Закрыть

Тензометрические датчики принцип действия: Тензодатчики: особенности применения — ЮУВЗ

Содержание

Тензодатчики: особенности применения - ЮУВЗ

Тензодатчик – это главный элемент в электронном весоизмерительном оборудовании. Именно от него зависит точность и скорость определения веса. Принцип действия тензометрического датчика заключается в том, что по изменению сопротивления тензорезистора вычисляется степень деформации, которая будет пропорциональна силе, действующей на конструкцию.

За долго до того, как в применение вошли тензодатчики силы, использовались весы, основанные на механических рычагах. С помощью механических весов взвешивалось абсолютно различные грузы, от автомобиля до химических составляющих при работе в лабораториях. Такие весы при соблюдении определенных правил использования и содержания показывают точный вес.

Первый, основополагающий тензометрический датчик (или тензорезистивный датчик) были изобретены еще в 40-ых годах. Со временем тензометрические датчики вошли в основу создания весоизмерительного оборудования. Механические весы практически полностью сменились электронными, исключения составляют разве что лаборатории. Точность тензодатчиков с оставляет до 0,03-0,25%. 

Основные преимущества использования тензометрических датчиков силы в весоизмерительном оборудовании: 

  1. Весоизмерительное оборудование стало компактным, менее громоздким; 
  2. Коэффициент погрешности значительно снизился; 
  3. Взвешивать стало намного проще. 
  4. Переход к полностью автоматизированному процессу измерению веса.  

Материал изготовления тензодатчиков может быть различным: нержавеющая сталь, алюминиевый сплав или сталь с антикоррозионным покрытием. Тензометрические датчики бывают тензорезистивные, пьезорезистивные, оптико-поляризационные, волоконно-оптические.

В конструкции весов используются тензорезистивные датчики. Поэтому их как только не называют: тензометрический датчик, тензорезисторный датчик. Как известно основным элементом тензодатчика является тензорезистор. Конечно эти комплектующие многих весовых и измерительных приборов наилучшим образом удовлетворяют критерию стоимость-эффективность.

Характеристиками преобразователей являются: 

  • температурная и временная стабильность.
  • длина и ширина датчика должны быть достаточно малы для адекватного измерения деформации в точке. 
  • инерционность датчика должна быть мала для регистрации высоких частот динамических процессов. 
  • линейность отклика датчика в пределах всего диапазона. 
  • экономичность датчика и сопряженных с ним устройств. 

Тензорезисторы широко используются в качестве чувствительного элемента, датчиков для измерения сил, давления. Сам датчик бывает небольших размеров. На рисунке представлены размеры тензодатчика колонного типа.

Рассмотрим разновидности весовых тензометрических датчиков

 

Тензодатчик колонного типа (цифровой)

Используется в автомобильных и бункерных весах. Степень защиты оболочкой IP68. Диапазон нагрузок от 20 до 60 т.

Тензодатчик торсионного типа

Применяется в автомобильных, платформенных, бункерных весах и смесителях. Степень защиты оболочкой IP68. Диапазон нагрузок от 1 до 470 т.

Тензодатчик балочного типа.

Применяется в платформенных, автомобильных весах и для взвешивания емкостей. Степень защиты оболочкой IP68. Диапазон нагрузок от 220 кг. до 10000 кг.

«ПЬЕЗО» ИЛИ «ТЕНЗО» - ЧУЖИЕ ИЛИ СВОИ?

Сенянский М.В.
Генеральный директор
ЗАО «Весоизмерительная компания «Тензо-М»,
кандидат технических наук

 

«ПЬЕЗО» ИЛИ «ТЕНЗО» - ЧУЖИЕ ИЛИ СВОИ?

 

В последнее время среди специалистов, занимающихся автоматическим весовым контролем и определяющих стратегию его развития на дорогах федерального и регионального подчинения, часто возникают дискуссии относительно типа встраиваемых в дорожное полотно весовых датчиков. Какие из них точнее и надежнее – линейные пьезоэлектрические или тензометрические? Оказывается, мнения коллег из мирового сообщества на этот счет также разделились. В США отдают предпочтение проверенной «старушке» тензометрии, а в Европе – «молодой» пьезотехнике [1].

В этой статье я постараюсь раскрыть вопрос без эмоций и кратко с научно-популярной и практической точки зрения. Подчеркну, что речь идет о системах для весового и габаритного контроля на автомобильных дорогах в полосе движения без торможения транспортного потока, неудачно прорвавшихся в профессиональный словарь российских дорожников чуждой нам аббревиатурой «WIM». История вопроса была описана в предыдущей статье [2], посвященной проблеме импортозамещения в весовом контроле.

Прежде, чем мы рассмотрим принципы действия датчиков упомянутых двух типов, давайте оглядимся вокруг и узнаем, на каких принципах работают датчики «серьезных» промышленных весов, через которые проходит весь ВВП нашей страны. Оказывается, многие сотни миллионов тонн зерна, цемента, металлопроката, полезных ископаемых и нефтепродуктов проходят через автомобильные, вагонные, конвейерные, бункерные, крановые и другие весы, сердцем которых являются тензометрические датчики. От их точности напрямую зависят показатели ежегодного роста валового продукта страны в целом.

А пьезодатчики?   Есть несколько категорий весов, где они  тоже используются в качестве чувствительных элементов. Например, почтовые или бытовые. Очень широк спектр использования пьезочувствительных элементов в измерительной технике - датчиках силы, вибраций, пульсаций давления, звукоснимателях, микрофонах и гидроакустике.

 

1. Принцип действия телеграфным текстом

1.1. Дорожные тензодатчики.

Тензорезисторный датчик представляет собой металлический упругий элемент, на который наклеены фольговые тензорезисторы. Измеряемая сила деформирует упругий элемент, приводя к растяжению одних и сжатию других тензорезисторов. Изменение их электрического сопротивления, пропорциональное приложенной силе, измеряется вторичным преобразователем и поступает для расчета осевой нагрузки в промышленный компьютер.

Упругий элемент изготавливается из авиационной нержавеющей стали и герметизируется лазерной сваркой до степени защиты, позволяющей ему работать в условиях использования дорожных антигололедных смесей более 10 лет. Сигнальный кабель выходит из датчиков через специальные стеклянные гермовводы.

Рис. 1. Автоматический пост весогабаритного контроля

 

Рис. 2. Линейные дорожные тензометрические датчики

 

1.2. Дорожные пьезодатчики

Для получения полезного сигнала используется прямой пьезоэффект, суть которого состоит в том, что при деформации кристалла, например кварца, вдоль одной из его осей, вырабатывается некоторый электрический заряд [3]. Для обработки его более полувека назад был изобретен специальный усилитель заряда. В связи с тем, что генерируемые ионы и электроны стремятся молниеносно «разбежаться» в разные стороны, величина полезного сигнала зависит не только от величины сжимающей кристалл силы, но и от скорости ее приложения.

Иными словами, стандартная эталонная гиря массой 20 кг может дать разный сигнал на выходе аппаратуры, в зависимости от того, насколько плавно мы кладем ее на линейный дорожный датчик. Он представляет собой фасонную трубу из алюминиевого сплава длиной 1,5…2 м, в сердцевине которой зажаты «таблетки» кварца, расположенные «цугом» на равном расстоянии друг от друга. Таблетки имеют диаметр около 10 и толщину около 1 мм. Сигнальный кабель выходит из торца трубы через герметизирующий кляп из полимерного герметика.

 

2. Сравнение характеристик надежности

Начав заниматься проблемой автоматического дорожного взвешивания 20…25 лет назад, швейцарская фирма «Кистлер», специализировавшаяся на разработке и производстве пьезочувствительных  датчиков,  создала линейный дорожный датчик на основе кварцевых элементов, прочно обосновавшись на мировом рынке. Оказалось, что датчики способны обеспечивать погрешность измерения осевых нагрузок грузовиков в пределах  ± 10% и полной массы  ± 5% соответственно в диапазоне скоростей от 10 до 150 км/час.

Между тем, в России в кризисном 2009 г., фирмой «Тензо-М» был разработан свой линейный датчик для автоматического дорожного весового контроля. В составе комплексов «СВК» в течение 4 лет эти датчики успешно работают более, чем  на 20 полосах движения скоростных постов весового контроля. Принцип работы этих дорожных весовых датчиков тензометрический. То есть тот же самый, что и  в сотнях тысяч промышленных весов во всех, без исключения, отраслях промышленности, сельского хозяйства и транспорта России, Европы и всего мира, включая автомобилестроение и дорожное строительство. Таким образом, создалась конкретная возможность для осуществления импортозамещения.

Абстрагируясь от национальности разработчиков и производителей, а также эмоций, рассмотрим в табличной последовательности технические и эксплуатационные характеристики дорожных датчиков обоих типов (Таблица 1).

Таблица 1. * Э2ТС – эталонное двухосное транспортное средство

 

2.1. Коррозионная стойкость

Не только мастеру дедукции Шерлоку Холмсу, но и простым инженерам ясно, что датчик из нержавеющей стали более стоек к коррозионному воздействию антигололедных смесей, чем датчик из алюминиевого сплава. Это подтверждается величинами электрохимического потенциала этих материалов, определяющего их стойкость к коррозии. У алюминиевых сплавов он втрое ниже

2.2. Механическая прочность

Предел прочности у стали также втрое выше, чем у алюминиевых сплавов, а значит, стальные тензометрические дорожные датчики выдержат большие осевые нагрузки большегрузных автомобильных транспортных средств (АТС) - нарушителей, процент которых и степень перегруза в России существенно выше, чем в Европе. Там, где нарабатывался многолетний положительный опыт эксплуатации пьезодатчиков.  В дальнейшем, с падением доли нарушителей в общем потоке грузовых АТС, допустимая циклическая наработка у стальных датчиков будет на несколько миллионов циклов выше. А это, при интенсивности движения, скажем, 2 000 грузовых автомобилей в сутки, лишних 2…3 года эксплуатации комплекса!

2.3. Герметичность внутренних полостей

К сожалению, дорожные реагенты приводят не только к коррозии дорожных датчиков, но и агрессивно способствуют проникновению влаги в их внутренние полости – к тензорезисторам или кварцевым «таблеткам». Влага приводит к падению сопротивления изоляции, увеличению утечек тока и, как следствие, к возникновению дополнительных погрешностей измерений. Здесь-то и проявляется необходимость надежной защиты внутренних полостей и контроля их герметичности.

Герметичность дорожных тензорезисторных датчиков обеспечивается самым надежным из известных на сегодня способов – лазерной сваркой, а проверка ее качества выполняется с использованием масс-спектрометрического течеискателя. Измеряемая утечка имеет порядок нановеличины и, как правило, существенно ниже граничной величины 1х10Е-9 (одной десятой миллиардной доли), гарантирующей датчику 10 лет бесперебойной работы в условиях тропической влажности или прямого контакта с рассолом или соляным туманом.

Трудно представить себе, как можно добиться такой высокой степени герметичности у пьезоэлектрических дорожных датчиков, где раствор дорожной соли стремится просочиться внутрь по границе раздела «корродирующий алюминиевый сплав – стареющий полимерный герметик»? И как проверить качество герметизации каждого датчика при выпуске его из производства, учитывая отсутствие на его корпусе специальных контрольных технологических элементов?

 

3. Сравнение эксплуатационных характеристик

Включенные в Государственный Реестр средств измерений комплексы автоматического весогабаритного контроля,  построенные на основе датчиков пьезоэлектрического или тензометрического типов, имеют одинаковые метрологические характеристики, соответствующие требованиям Росавтодора [4]. В то же время, разные принципы измерений открывают различные  новые возможности при выполнении измерений.

Представляется, что важным параметром систем в скором будущем будет являться минимальная скорость взвешивания. У подавляющего большинства включенных в Реестр автоматических комплексов она равна 10 км/час. Результаты измерения осевых нагрузок при меньшей скорости, даже если они могут быть получены, будут считаться нелегитимными.

Принцип измерения и обработки информации о величине осевой нагрузки пьезоэлектрических датчиков при медленном приложении нагрузки (проезде колеса по датчику с малой скоростью) не работает. Для тензорезисторного датчика скорость приложения осевой нагрузки в диапазоне скоростей от 0,1 до 150 км/час роли не играет. Более того, электроника обработает сигнал, даже если колесо просто остановится над датчиком на некоторое время.

Это свойство тензодатчика позволяет реализовать еще одну недоступную «пьезособрату» упрощающую процедуру калибровки и поверки системы возможность – поверки эталонными гирями класса М1 по ГОСТ OIML R-111-1-2009, что сулит в перспективе возможность существенного повышения точности работы комплексов при взвешивании на малых скоростях.

В заключение логично рассмотреть вопрос стоимости линейных дорожных датчиков рассмотренных типов. Оказывается, их цена в пересчете на погонный метр длины, была практически одинаковой. На момент написания статьи Евро «подрос» и хрупкое равенство цен нарушилось. Следует напомнить, что компания «Тензо-М», разработавшая и производящая серийно дорожные тензодатчики, находится в Подмосковье, а не в Западной Европе. Степень локализации производства превышает 85%, поэтому рублевые цены на продукцию практически не зависят от «погоды» на валютном рынке.

Из результатов анализа, проведенного в статье видно, что помимо субъективных, нет других причин для выбора импортных пьезодатчиков для автоматического весового контроля. Мы помним известную народную поговорку «нет пророка в своем отечестве». Однако, есть уже множество примеров государственного подхода к расходованию государственных денег – обязали ведь, например, большинство чиновников ездить на служебных автомобилях отечественной сборки!

Давайте возрождать Россию вместе!

 

Литература:

1. Weigt-in-motion Handbook. ASTM WIM System Classification, USA

2. Сенянский М.В. Импортозамещение в весовом контроле – «Дороги  Евразии», №1, 2015 г.

3. Годзиковский В.А., Сенянский М.В. Какие датчики перспективнее? - статья в журнал «Автомобильные дороги» (в печати), 2015 г.

4. Технические требования к оборудованию комплексов весогабаритного контроля на автомобильных дорогах общего пользования федерального значения. Приложение к письму Росавтодора от 08.08.2013 г.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus. comments powered by

КРАТКО О ТЕНЗОРЕЗИСТОРАХ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕНЗОРЕЗИСТОРАХ

Тензодатчики и тензорезисторы. Давайте посмотрим, что связывает тензодатчик и тензорезистор. 

Тензорезистор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков.

Принцип действия

При растяжении проводящих элементов тензорезистора увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение, что увеличивает сопротивление тензорезистора, при сжатии — уменьшается.

Принцип действия проиллюстрирован на анимированном изображении. Для наглядности на изображении величина деформации тензорезистора утрированно увеличена, как и изменение сопротивления. В реальности относительные изменения сопротивления весьма малы (менее ~10−3) и для их измерений требуются чувствительные вольтметры или преобразователи (АЦП, весоизмерительные преобразователи (терминалы)), прецизионные усилители. Таким образом, деформации преобразуются в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников и далее — в электрический сигнал, обычно сигнал напряжения.

Мы не будем останавливаться подробно на электромеханических параметрах тензорезисторов. Отметим только, что чувствительность характеризуется коэффициентом чувствительности и зависит от применяемых материалов. А температурный коэффициент является вредным побочным эффектом, влияющий на показания.

Тензорезисторы широко используются в качестве чувствительного элемента, датчиков для измерения сил, давления. Собственно тензометрические датчики или сокращенно тензодатчики получили свое название от тензорезисторов.

Электрическая схема подключения тензорезистора

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

Измерительный мост с вольтметром в диагонали. Тензорезистор обозначен Rx

При выполнении соотношения R1/R2=R2/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(точки B) и изменение напряжения диагонали B—C моста — полезный сигнал.

Изменение сопротивления Rможет происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения деформации. 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 Rвключают 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 полезные сервисные функции.

Конструкция

Обычно современные тензорезисторы представляют собой чувствительный элемент в виде зигзагообразного проводника, нанесенного на гибкую подложку. Тензорезистор приклеивается подложкой на поверхность исследуемого на деформации объекта. Проводники тензорезисторов обычно изготавливаются из тонкой металлической проволоки, фольги, или напыляются в вакууме для получения плёнки полупроводника или металла. В качестве подложки обычно используют ткань, бумагу, полимерную плёнку, слюду и др. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь тензорезистор имеет выводные проволочные концы или контактные площадки.


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.

Плёночные металлические тензорезисторы имеют площадь около 2‑10 мм2.

Конфигурация 

Тензодатчики, как правило, приклеиваемые, состоят из:

  • элемента чувствительного к деформации;
  • тонкой плёнки, которая является изолятором и несущей основой для чувствительного элемента;
  • контактных площадок для присоединения выводных проводов.

Элемент, чувствительный к деформации, представляет собой решётку, которая вытравлена способом фотолитографии или отштампована из очень тонкого листа металлической фольги толщиной 2,5 мкм. Конфигурация выбирается таким образом, чтобы обеспечить сопротивление равное 100 Ом при достаточно малой длине и ширине. Выпускаются датчики, длина которых меняется в диапазоне от 2 до 150 мкм. Выпускаются датчики  специального назначения (мембранные датчики давления, напряжения, датчики деформации сдвига).

Несущая основа

Применяются материалы такие, как:

  • акриловые;
  • полиамидные;
  • фенольные;
  • эпоксидно-стеклянные;
  • бумага;
  • эпоксидные;
  • эпоксидно-полиамидные;
  • эпоксидно-фенольные;
  • фенольно-стеклянные.

В большинстве случаев применяются полиамидная плёнка, отличающаяся прочностью, гибкостью и совместимостью с большинством связующих. Применяется плёнка с эпоксидной смолы. Её особенности:

  • линейно-упругое поведение материала;
  • отсутствие гистерезиса.

Полимеры, армированные стекловолокном, применяются в датчиках для работ в циклических деформациях. В датчиках, работающих при повышенных температурах, используются основы из эпоксидных и фенольных смол, армированных стекловолокном.

Клеи, с помощью которых приклеивают тензодатчики

Клей, с помощью которого приклеивают тензодатчик на образец, должен обладать прочностью, линейной упругостью и стабильностью в течение длительного периода времени.

Комбинация датчика: его несущая основа и клеи требуют самого серьезного внимания. Необходимо применять апробируемые клеи и соблюдать процедуры нанесения и сушки.

В качестве клея наиболее широко используется метил-2-цианоакриад, эпоксидная смола, полимид и некоторые виды керамики.

Цианоакриад не требует ни нагрева, ни отвердителей для инициирования полимеризации. Для ускорения полимеризации на одну из поверхностей может быть нанесён катализатор. Благодаря очень быстрой полимеризации этот клей является идеальным компонентом для тензодатчиков общего назначения. Минутного нажатия большим пальцем и двух минутной паузы оказывается достаточно. Он может использоваться в диапазоне температур от -32 до +65°С. Он обеспечивает правильное измерение деформации не выше 6%. Прочность клея снижается со временем из-за поглощения влаги, поэтому его необходимо защищать при длительной эксплуатации.

Эпоксидный состоит из смолы и отвердителя, который вступает в реакцию со смолой, обеспечивая полимеризацию. В некоторых случаях для вязкости смолы в нее добавляют растворитель. Разбавленные смолы (эпоксидно-фенольные) более предпочтительны, так как образуют очень тонкие высокопрочные, однородные плёнки со слабо выраженной ползучестью и гистерезисом. Для обеспечения тонкого однородного слоя к датчику должно быть приложено давление от 70 до 210 кПа. чтобы гарантировать полную полимеризацию эпоксидные клеи подвергают повышенной температуре в течение нескольких часов. По-видимому, наилучшими являются эпоксидно-фенольные клеи с рабочим диапазоном температур от -269 до +260°С. Допустимое относительное удельное изменение находится в пределах 3-10%.

Полиамидные представляют собой однокомпонентный полимер, который может применяться в диапазоне температур от -260 до +399°С. Полиамид утверждается при давлении 275кПа при температуре 260°С.

Итак, для отверждения нужны сравнительно высокие давления и температуры (например, 8 - 10 кгс/мм2, 170° С). Поверхность упругого элемента перед приклеиванием тщательно очищается механическими и химическими средствами, а затем к ней приклеивают тензорезисторы на слои соответствующих клеящих и изолирующих веществ. Процесс отверждения ведут по специальной температурно-временной программе. После окончания процессов "послеотверждения", если таковые имеют место, приклеенные тензорезисторы защищаются от действия окружающей среды.

После отвердения клеев тензодатчики должны быть покрыты герметиком (парафин, каучук, полимеритан).

Конструкция закрепления также имеет большое значение для работы датчика (рис. 1). В классической конструкции (а) применяется "утопленный" тензорезистор (например, в основе из фенольного клея), который наклеивается на упругий элемент с помощью клея (например, фенольного). В конструкции (б) голый тензорезистор (например, полупроводниковый) приклеивают через подложку (например, из специальной бумаги), пропитанную клеем. В обоих случаях возникает относительно толстая прослойка толщиной d2, (» 20 - 50 мкм), которая образуется по существу вязкой средой и служит причиной явлений ослабления напряжений. Поскольку прослойка выполняет одновременно функцию изоляции, она не может делаться сколь угодно тонкой. Поэтому в более новой конструкции задачи изоляции и крепления разделены. Здесь сначала наносится изоляционный слой, (расплавленная эмаль или керамика), который обладает существенно лучшими механическими свойствами, чем клей. Теперь собственно клеевой слой может выполняться очень тонким (< 1 мкм) и должен только заполнить неровности поверхностей. В этой конструкции практически полностью пренебрежимо ослабление напряжений, вызванное клеем.

Рисунок 1 - Конструкции тензорезисторных чувствительных элементов датчиков
а и б - обычные конструкции с толстыми клеевыми слоями dz;
в - современная конструкция с тонким клеевым слоем dz.
1 - упругий элемент; 2 - тензорезистор; 3 - основа тензорезистора; 4 - клеевой слой; 5 -подложка, пропитанная клеем; 6 - изолирующий слой с хорошими механическими свойствами

Явления ослабления напряжения рассматривались до сих пор всегда в связи с процессами в клее и конструкцией крепления тензорезисторов. Это понятно, так как в период становления техники измерений, основанной на тензорезисторах, на исследование и уменьшение ползучести клеев было направлено основное внимание. Однако в настоящее время можно уменьшить эти эффекты, по крайней мере до порядка значений ослабления напряжений, вызванных другими причинами (например, самим упругим элементом). Поэтому ослабление клея следует рассматривать только вместе с другими явлениями, если ими вообще нельзя пренебречь. Различные причины погрешностей тензорезисторных датчиков сопоставлены ниже:

Ослабления в упругом элементе

Вязкое ослабление из-за клеевых слоев благодаря современным способам приклеивания становится часто пренебрежимо малым.

Температурный уход нуля возникает из-за тепловых волн, распространяющихся по упругому элементу, при выравнивании теплового состояния, если тензорезисторы имеют большие температурные коэффициенты сопротивления (полупроводниковые тензорезисторы).

Термоэлектрические эффекты возникают из-за процессов перераспределения потерь мощности в мосте; также заметны только у полупроводниковых тензорезисторов.

Ослабление клея - единственный эффект, который по своей природе противоположен действию силы. Поэтому он может в принципе компенсировать эффекты ослабления, совпадающие по своему характеру с силой, однако из-за различных постоянных времени этих эффектов лишь не полностью и с большой зависимостью от температуры.

Защита от воздействия окружающей среды. Чувствительные элементы после их приклеивания должны защищаться от воздействий окружающей среды, чтобы препятствовать прежде всего действию влажности. Для этого после отверждения, по возможности еще в теплом состоянии, они покрываются защитными лаками. Чтобы воспрепятствовать образованию сквозных пор, такую операцию повторяют, как правило, несколько раз.

Полученные таким образом тонкие слои не могут полностью и на длительное время исключить диффузию паров воды. Это достигается только благодаря герметически плотным металлическим корпусам, которые часто заполняются еще достаточно большим запасом гигроскопичного вещества или сухим инертным газом. Однако влага, внедрившаяся в чувствительные элементы, несмотря на все эти меры, вызывает два эффекта:

1. Уменьшение сопротивления изоляции между т

Тензодатчики и их виды

Тензометрический датчик – это связанная с корпусом весовой платформы металлическая конструкция, которая является основным силоизмерительным элементом и используется с любыми видами весов. Принцип работы прибора заключается в уравновешивании механической силы датчика и массы определенного груза с последующим преобразованием ее в пропорциональный электрический сигнал. Фиксируя тип и степени деформации, тензодатчик веса систематизирует и автоматизирует процесс обработки показателей с точностью до 0,03–0,25 %.

Датчики нагрузки появились в 40-х годах XIX века благодаря мосту для вычисления электрического сопротивления проводников, который изобрел в 1843 году Чарльз Уитстон. Первые тензодатчики работали на основе гидравлики и пневматики. Развитие электроники позволило повысить эффективность тензодатчиков, которые стали неотъемлемым компонентом весоизмерительного оборудования. Современные датчики, изготовленные из алюминия, нержавеющей и легированной стали, имеют повышенную точность, устойчивы к воздействию динамических нагрузок и агрессивных условий среды.

Существуют различные виды тензодатчиков веса, применение которых зависит от типа грузоприемной платформы.

Консольные (балочные). Датчики данного типа имеют низкий профиль и характеризуются отсутствием чувствительности к смещениям линий действия силы. Конструктивное исполнение тензодатчиков позволяет использовать их во всех весоизмерительных системах с НПВ (наибольшим пределом взвешивания) до 7 тонн. Например, в качестве чувствительного элемента их устанавливают на конвейерных и платформенных весах.

S-образные. В основе функционирования датчиков данного типа лежит сила растяжения-сжатия по оси симметрии. Уменьшение времени на установку и запуск оборудования происходит за счет входящих в комплект шарнирных подвесов. S-образные датчики применяются при изготовлении подвесных бункерных, крановых и резервуарных весов, тестовых систем и разрывных машин.

Колонные («бочка»). Тензометрические датчики этого типа, имея в основе сферические опорные поверхности, работают на сжатие и самостоятельно принимают исходное горизонтальное положение. С применением колонных датчиков изготавливаются вагонные, автомобильные и бункерные многотонные весы.

Цилиндрические («шайба»). Данный вид датчиков, верхняя часть которых имеет форму сферы, работает по принципу «бочки», но имеет меньшие габариты и степень качения, что исключает передачу изгибающего момента. Тензодатчики типа «шайба» применяются для измерения нагрузок до 100 тонн и используются при изготовлении и модернизации вагонных, бункерных, автомобильных и платформенных весов.

Общие сведения и принцип работы тензодатчиков -Типы тензодатчиков

Тензодатчики (тензометрические датчики) являются основным первичным устройством преобразования физической величины веса в нормированный электрический сигнал. Сигнал с тензодатчика впоследствии обрабатывается вторичными преобразователями (весовой индикатор, весовой процессор, аналого-цифровой преобразователь и т.д.).

Тензодатчики (тензометрические датчики) - это устройства для измерения деформации различных конструкций, основанный на определении смещения (или перемещения) упругого элемента. Датчики смещения могут измерять как линейный сдвиг (при поступательном движении), так и угол поворота (при вращении).

Существует множество способов измерения деформаций в соответствии с используемым принципом преобразования: тензорезистивный, оптико-поляризационный, пьезорезистивный, волоконно-оптический, или простым считыванием показаний с линейки механического тензодатчика. Среди электронных тензодатчиков, наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики.

Существуют разные типы тензодатчиков, в зависимости от сферы применения:

  • тензодатчики силоизмерительные измеряют усилия и нагрузки;
  • тензодатчики весоизмерительные измеряют вес;
  • тензодатчики давления измеряют давления в различных средах;
  • акселерометры -датчики ускорения;
  • тензодатчики перемещения;
  • тензодатчики крутящего момента.

Наиболее типичным применением весовых тензодатчиков являются весы. В зависимости от конструкции грузоприемной платформы применяются весовые тензодатчики различного типа:

  • тензодатчики консольные или балочные тензодатчики;
  • тензодатчики s-образные;
  • тензодатчики "шайба" или тензодатчики мембранного типа;
  • тензодатчики "бочка" или тензодатчики колонного типа.

Конструкция тензодатчиков.

Тензодатчики тензорезистивные представляют собой упругий элемент, на котором зафиксирован тензорезистор. Под действием силы (вес груза) происходит деформация упругого элемента вместе с тензорезистором. По изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.

Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки.

Тензодатчики являются наиболее уязвимыми компонентами весоизмерительной системы. В процессе эксплуатации на весовые тензодатчики воздействуют: агрессивная окружающая среда, ударные динамические нагрузки, электростатическое воздействие (сварка), вибрации и т.д. Поэтому в периоды технического обслуживания, перед установкой в оборудование, а также в аварийных случаях, существует необходимость диагностики весовых тензодатчиков.

При проверке состояния тензодатчиков для начала необходимо  проверить  общее техническое состояние системы измерения веса:

  • наличие заземляющего контура (шунта), затяжку резьбовых соединений;
  • проверка отсутствия следов коррозии, повреждения тензодатчиков, узлов встройки, грузоприемного устройства;
  • проверка суммирующих плат; весового индикатора на имитаторе тензодатчика;
  • тестирование весового индикатора, подключение к имитатору тензодатчика;
  • осмотр состояния кабельной продукции, герметичность кабельного ввода на тензодатчике.

Рассмотрим  последовательность выполнения тестов лоя проверки тензодатчика.

1. Проверка нулевого баланса.

Измерение нулевого баланса необходимо для проверки состояния тензодатчика в ненагруженном состоянии, для этого тензодатчик извлекают из узла встройки и убирают с датчика веса всю приложенную нагрузку. Далее подключают источник питания 10 В в цепь возбуждения тензодатчика, с выходной цепи снимают сигнал в мВ и сравнивают со значением в калибровочном листе. Например, при чувствительности тензодатчика 2мВ/В и питании 10В, напряжение нулевого баланса соответствует +- 0.02 мВ.

В случае если значения выходного сигнала существенно отличаются от паспортных значений, можно судить о деформации упругого элемента тензодатчика, а также нарушении изоляционного слоя тензорезисторов.

2. Проверка сопротивления изоляции

Производится подключением мегомметра к кабелю тензодатчика и проверке на наличие тока утечки между корпусом тензодатчика и токоведущими частями. Низкое значение сопротивления изоляции меньше 1кОм свидетельствует о коротком замыкании (к.з.). Нормальным значением является сопротивление 5Мом. Короткое замыкание может быть между корпусом тензодатчика и токоведущими частями, а также в кабеле. При к.з. в кабеле и появлении тока утечки, кабель можно заменить, если это предусматривает конструкция тензодатчика.

3.Проверка целостности тензометрического моста (Мост Уитстона)

Целостность моста проверяется путем измерения входного и выходного сопротивления, а также сопротивления баланса моста. Отсоедините датчик из коробки или измерительного прибора. Входные и выходные сопротивления измеряется омметром, подключаемого к каждой паре входных и выходных проводов тензодатчика. Далее производится сравнение входного и выходного сопротивления со значениями в калибровочном сертификате или с технической спецификацией оригинального тензодатчика. Сопротивление баланса моста измеряется поочередным подключением омметра к каждой паре выводов кабеля. Значение сопротивления между парами, не должно отличаться более чем на 1-2 Ома.

Отличие входного и выходного сопротивления тензодатчика от паспортных значений, свидетельствует о неисправности тензометрического моста, появление сопротивления разбаланса, означает неработоспособность тензодатчика и необходимость замены. Подобные неисправности появляются, как правило, в следствии электрического воздействия (сварка, статическое поле, электрический пробой), физического (удары, прокручивание, боковые нагрузки), термического.

4. Проверка под нагрузкой

Тензодатчик должен быть подключен к весовому индикатору или к прибору со стабильным источником питания не менее 10В. С помощью милливольтметра, подключенного к выходу тензодатчика, нагружают датчик и фиксируют показания выходного сигнала, при снятии нагрузки показания выходного сигнала должны вернуться к исходным . Будьте предельно осторожны, не перегрузите тензодатчик! В случае если при проведении теста показания будут отличаться при постоянно прикладываемой нагрузке и не возвращаться к исходным значениям, можно судить о нарушении контакта в клеевом слое между тензорезисторами и упругим элементом. Тензодатчик требует замены.

Тензометрический датчик — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Механический тензометрический датчик для измерения деформации стены

Тензометрический датчик (тензодатчик; от лат. tensus — напряжённый) — датчик, преобразующий величину деформации в удобный для измерения сигнал (обычно электрический), основной компонент тензометра (прибора для измерения деформаций). Существует множество способов измерения деформаций: тензорезистивный[1], пьезоэлектрический[2], оптико-поляризационный[3], пьезорезистивный, волоконно-оптический[4], или простым считыванием показаний с линейки механического тензодатчика. Среди электронных тензодатчиков наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики.

Конструкция

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

Существуют разные типы датчиков:

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

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

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

Конструкция резистивного тензодатчика[5] представляет собой упругий элемент, на котором зафиксирован тензорезистор. Под действием силы (веса груза) происходит деформация упругого элемента вместе с тензорезистором. В результате изменения сопротивления тензорезистора, можно судить о силе воздействия на датчик, а, следовательно, и о весе груза. Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки. Для характеристики защиты тензодатчика от воды и пыли используется IP-рейтинг[6].

Примечания

Литература

  • Политехнический словарь / А. Ю. Ишлинский и др.. — 3 изд., перераб. и доп.. — М.: Советская энциклопедия, 1989. — С. 523. — 656 с. — ISBN 5-85270-003-7.

Ссылки


Принцип работы тензометрического датчика

- Инструменты

Тензодатчики или пьезорезистивные датчики

Пьезорезистивный означает «чувствительное к давлению сопротивление» или сопротивление, значение которого изменяется при приложении 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 испытательный образец, так и сам тензодатчик). В пределах своей упругости многие металлы обладают хорошими пружинными характеристиками. Металлы, однако, подвержены усталости при повторяющихся циклах деформации (растяжения и сжатия), и они начнут «течь», если будут деформированы за пределами их предела упругости.Это распространенный источник ошибок в металлических пьезорезистивных приборах 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 ясно 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 кремниевая пластина служит и диафрагмой, и тензодатчиком, чтобы полностью 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 силиконовую пластину. Другая упрощенная иллюстрация показывает, как это работает:

Изолирующая диафрагма спроектирована так, чтобы быть намного более гибкой (менее жесткой), чем силиконовая диафрагма, поскольку ее цель состоит в том, чтобы плавно 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 при конструкциях преобразователей, использующих металл в качестве чувствительного (пружинного) элемента.

Это 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.Kuphaldt - Лицензия Creative Commons Attribution 4.0

Типы

, принцип действия и устройство

В различных современных сферах жизнедеятельности человека требуются различные контрольные структуры по измерению параметров и текущего состояния данного элемента. Незаменимыми помощниками в этом случае являются тензодатчики.

Ведущие технологии все чаще используют электронные весоизмерительные ячейки, которые являются наиболее распространенной разновидностью модели. Элементы тензодатчика для измерения веса, силы, давления, движения и т. Д.

Тензодатчики, широко используемые в весах, промышленных машинах, различных двигателях, используются в строительстве и многих других областях.

Facebook

В различных отраслях промышленности применяется огромное количество разнообразных тензометрических преобразователей. Следующие типы устройств:

  • Инструменты измерения силы - датчики сканирования параметров изменения усилия и нагрузки;
  • Приборы для измерения проекции ускорения - акселерометры;
  • Средства измерения перемещение контрольных материалов;
  • Тензодатчики давления - характеризуются контролем параметров давления различных элементов в различных средах;
  • Преобразователи крутящего момента тензометрические.

Для весов наиболее характерной особенностью являются тензодатчики. В зависимости от структуры применения датчиков поверхности приема груза используются следующие типы:

  • Приборы консольного типа;
  • Измерительный прибор в виде латинской буквы S;
  • Тензодатчики в виде шайбы;
  • Измерительные приборы по форме напоминающие бочку.

Существует классификация измерительных датчиков веса в зависимости от конструктивных особенностей - чувствительности элемента.Исходный материал определяется этими моделями:

  • Проволока - проволока, материал двухкомпонентный - нихром, стойкий к элементному соединению, термостабильный сплав константан;
  • Тензодатчики, фольга - используются тонкие полоски фольги;
  • Твердотельные датчики - изготовлены из химических элементов, таких как кремний, галий, германий.

Принцип работы

В принципе работы прибора применен центрфест. Его суть заключается в изменении рабочих встречных и полупроводниковых элементов при расширении или сжатии - механической деформации.

Рекомендуемые

Настройки IPTV «Ростелеком». Каналы IPTV

Аналоговое ТВ постепенно уходит на второй план. Его место более быстрым темпом занимает бесплатный IPTV Ростелеком. И это действительно удобно, потому что цифровые каналы лучше выглядят за счет лучшего изображения, звука. Но для начала нужно уточнить некоторые моменты ....

IMEI: как сменить телефон самостоятельно

Если вам нужно сменить IMEI на телефоне, в этой статье вы найдете полную и верную информацию о том, что такое код IMEI, какой для чего он нужен и как его изменить.Что такое IMEI? Возможно, вы уже сталкивались с этим понятием, значит, вы знаете, что ...

Стиральная машина Bosch MAXX 4: инструкция по эксплуатации

Всем известный производитель Bosh, прежде чем представить миру еще одну новинку, не только проводит множество испытаний, но использует все доступные методы для обеспечения максимальной безопасности. Чтобы стиральная машина MAXX 4 радовала своего хозяина как можно дольше, в комплекте к ней ...

Весоизмерительные ячейки представляют собой конструктивный набор жильных ячеек, имеющий точку связи на панели.Последний связан с измеряемым материалом. Функциональная схема срабатывания тензодатчика такова, что есть влияние на чувствительность элемента. Подключение источника питания осуществляется с помощью электроавтоматики, контактирующей с чувствительной пластиной.

Места контактов, характеризующиеся наличием постоянного напряжения. Датчик веса переносит предмет через специальную подложку. Масса материала прерывает цепь из-за деформации искажения. В результате процесс трансформировался в сигнал электрического тока.

Датчик давления тензометрический часто используется с тензориэлем переменного тока. Эта система состоит из амплитудной модуляции напряжения, которое подается непосредственно на датчики преобразователя.

Устройство датчиков

Инструмент тензометрический состоит из:

  • Упругого элемента;
  • Ячейка питания;
  • Корпус;
  • Герметичный разъем.

Под упругим элементом понимается тело, воспринимающее нагрузку. В основном изготавливаются из специальной стали, уже прошедшей термическую обработку.Это влияет на получение стабильных показаний. Изготовление формы представлено в виде стержня, кольца или консоли. Основной дизайн более популярен и распространен.

Жидкостная ячейка - резисторный узел из проволочной сетки или металлической фольги, который крепится к стержню. Эта деталь тензодатчика меняет свое сопротивление деформации стержня, деформации и перекоса, в свою очередь, пропорционально нагрузке.

Корпус измерительного прибора предохраняет внутреннюю конструкцию от всевозможных механических повреждений, в том числе от негативного воздействия окружающей среды.Жилье соответствует мировым стандартам и имеет различные формы.

Герметичный разъем необходим для связи с дополнительным сенсорным оборудованием (весами, усилителями и т. Д.) По кабелю. Возможны различные схемы подключения. Характеристики некоторых тензодатчиков предусматривают замену кабеля.

Датчики измерения силы

Тензометрические датчики силы имеют другое общее название - динамометры. Эти измерительные приборы являются неотъемлемой частью весового оборудования.Их необходимость трудно переоценить, поскольку они работают во всех технологических автоматизированных системах любого производства. Они нашли применение в сельском хозяйстве, медицине, металлургии, автомобилестроении и т.д.

В этом методе измерения требуется много манипуляций, и в соответствии с этим существует несколько типов тензодатчиков:

  • Тактильные - делятся в преобразователи, усилие, проскальзывание и касание;
  • Резистивный - используется токоведущей ячейкой и имеет линейный выход сигнала;
  • Пьезорезонанс - характеризуется прямым и обратным эффектом, который обеспечивает датчик-резонатор;
  • Пьезоэлектрик - устойчив к температурам окружающей среды, высокая прочность, используется прямой пьезоэлектрический эффект;
  • Магнитные - воздействуют на явление магнитострикции, изменяя геометрию размеров в магнитном поле;
  • Емкостным измерительным средством параметрического типа является конденсатор.

Датчики измерения веса

Тензодатчики состоят из трех элементов:

  1. Лоде-ячейка.
  2. Гибка балок.
  3. Кабель.

Датчики используются в весовом оборудовании промышленного и личного назначения. Наиболее популярны средства измерения данных в сфере производства и бывают таких типов:

  • Консоль прибора - алюминиевая или стальная заготовка. Сталь может быть изготовлена ​​в виде бочек или шайб, обладающих высокой целостностью;
  • Балочное устройство - измерение нагрузки на конструкции платформы и моста.

Преимущества тензодатчиков

Они следующие:

  • Прецизионные измерения параметров.
  • Не допускать искажения информации.
  • Совместимость с измеренным напряжением.
  • Компактный размер.

Единственный недостаток - потеря чувствительности рабочих элементов при критической температуре.

...

Измерение деформации | Учебный портал Dewesoft

Для этого эксперимента мы подключим камертон к устройству Sirius.К камертону прикреплен одномерный манометр.

Мы будем измерять две разные физические величины - деформацию и напряжение.

Изображение 25: Настройка для подключения к измерительной системе SIRIUS

Установка четверть моста

Давайте посмотрим на установку четверть моста в Dewesoft с использованием Sirius STG.

К камертону прикреплен одиночный тензодатчик, и мы измеряем деформацию.

На рисунке ниже показано, как выглядит спецификация тензодатчика.Мы видим, что сопротивление тензодатчика составляет 120 Ом, а коэффициент измерения k равен 2,07.

При выборе тензодатчиков мы обычно выбираем 120 или 350 Ом. Манометры на 120 Ом будут иметь меньшее энергопотребление и меньше нагреваться, в то время как 350 Ом будут иметь большие сигналы и, следовательно, лучше работать с более длинными кабелями.

Изображение 26: Характеристики тензодатчика

1. Измерение деформации

Для наших измерений мы будем использовать тензодатчик на 350 Ом.

Вот как выглядит настройка канала:

Изображение 27: Настройка канала четвертьмостового датчика

Во-первых, мы должны установить четвертьмостовой мост с 350 Ом в качестве типа входа.Это означает, что единственный мост будет настоящим датчиком, а три других датчика будут внутренними прецизионными резисторами. Теперь масштаб входного сигнала измеряется в мВ / В.


Затем мы можем свободно выбирать напряжение возбуждения. Более высокое напряжение возбуждения усилит сигналы и, следовательно, уменьшит шум. Это также приведет к большему самонагреву датчика и увеличит потребление энергии. Все тензодатчики имеют определенный предел напряжения возбуждения, поэтому проверьте его перед подключением датчика, чтобы не сжечь его.Поэтому для более длинных линий рекомендуется более высокое напряжение возбуждения.

Следующим шагом является ввод измерительного коэффициента (k) и коэффициента перемычки из спецификации. Поскольку это только четверть моста, мы можем ввести коэффициент моста как 1.

Масштабирование изменяется от мкВ / В до мкм / м. Теперь мы можем ввести диапазон в единицах относительной деформации.

У нас есть камертон, подключенный по трехпроводной схеме. Трехпроводное подключение позволяет нивелировать влияние сопротивления проводов.Мы называем этот эффект компенсацией выводного провода. Проволока, особенно с длинными кабелями, может значительно снизить чувствительность прибора. Третий провод в сочетании с калибровкой шунта позволяет нам измерить это сопротивление и исправить эту ошибку.

В этом случае можно использовать калибровку шунта для измерения и корректировки сопротивления. Нам нужно выбрать масштабирование Bridge cal и нажать кнопку Compensate. Калибровка шунта занимает некоторое время, поскольку необходимо установить несколько конфигураций и измерить результаты.После этого на чертеже отображается измерение сопротивления провода, отображается поправочный коэффициент и, если возможно, уровень напряжения возбуждения повышается, чтобы по-прежнему соответствовать требуемой чувствительности датчика.

В качестве последнего шага мы устанавливаем фильтр нижних частот усилителя на 10 кГц, чтобы можно было видеть собственную частоту камертона, которая составляет 440 Гц (тон A4).

2. Измерение напряжения

Теперь давайте настроим еще один канал, на этот раз мы будем измерять напряжение, и вот как выглядит настройка канала:

Изображение 28: Измерение напряжения

Когда мы измеряем напряжение, мы устанавливаем все полностью так же, как мы измеряли напряжение, за исключением физического количества в общих настройках и настроек в правом нижнем углу.

В зависимости от того, какой режим моста мы выбираем в общих настройках усилителя, мы можем впоследствии выбрать графически представленную конфигурацию моста, а также материал для использования правильного модуля Юнга.

Так устраняется еще один источник ошибок.

Изображение 29: Решетка Delta Rossette 1

Изображение 30: Различные типы датчиков

Изображение 31: Различные материалы

Изображение 32: Четыре элемента Пуассона, полный мост

ПРИМЕЧАНИЕ: Все эти варианты типов датчиков и варианты материалов зависят от Мостовой режим!

% PDF-1.4 % 948 0 объект > endobj xref 948 110 0000000016 00000 н. 0000003662 00000 н. 0000003931 00000 н. 0000003958 00000 н. 0000004007 00000 п. 0000004136 00000 п. 0000004172 00000 п. 0000004891 00000 н. 0000005023 00000 н. 0000005155 00000 н. 0000005286 00000 п. 0000005418 00000 н. 0000005550 00000 н. 0000005682 00000 н. 0000005812 00000 н. 0000005892 00000 н. 0000005973 00000 п. 0000006053 00000 н. 0000006132 00000 н. 0000006212 00000 н. 0000006292 00000 н. 0000006373 00000 п. 0000006452 00000 п. 0000006532 00000 н. 0000006611 00000 н. 0000006690 00000 н. 0000006770 00000 н. 0000006848 00000 н. 0000006927 00000 н. 0000007005 00000 н. 0000007084 00000 н. 0000007162 00000 п. 0000007241 00000 н. 0000007321 00000 н. 0000007399 00000 н. 0000007479 00000 н. 0000007558 00000 н. 0000007637 00000 н. 0000007717 00000 н. 0000007797 00000 н. 0000007876 00000 н. 0000007955 00000 п. 0000008034 00000 н. 0000008112 00000 н. 0000008191 00000 п. 0000008271 00000 н. 0000008349 00000 п. 0000008428 00000 н. 0000008506 00000 н. 0000008585 00000 н. 0000008664 00000 н. 0000008743 00000 н. 0000008822 00000 н. 0000008902 00000 н. 0000008985 00000 н. 0000009067 00000 н. 0000009150 00000 н. 0000009234 00000 п. 0000009317 00000 п. 0000009400 00000 н. 0000009483 00000 н. 0000009566 00000 н. 0000009648 00000 н. 0000010255 00000 п. 0000010771 00000 п. 0000010810 00000 п. 0000011107 00000 п. 0000011186 00000 п. 0000011264 00000 п. 0000011677 00000 п. 0000018117 00000 п. 0000018663 00000 п. 0000019039 00000 п. 0000024669 00000 п. 0000025093 00000 п. 0000025478 00000 п. 0000026306 00000 п. 0000026544 00000 п. 0000026734 00000 п. 0000027716 00000 п. 0000028610 00000 п. 0000029006 00000 п. 0000029213 00000 п. 0000032573 00000 п. 0000032901 00000 п. 0000033281 00000 п. 0000034115 00000 п. 0000035021 00000 п. 0000035918 00000 п. 0000036786 00000 п. 0000037444 00000 п. 0000037634 00000 п. 0000040329 00000 п. 0000040426 00000 п. 0000041658 00000 п. 0000041899 00000 н. 0000042235 00000 п. 0000053933 00000 п. 0000054198 00000 п. 0000054244 00000 п. 0000054290 00000 п. 0000054506 00000 п. 0000054722 00000 п. 0000054938 00000 п. 0000055152 00000 п. 0000055368 00000 п. 0000055582 00000 п. 0000055798 00000 п. 0000056013 00000 п. 0000002496 00000 н. трейлер ] / Назад 1719383 >> startxref 0 %% EOF 1057 0 объект > поток h ޤ T] PW> l `1B6ԤĸQx

Kyowa Тензорезистор для сборки печатной платы

Используя Intel.com Поиск

Вы можете легко выполнить поиск по всему сайту Intel.com несколькими способами.

  • Название бренда: Core i9
  • Номер документа: 123456
  • Кодовое имя: Kaby Lake
  • Специальные операторы: «Ледяное озеро», Лед И Озеро, Лед ИЛИ Озеро, Лед *

Быстрые ссылки

Вы также можете воспользоваться быстрыми ссылками ниже, чтобы увидеть результаты наиболее популярных поисковых запросов.

как работают датчики - тензодатчик


ШТАМ ДАТЧИК



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

Большинство тензодатчиков - фольговые, доступны в широком выборе формы и размеры для различных областей применения. Они состоят шаблона из резистивной фольги, которая закреплена на основе материал. Они работают по принципу, по которому 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 внешних системы сбора данных, такие как регистраторы или сбор данных с ПК и системы анализа.

Некоторые из доступно множество шаблонов калибров

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 соединений, кабель и т. д.В соединение
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 коробления), он будет расширять и укорачивать. Если эти напряжения удерживаются в пределах упругого предел металлической полосы (чтобы полоса не постоянно деформировать) 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 приклеены к структурные элементы, связи и любой другой критический компонент планера для измерения напряжения. Большинство тензодатчиков меньше чем почтовая марка, и выглядят они примерно так:


Штамм жилы датчика 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 "связанный датчик »дается тензодатчикам, которые приклеены к большему конструкция под напряжением (называемая испытательным образцом) Задача 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 калибруемого материала и испытуемого образца.Сил
достаточно большой, чтобы вызвать большие 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 последней 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 друга. Таким образом, без приложения силы к тензодатчику, мост будет симметрично сбалансирован, а вольтметр будет Укажите ноль вольт, что означает нулевую силу на тензодатчике. Поскольку тензодатчик либо сжат, либо растянут, его сопротивление будет уменьшаться или увеличиваться, соответственно, нарушая баланс мост и выдача показания на вольтметре.Это расположение, с одним элементом моста, изменяющим сопротивление в ответ к измеряемой переменной (механической силе), известна как четвертьмостовая цепь.

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 реостатное плечо 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 минимизировать 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) теперь "обходится", 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 подключения датчика к мосту) работает как термометр так же хорошо, как и индикатор деформации.

Если все, что мы хотим сделать, это измерить деформацию, это плохо.Мы однако можно преодолеть эту проблему, 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 калибра 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»).

При изменении температуры изменится сопротивление обоих датчиков. 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 чувствительным 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, показано здесь:

Без силы приложенные к испытательному 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» на ровное большая чувствительность.
Это называется полномостовой схемой:

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

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

Лучшая линейность или пропорциональность этих мостовых схем 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 поэтому 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 фунтах. То есть ровно на 1000 фунтов приложенной силы (сжимающей или растягивающей), модель
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 целиком, 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *