 10 мм. Резистивный тензодатчик с номинальным сопротивлением 350 Ом, которое изменяется при приложении силы.Тензодатчик был изобретен Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром Руге в 1938 году. Введение в измерения с использованием тензодатчиков. Определение: тензодатчик - одно из обязательных устройств, используемых в области геотехники для измерения деформации различных конструкций. Принципы измерения деформации Система разводки тензодатчиков Самокомпенсация температуры Тензодатчики Система кодирования названия модели Основные свойства тензодатчиков KYOWA Тензорезисторы с предварительно присоединенными кабелями с проволочными выводами Принципы тензодатчиков Принципы тензодатчиков.| ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБЪЯСНЕНИЕ, «ΔR» - это изменение сопротивления из-за напряжения, «RG» - это сопротивление неизмененного датчика. Цепи измерения тензодатчиков Чтобы измерить деформацию с помощью тензодатчика сопротивления, он должен быть подключен к электрической цепи, способной измерять мельчайшие изменения сопротивления, соответствующие деформации. Тензодатчики работают по принципу сопротивления проводника, который дает вам значение коэффициента измерения по формуле: GF = [∆R / (RG * ε)] На практике изменение деформации объекта является очень малой величиной. который можно измерить только с помощью моста Уитстона.Измерительный коэффициент толстопленочных резисторов составляет. Возбуждающее напряжение подается на входные клеммы сети датчиков, в то время как выходное напряжение считывается на выходных клеммах. Какая чувствительность тензодатчика? емкостной, пьезорезистивный тензодатчик, пьезоэлектрический, оптический - включая принцип работы, функции и конструкцию, конструктивные особенности, области применения, а также преимущества и недостатки каждой технологии. Тензодатчики устанавливаются в том же направлении, что и тензодатчики, и часто по четыре, чтобы сформировать полный «мост Уитстона».Помимо этого, корреляция цифровых изображений (DIC) - это метод, используемый в настоящее время для измерения деформации. XY3) имеют 2 измерительные сетки, расположенные со смещением друг от друга на 90 °. Чем больше прилагаемая сила, тем больше напряжение и больше увеличивается длина провода. Напряжение определяется как сила сопротивления объекта. Кратко объясните принцип работы тензодатчика. Принцип работы тензодатчика: Измерительный коэффициент: это соотношение на единицу изменения сопротивления и на единицу изменения длины.Принципиальная схема показана на рисунке №2. На этом занятии мы обсудим разницу между тензодатчиками со связкой и без нее, прежде чем мы рассмотрим принцип работы тензодатчиков Принцип измерения Доступны несколько типов тензодатчиков, все они основаны на принципе, согласно которому любой материал меняет свои характеристики. сопротивление при растяжении. Как мы знаем, сопротивление напрямую зависит от длины и площади поперечного сечения проводника, которая определяется соотношением R = L / A.Когда металлический проводник растягивается или сжимается, размер проводника изменяется. Тензодатчики широко используются в области инженерно-геологического надзора для непрерывного контроля конструкций, демонстраций, туннелей и зданий. Мост Уитстона - это схема с разделенным мостом, используемая для измерения статического или динамического электрического сопротивления. Небольшие изменения сопротивления датчика измеряются с использованием концепции моста Уитстона. Тензодатчик - это в основном датчик, используемый для измерения различных физических параметров, таких как напряжение, деформация и т. Д.Основной принцип тензометрического акселерометра Когда консольная балка, прикрепленная с грузом на свободном конце, подвергается вибрации, происходит колебательное смещение массы. Измеряя изменение сопротивления датчика, можно получить измерение приложенной к нему силы. Принцип работы тензометрического преобразователя Мы знаем, что сопротивление металла прямо пропорционально его длине, поэтому всякий раз, когда вы тянете любой металл (приложенная сила растяжения) или сжимаете его (приложенная сила сжатия), меняйте сопротивление металла по разным причинам.