Тензодатчик балочный двухопорный применение

Устройство изготовлено из чувствительного тензорезистора, который производится из тензоматериалов. Чаще всего это фольга или алюминиевая проволока с небольшим сечением. Как и прочие весовые приборы, резистор реагирует на изменение постоянного сопротивления на контактах, которое происходит в результате воздействия всестороннего сжатия.

Как выбрать тензодатчик и комплектующие для весового оборудования?

За последнее десятилетие в большинстве постсоветских стран стала просматриваться следующая тенденция: в процессе производства железнодорожных и автомобильных весовых механизмов чаще всего используется тензодатчик колонного типа или балочный тензометрический датчик, срабатывающий на изгиб.

Чем принципиально различаются эти два типа датчиков?

Мнения по поводу принципиальных различий между таким вариантом, как тензодатчик колонного типа и опорный тензометрический/тензорезисторный тензодатчик, у разных производителей сугубо личные. Кто-то любит больше работать с колонными тензодатчиками, даже не рассматривая возможность работы с другими их типами. Вместе с тем существуют производители, опробовавшие двухопорные тензорезисторные элементы, и не желающие менять их на альтернативные варианты.

Тем не менее, у каждой из данных разновидностей имеются свои принципиально отличные особенности применения, о которых и пойдет речь далее.

Мнения относительно преимуществ балочных и стержневых тензодатчиков

Использование двухопорных датчиков ускоряет монтаж весовых механизмов

При наличии весового оборудования соответствующей конструкции шариковые датчики могут быть установлены на месте, в производственных условиях. Они крепятся шариком книзу на платформе, что действительно способствует ускорению монтажа весов.

Двухопорные элементы не способны выскакивать при резкой остановке

Имея опорную поверхность, выполненную в форме вогнутой сферической конструкции на ответной чаше, датчики с шариком обладают большим возвращающим моментом. Таким образом, весовая платформа становится не такой подвижной в продольных направлениях, что избавляет специалистов завода от необходимости устанавливать на весовое оборудование специальные ограничители.Датчики двухопорного типа могут похвастать большим эксплуатационным срокомПерпендикулярное распределение нагрузки на такой тензодатчик, а также ее действие всегда в одной точке, исключает раскачивание/вибрацию измерительного элемента, что, непосредственным образом продлевает срок его эксплуатации.Колонный датчик имеет встроенную защиту от молнииНаличие подобной системы достаточно часто спасает весовое оборудование на производстве, а также весовые системы, установленные на открытом воздухе, от инцидентов, связанных с поражением рабочих механизмов разрядами молнии.

Ассортимент тензометрических датчиков, выпускаемых компанией «ZEMIC USA Inc» достаточно разнообразный и имеет классификацию.

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

Фото — стандартное подключение

Как подключить

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

Фото — схема подключенияЕсли в весах используется несколько индикаторов, то их при помощи соединительных коробок нужно подключить параллельно. Независимо от типа питания также нужно заземлить провода датчиков. Монтаж заземления должен производиться в одной общей точке, для этого также может использоваться разветвительная коробка, например, CAS.После производится исследование датчиков на правильность соединения. Перед выходом рекомендуется проверить все контакты и заземляющие петли. Установка приборов производиться при помощи экранированного кабеля, который глушит помехи, поэтому дополнительные модули не понадобятся. Аналогичным путем подключается преобразователь в дозатор.

Фото — стандартное подключениеОт чрезмерного усилия преобразователь может сломаться, в таком случае не пытайтесь проводить его ремонт вручную.Очень популярны модели тензодатчиков производства Utilcell, Zemic, Ацп, KELY (Кели), HBM (НВМ), НСК К-Б-12А и ДСТ. У моделей разные технические характеристики и применение, поэтому перед покупкой внимательно изучайте параметры.