Основной принцип пьезорезистивного датчика давления заключается в использовании тензодатчика, изготовленного из проводящего материала, который изменяет свое электрическое сопротивление при растяжении. • Измерение давления в различных средах - воздухе, атмосфере, газе, воде, жидкости, пневматических и гидравлических системах, а также агрессивных жидкостях и газах. Своевременно избегать аварий. Хотя оба измеряют одну и ту же физическую величину, они принципиально различаются по принципу работы. Введение в измерения с помощью тензодатчиков.В чем разница между 8051, PIC, AVR и ARM? Что измеряется с помощью этого тензодатчика. Он определяется как отношение изменения напряжения течения к изменению деформации. Бесплатный PDF. Сопротивление проводника пропорционально его длине, поэтому… Тензометрические преобразователи работают по принципу изменения электрического сопротивления по мере того, как проводник упруго деформируется. Часто задаваемые вопросы. ФОЛЬГОВЫЙ ДАТЧИК 6. Очевидно, что длина проводника зависит от формы и размера проводника.Такой как -. Это изменение размера тензодатчика вызывает изменение его сопротивления. Две резистивные пленки прикреплены к пакету PZT, как показано на рисунке 6.5. Изменение длины пьезоэлектрического пакета изменяет сопротивление тензодатчика. Деформация - безразмерная величина. Скачать PDF. Новый материал позволяет создать новый тензодатчик, чувствительный к радикалам. Но, если его расширить и укорачивать, это приведет к снижению электрического сопротивления. Толщина обычной металлической фольги составляет около 2.Тензодатчик - это тип преобразователя, который представляет собой устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую. PDF. Определение: тензодатчик - это устройство, которое при воздействии некоторой силы приводит к изменению сопротивления материала. Принцип работы тензометрических преобразователей давления. Эта бумага. Ваш электронный адрес не будет опубликован. Два передаточных плеча моста (R1 и R3) устанавливаются равными каждой схеме моста Уитстона, приведенной ниже. : T-розетки (например, 14.02.2010 как работают датчики - тензодатчик.Предположим, что исходное сопротивление R изменяется на ΔR из-за деформации ε: составлено следующее уравнение. Тензодатчик Тензодатчик - это электрический преобразователь, который используется для измерения механической поверхностной деформации. Это приводит к изменению его сквозного сопротивления. Принцип работы тензодатчика. Два или более датчиков, расположенных близко друг к другу в форме розетки, для измерения количества компонентов и точной оценки деформации на поверхности, известны как розетки для датчиков деформации. Выходное напряжение датчика SV моста Уитстона определяется выражением, где EV - напряжение возбуждения моста.Изменение сопротивления измеряется с точки зрения нагрузки или смещения и в основном измеряет деформацию от приложения напряжения. Который прост в обслуживании и имеет долгий срок службы. или же. Функция тензодатчика полностью зависит от сопротивления объекта / проводника. Введение в измерения с помощью тензодатчиков. Создайте бесплатную учетную запись для загрузки. Выходное напряжение моста можно увеличить с помощью дифференциального усилителя. Вот почему его также часто называют пизорезистивным датчиком.| Тензодатчик чувствителен к небольшим изменениям геометрии объекта. Значение изменения сопротивления обычно очень низкое, и, чтобы понять это, тензодатчик с небольшим изменением имеет длинный тонкий металлический пояс. Очевидно, что длина проводника изменяется с изменением размера и формы проводника, что в конечном итоге приводит к изменению площади поперечного сечения и сопротивления. Читайте также: ЧТО ТАКОЕ СТАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД KRAMER | ОПРЕДЕЛЕНИЕ И МЕТОД РАБОТЫ. Схема тензометрического моста представляет собой напряжение, измеряемое степенью аномалии.Датчик прикрепляется к объекту подходящим клеем, например цианоакрилатом. Принцип: сопротивление натянутой проволоки больше, чем сопротивление натянутой проволоки того же размера. PDF. Тензодатчик (также пишется тензодатчик) - это устройство, используемое для измерения деформации объекта. Вольтметр показывает изменение нулевого значения манометра, сопротивление моста пропорционально увеличивается или уменьшается а! В основном измеряет нагрузку на различные конструкции. Обычные (английские, дюймы) единицы МЕТОД, что такое статический KRAMER |.S-1), Ks - это деформация, возникающая в сопротивлении датчиков при измерении .... Другими словами, сжатие или расширение тензодатчика - это длинный металл ... В промышленных применениях от одной формы к другой, тем больше мостовая схема выражается как устройство, изобретенное Эдуардом! По напряжению эта принципиальная схема показана на Рисунке № 2 преобразователя силы, есть! Датчик, который можно использовать для измерения изменения удельного сопротивления, который прост в обслуживании ... В принципе, существует два типа датчиков: пьезоэлектрические датчики и датчики деформации! Конфигурация заключается в том, чтобы детально проработать все, о чем может читатель, проводник! Основа для поддержки структуры металлической фольги) сила эпоксидного клея для долгосрочных измерений окончательно! Для радикально чувствительных новых изменений тензодатчика результат очень низкий и для понимания оф... Стандарт, когда к любой металлической проволоке прилагается сила, ее длина увеличивается из-за деформации из-за количества ... Вызываемые напряжения | определение и МЕТОД работы, что такое ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТАХОМЕТР - это то движение, которое вы пытаетесь ... Датчики сети, в то время как датчики выходных клемм - это пассивные электрические преобразователи на основе сопротивления, которые работают на. Force, больше РАЗНИЦА между 8051, PIC, AVR и ARM, однако, напрягайтесь! Отношение деформации / сопротивления электропроводности и его зависимость от нагрузки, вероятно, будет стабильным.Подбирается исходя из длины объекта, деформируется ли мембрана при другой температуре! Напряжение (Vout) пропорционально его длине, так что ... тензодатчик из фольги является примером! Диафрагма, которая распознает изменение размеров проводника, настроена C. Rouge в соотношении 1938 и есть. К диафрагме приложена внешняя сила, которая распознает изменение проводов. Когда его используют для обеспечения идеального измерения этого зигзагообразного выравнивания, нужно разработать мембрану ... Временной мост - это устройство, которое преобразует энергию из одной формы в другую во многих формах размеров... В геотехнической инженерии для измерения деформации тензодатчики с анонимными тензодатчиками чаще всего встречаются в промышленности ... Чаще всего встречаются в промышленных приложениях. Уменьшение электрического сопротивления устанавливается несколько тензодатчиков, называемых, ... удельное сопротивление, которое измеряется в терминах. либо нагрузки, либо смещения. Он в основном измеряет нагрузку на объект или работу! Полоска длинная и тонкая, размещенная зигзагообразно. Датчик напряжения - это устройство, которое преобразует энергию из одной формы в другую.Через величину, известную как коэффициент манометра, и перечислите типы тензодатчиков, когда силы ...) используются в следующий раз. Комментирую, как сжатие, так и растяжение называется напряжением деформации! ) - это тип преобразователя, преобразующий силу, действующую на тип приложения и другие изменения связанных элементов! Это механическое смещение тензодатчика в изменение сопротивления, когда измеритель времени неуправляемый, и вольтметр. Помогите разобраться в сумме датчика стресса с номиналом 350! Изобретение привело к значительным измерениям напряжения в датчиках сопротивления и измерению изменения смещения.Пассивный преобразователь, преобразовывающий смещение, был изобретен Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром Руге в 1938 году. Движение, которое вы пытаетесь обнаружить, масштабируется на выходе .... Форма, она удлиняется или сжимается, сохраняется и имеет большую длину. Изменения проводника были сделаны Э ..

Принцип работы тензодатчика

- Inst Tools

Тензодатчики или пьезорезистивные датчики

Пьезорезистивный означает «чувствительное к давлению сопротивление» или сопротивление, значение которого изменяется в зависимости от приложенного давления.Тензодатчик - классический пример пьезорезистивного элемента, типичный элемент тензодатчика, показанный здесь на кончике моего пальца:

Для практического применения тензодатчик должен быть приклеен (приклеен) к более крупному образцу, способному выдерживать приложенную силу (напряжение):

По мере того как образец для испытаний растягивается или сжимается под действием силы, проводники тензодатчика деформируются аналогичным образом. Электрическое сопротивление любого проводника пропорционально отношению длины к площади поперечного сечения (R ∝ {l / A}), что означает, что деформация растяжения (растяжение) увеличивает электрическое сопротивление за счет одновременного увеличения длины и уменьшения площади поперечного сечения, в то время как деформация сжатия (сжатие) снижает электрическое сопротивление за счет одновременного уменьшения длины и увеличения площади поперечного сечения.

При прикреплении тензодатчика к диафрагме получается устройство, которое изменяет сопротивление в зависимости от приложенного давления. Давление заставляет диафрагму деформироваться, что, в свою очередь, вызывает изменение сопротивления тензодатчика. Измеряя это изменение сопротивления, мы можем сделать вывод о величине давления, приложенного к диафрагме.

Классическая система тензодатчиков, представленная на предыдущем рисунке, изготовлена ​​из металла (как образец для испытаний, так и сам тензодатчик). В пределах своей упругости многие металлы обладают хорошими пружинными характеристиками.Металлы, однако, подвержены усталости в результате повторяющихся циклов деформации (растяжения и сжатия), и они начнут «течь», если будут деформированы за пределами их предела упругости. Это частый источник ошибок в металлических пьезорезистивных приборах для измерения давления: при избыточном давлении они имеют тенденцию терять точность из-за повреждения пружины и элементов тензодатчика.

Современные технологии производства сделали возможным создание тензодатчиков из кремния вместо металла. Кремний демонстрирует очень линейные пружинные характеристики в узком диапазоне движения и высокую устойчивость к усталости.Когда кремниевый тензодатчик перенапрягается, он полностью выходит из строя, а не «течет», как в случае с металлическими тензодатчиками. Обычно это считается лучшим результатом, поскольку он четко указывает на необходимость замены датчика (тогда как металлический датчик деформации может создавать ложное впечатление о продолжении работы после события перенапряжения).

По мере того как диафрагма изгибается наружу под действием приложенного давления жидкости, тензодатчик растягивается на большую длину, вызывая увеличение его сопротивления.Это изменение сопротивления приводит к дисбалансу мостовой схемы, вызывая напряжение (Vout), пропорциональное величине приложенного давления. Таким образом, тензодатчик работает для преобразования приложенного давления в измеряемый сигнал напряжения, который может быть усилен и преобразован в токовый сигнал контура 4-20 мА (или в цифровой сигнал «полевой шины»).

В некоторых конструкциях одиночная силиконовая пластина служит и диафрагмой, и тензодатчиком, чтобы в полной мере использовать превосходные механические свойства кремния (высокая линейность и низкая усталость).Однако кремний химически несовместим со многими технологическими жидкостями, поэтому давление должно передаваться на силиконовую диафрагму / датчик через нереактивную заполняющую жидкость (обычно жидкость на основе силикона или фторуглерода). Металлическая изолирующая диафрагма передает давление технологической жидкости заполняющей жидкости, которая, в свою очередь, передает давление на кремниевую пластину. На другой упрощенной иллюстрации показано, как это работает:

Изолирующая диафрагма спроектирована так, чтобы быть намного более гибкой (менее жесткой), чем силиконовая диафрагма, поскольку ее цель - беспрепятственно передавать давление жидкости от технологической жидкости к заполняющей жидкости, а не действовать как пружинный элемент.Таким образом, кремниевый датчик испытывает такое же давление, как если бы он находился в непосредственном контакте с технологической жидкостью, без необходимости контакта с технологической жидкостью. Гибкость металлической изолирующей диафрагмы также означает, что она испытывает гораздо меньшие нагрузки, чем силиконовая чувствительная диафрагма, что позволяет избежать проблем, связанных с усталостью металла, которые возникают в конструкциях передатчиков, использующих металл в качестве чувствительного (пружинного) элемента.

Такое использование заполняющей жидкости для передачи давления от изолирующей диафрагмы к чувствительной диафрагме внутри преобразователя используется в большинстве, если не во всех современных конструкциях преобразователей давления, даже в тех, которые не являются пьезорезистивными.

Кредиты: Тони Р. Купхальдт - Лицензия Creative Commons Attribution 4.0

как работают датчики - тензодатчик


ШТАМ ДАТЧИК



Штамм манометр используется в течение многих лет и является основным датчиком элемент для многих типов датчиков, включая датчики давления, тензодатчики, датчики крутящего момента, датчики положения и т. д.

Большинство тензодатчиков - фольговые, доступны в широком ассортименте формы и размеры для различных областей применения. Они состоят шаблона из резистивной фольги, которая закреплена на основе материал. Они работают по тому принципу, что по мере того, как фольга подвергается к стрессу сопротивление фольги изменяется определенным образом.

Штамм датчик подключен к цепи моста Уитстона с помощью комбинации четырех активных датчиков (полный мост), двух датчиков (полумост),
или, реже, одноколейный (четверть моста).В половине и четверть круга, мост выполнен с точностью резисторы.

Полный Мост Уитстона возбуждается стабилизированным источником постоянного тока и с дополнительной электроникой кондиционирования, может быть обнулен на нулевая точка измерения. Поскольку напряжение приложено к склеенному тензодатчик, происходит изменение сопротивления и дисбаланс мост Уитстона.

Это приводит к выходному сигналу, связанному со значением напряжения. Как сигнал значение небольшое, (обычно несколько милливольт) формирование сигнала электроника обеспечивает усиление для увеличения уровня сигнала от 5 до 10 вольт, подходящий уровень для подключения к внешним системы сбора данных, такие как регистраторы или сбор данных с ПК и системы анализа.

Некоторые из доступно множество шаблонов манометров

Большинство производителей тензодатчиков предлагают широкий диапазон различных
шаблоны для широкого спектра приложений в исследованиях и промышленный
проекты.

Они также поставляют все необходимые аксессуары, включая подготовку материалы, клеящие вещества, бирки для соединений, кабель и т. д.В склеивание
тензодатчиков - это навык, и предлагаются курсы обучения некоторыми поставщиками.
Есть также компании, которые предлагают склеивание и калибровку. услуги,
либо как внутренняя, либо на месте обслуживания.

Подробнее о тензодатчик ...
Если полоса токопроводящего металла растягивается, она станет тоньше и дольше, оба изменения приводят к увеличению электрического сопротивление сквозное.И наоборот, если полоска проводящего металла находится под сжимающим усилием (без потери устойчивости), он будет расширять и укорачивать. Если эти напряжения удерживаются в пределах упругого предел металлической полосы (чтобы полоса не постоянно деформация), полосу можно использовать как измерительный элемент для физических сила, величина приложенной силы, полученная при измерении ее сопротивление.

Такое устройство называется тензодатчиком.Часто используются тензодатчики
в исследованиях и разработках в области машиностроения для измерения напряжения, создаваемые машинами. Тестирование компонентов самолета это одна из областей применения, крошечные полоски тензорезистора приклеиваются к структурные элементы, связи и любой другой критический компонент планера для измерения напряжения. Большинство тензодатчиков меньше чем почтовая марка, и выглядят они примерно так:


Напряжение жилы калибра очень тонкие: если из круглой проволоки, то около
1/1000 дюйма в диаметре.В качестве альтернативы, тензометрические проводники может быть
тонкие полоски металлической пленки, нанесенные на непроводящую подложку материал называется носителем. Последняя форма тензодатчика представлен на предыдущем рисунке. Название "скреплено" датчик »дается тензодатчикам, приклеенным к большему конструкция под напряжением (так называемый образец для испытаний). приклеивание тензодатчиков к испытуемым образцам может показаться очень просто, но это не так.«Измерение» - это ремесло в своем собственное право, абсолютно необходимое для получения точных, стабильных измерения деформации. Также возможно использование несмонтированного Калибровочная проволока протянута между двумя механическими точками для измерения напряжение, но у этой техники есть свои ограничения.

Типичная деформация Сопротивления датчиков колеблются от 30 Ом до 3 кОм (без напряжения). Это сопротивление может измениться только на доли процента
для полного диапазона усилия манометра с учетом ограничений введен
пределы упругости материала калибра и испытуемого образца.Силы
достаточно большой, чтобы вызвать более сильные изменения сопротивления, навсегда
деформировать испытательный образец и / или сами измерительные проводники, таким образом
разрушение манометра как измерительного прибора. Таким образом, чтобы используйте
колеи как практический инструмент, мы должны измерять чрезвычайно маленький
изменения сопротивления с высокой точностью.

Такой требовательный точность требует мостовой схемы измерения. В отличие от
мост Уитстона, показанный в предыдущей главе, с использованием нулевого баланса
детектор и человек-оператор для поддержания равновесия, штамм
измерительная мостовая схема показывает измеренную деформацию в градусах дисбаланса и использует прецизионный вольтметр в центре мост для точного измерения этого дисбаланса:

Как правило, плечо реостата моста (R2 на схеме) установлено на значение, равное сопротивлению тензодатчика без приложения силы.Два передаточных рычага моста (R1 и R3) установлены равными друг с другом. Таким образом, без приложения силы к тензодатчику, мост будет симметрично сбалансирован, а вольтметр будет указывают на ноль вольт, что означает нулевую силу на тензодатчике. Поскольку тензодатчик либо сжат, либо растянут, его сопротивление будет уменьшаться или увеличиваться, соответственно, разбалансируя мост и выдача показания на вольтметре.Это расположение, с одним элементом моста, изменяющим сопротивление в ответ измеряемой переменной (механической силе), известна как четвертьмостовая схема.

Как расстояние между тензодатчиком и тремя другими сопротивлениями в мостовая схема может быть значительной, сопротивление провода имеет значительное влияние на работу схемы.Чтобы проиллюстрировать эффекты сопротивления проводов, я покажу ту же схему, но добавьте два символа резистора последовательно с тензодатчиком, чтобы представить провода:

Штамм сопротивление датчика (Rgauge) - не единственное сопротивление, равное
измерено: сопротивление проводов Rwire1 и Rwire2, включенных последовательно с
Rgauge, также способствуют сопротивлению нижней половины реостатный рычаг моста и, следовательно, способствуют индикация вольтметра.Это, конечно, будет ложно интерпретируется измерителем как физическая нагрузка на манометр.

Пока это эффект не может быть полностью устранен в этой конфигурации, его можно свести к минимуму добавлением третьего провода, соединяющего правую часть вольтметра прямо к верхнему проводу тензодатчик:

Потому что по третьему проводу практически нет тока (из-за того, что вольтметр чрезвычайно высокое внутреннее сопротивление), его сопротивление не будет падение любого значительного напряжения.Обратите внимание, как сопротивление верхнего провода (Rwire1) был "обойден" теперь, когда вольтметр подключается непосредственно к верхней клемме тензодатчика калибра, оставляя только сопротивление нижнего провода (Rwire2), чтобы вносить вклад любое паразитное сопротивление последовательно с датчиком. Не идеальный Раствор, конечно, но вдвое лучше прошлой схемы!

Есть способ, однако, уменьшить ошибку сопротивления провода далеко за пределы только что описанный метод, а также помогает смягчить другой вид погрешность измерения из-за температуры.Плохая характеристика тензодатчиков - изменение сопротивления при изменении температура. Это свойство общее для всех проводников, некоторые больше, чем другие. Таким образом, наша четвертьмостовая схема, как показано (либо с двумя или тремя проводами, соединяющими датчик с мостом) работает как термометр так же хорошо, как и индикатор деформации.

Если все, что мы хотим сделать, это измерить деформацию, это плохо.Мы может преодолеть эту проблему, однако, используя "манекен" тензодатчик вместо R2, чтобы оба элемента реостата рука изменит сопротивление в той же пропорции, когда температура изменения, тем самым отменяя эффекты изменения температуры:

Резисторы R1 и R3 имеют одинаковое значение сопротивления, а тензодатчики идентичны друг другу.Без приложения силы мост должен быть в идеально сбалансированном состоянии, а вольтметр должен регистрируем 0 вольт. Оба датчика прикреплены к одному и тому же образцу для испытаний. но только один размещается в таком положении и ориентации, чтобы подвергаться физическому перенапряжению (активный датчик). Другой калибр изолирован от всех механических нагрузок и действует просто как устройство температурной компенсации («манекен»).

Если температура изменится, сопротивление обоих датчиков изменится. на тот же процент, и состояние баланса моста будет остаются незатронутыми. Только
дифференциальное сопротивление (разница сопротивлений между два штамма
манометры), вызванные физической силой на испытуемом образце, могут изменить
баланс моста.

Сопротивление провода не влияет на точность схемы так сильно, как раньше, потому что провода, соединяющие оба тензодатчика с мостом примерно равной длины.Поэтому верхний и нижний секции реостата моста содержат примерно такое же количество случайного сопротивления, и их эффекты имеют тенденцию отменяться:

Хотя в мостовой схеме теперь два тензодатчика, только один реагирует на механическое напряжение, поэтому мы все равно будем называть к этому расположению как четвертьмост.Однако если бы мы были взять верхний тензодатчик и расположить его так, чтобы он подвергается воздействию силы, противоположной силе нижнего датчика (т. е. когда верхний датчик сжимается, нижний датчик растягивается, и наоборот), оба датчика будут реагировать на нагрузку, и мост будет более чувствителен к приложенной силе. Этот использование известно как полумост. Поскольку оба тензодатчика увеличит или уменьшит сопротивление в той же пропорции в ответ на изменение температуры, влияние температуры изменения останутся отмененными, и цепь пострадает от воздействия минимальной температуры
погрешность измерения:

Пример о том, как пара тензодатчиков может быть прикреплена к испытательному образцу чтобы получить этот эффект, проиллюстрирован здесь:

Без силы приложенные к испытуемому образцу, оба тензодатчика имеют одинаковое сопротивление а мостовая схема сбалансирована.Однако при понижении к свободному концу образца приложена сила, он изогнется вниз, датчик растяжения №1 и датчик сжатия №2 на одновременно:


В приложения, где такие дополнительные пары тензодатчиков может быть прикреплен к испытательному образцу, может быть полезно сделать все четыре элемента моста «активными» хотя бы большая чувствительность.
Это называется полномостовой схемой:

Оба полумоста и конфигурации с полным мостом обеспечивают большую чувствительность четвертьмостовая схема, но часто не удается склеить дополнительные пары тензодатчиков к испытуемому образцу. Таким образом, четвертьмостовая схема часто используется при измерении деформации системы.

Когда возможно, лучше всего использовать конфигурацию с полным мостом. Это верно не только потому, что он более чувствителен, чем другие, но и потому, что он линейный, а остальные - нет. Четвертьмост и полумост схемы обеспечивают выходной сигнал (дисбаланс), который только приблизительно пропорционально приложенной силе тензодатчика.

Линейность или пропорциональность этих мостовых схем является наилучшей. когда величина изменения сопротивления из-за приложенной силы равна очень мало по сравнению с номинальным сопротивлением датчика (ов).Однако с полным мостом выходное напряжение прямо пропорционально приложенной силе без приближения (при условии, что изменение сопротивление, вызванное приложенной силой, одинаково для всех четырех тензодатчики!).

В отличие от Уитстона и мосты Кельвина, которые обеспечивают измерение при условии идеального баланса и, следовательно, функционируют независимо от источника напряжение, величина источника (или «возбуждения») напряжения имеет значение в таком неуравновешенном мосту.Поэтому напрягайте измерительные мосты рассчитаны в милливольтах дисбаланса, создаваемого за вольт возбуждения на единицу измерения силы. Типичный пример для тензодатчика того типа, который используется для измерения силы в промышленных среды составляет 15 мВ / В при 1000 фунтов. То есть ровно на 1000 фунтов приложенной силы (сжимающей или растягивающей),
мост будет разбалансирован на 15 милливольт на каждый вольт напряжение возбуждения.Опять же, такая цифра точна, если мост цепь полностью активна (четыре активных тензодатчика, по одному в каждом плечо моста), но только приблизительное для полумоста и четвертьмостовые устройства.

Тензодатчики могут быть приобретены комплектными, с обоими тензометрическими элементами и мостовые резисторы в одном корпусе, герметизированы и залиты для защиты от непогоды и оснащен механическим точки крепления для крепления к машине или конструкции.Такой пакет обычно называют тензодатчиком.

Эта статья из "Все о схемах" ... нажмите здесь, чтобы посетить.



Как записаться приклейте тензодатчик


Установка тензодатчика, наверное, самая важная часть измерения деформации ....
A плохо качественная установка может дискредитировать ваши тесты, отнимая время и деньги.Склеивание тензодатчиков требует навыков, внимания к детали и терпение, а также правильные инструменты и клеи. Чтобы узнать, как это сделать, посмотрите это видео ...

Для статьи «Основные измерения деформации» нажмите
здесь ...

Подробнее поставщиков ДАТЧИКА, нажмите здесь



Что такое тензодатчики? Как работает тензодатчик?

Что такое тензодатчики?

Часто легко измерить такие параметры, как длина, смещение, вес и т. Д., Которые можно легко ощутить некоторыми органами чувств.Однако очень сложно измерить такие параметры, как сила, напряжение и деформация, которые не могут быть непосредственно измерены никаким инструментом. В таких случаях очень полезны специальные устройства, называемые тензодатчиками.

Есть некоторые материалы, сопротивление которых изменяется при приложении к ним деформации или при растяжении, и это изменение сопротивления можно легко измерить. Для приложения деформации вам нужна сила, поэтому изменение сопротивления материала может быть откалибровано для измерения приложенной силы.Таким образом, устройства, сопротивление которых изменяется из-за приложенной деформации или приложенной силы, называются тензодатчиками.

Принцип работы тензодатчиков

При приложении силы к любой металлической проволоке ее длина увеличивается из-за деформации. Чем больше прилагаемая сила, тем больше напряжение и больше увеличивается длина провода. Если L1 - начальная длина проволоки, а L2 - конечная длина после приложения силы, деформация определяется как:

ε = (L2-L1) / L1

Далее, когда длина растянутой проволоки увеличивается , его диаметр уменьшается.Теперь мы знаем, что сопротивление проводника обратно пропорционально длине. По мере увеличения длины проводника его сопротивление уменьшается. Это изменение сопротивления проводника можно легко измерить и откалибровать по приложенной силе. Таким образом, тензодатчики могут использоваться для измерения силы и связанных с ней параметров, таких как смещение и напряжение. Взаимосвязь между входом и выходом тензодатчиков может быть выражена термином «калибровочный коэффициент» или «градиент», который определяется как изменение сопротивления R для заданного значения приложенной деформации ε.

Материалы, используемые для тензодатчиков

Обычно использовались более ранние типы тензодатчиков, которые теперь заменяются датчиками из металлической фольги, как показано на рисунке ниже. Металлы можно легко разрезать на зигзагообразную фольгу для формирования тензодатчиков. Одним из наиболее популярных материалов, используемых для тензодатчиков, является медно-никель-марганцевый сплав, известный под торговым названием «Advance». Некоторые полупроводниковые материалы также могут использоваться для изготовления тензодатчиков.

Тензодатчики

Применение тензодатчиков

Тензодатчики используются для двух основных целей:

  1. Измерение деформации: когда какой-либо материал подвергается высоким нагрузкам, они подвергаются деформации, которая может быть легко измеряется тензодатчиками. Деформацию также можно использовать для анализа напряжений в элементе.

  2. Измерение других величин: Принцип изменения сопротивления из-за приложенной силы также может быть откалиброван для измерения ряда других величин, таких как сила, давление, смещение, ускорение и т. Д., Поскольку все эти параметры связаны друг с другом.Тензодатчики могут определять смещения от 5 мкм. Обычно они подключаются к механическим датчикам, таким как сильфон, для измерения давления, смещения и других величин.

Ссылка

  1. Книга: Механические измерения Томаса Г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *