Тензорезисторные датчики: Датчики тензорезисторные весоизмерительные «колонного» типа: характеристики и особенности — Интернет-магазин инструмента. — yato-tools.ru. Электротовары и инструмент.

Содержание

Датчики тензорезисторные весоизмерительные «колонного» типа: характеристики и особенности

Содержание

Особенности работы и преимущества тензорезисторных датчиков
Метрологические и технические характеристики весоизмерительных приборов
Схема подключения тензорезисторного датчика

Тензометрические датчики колонного типа — изделия, предназначенные для применения в автомобильных, железнодорожных, бункерных и прочих многотоннажных электронных весах, а также бункерных дозаторных системах взвешивания.

Особенности работы и преимущества тензорезисторных датчиков

Весоизмерительные тензорезисторные датчики исполняются в корпусе из нержавеющей стали. Устройства станут хорошим решением, если предстоит работать в производственных условиях, когда нужно иметь дело с эксплуатацией, модернизацией автомобильных весов или других измерительных установок. Кроме того, оборудование:

Конструкция тензодатчиков проста. Они имеют вид колонны с круглым или квадратным сечением. Срабатывают на сжатие оси колонны, которая реагирует на упругую деформацию. Она преобразуется в электрический сигнал и данные отображаются на весовом оборудовании (платформенных весах). То есть по сути оценивается измерение давления, оказываемого на весоизмерительный датчик.

Метрологические и технические характеристики весоизмерительных приборов

Чувствительный элемент подбирается в зависимости заданных характеристик и особенностей будущей эксплуатации. «Сибтензоприбор» предлагает несколько типов исполнения «колонных» тензодатчиков. Их характеристики приведены в таблицах.

Электронный весоизмерительный тензодатчик 4518

Характеристика	Значение
Максимальная нагрузка, т	20; 50
Класс точности по ГОСТ Р 8. 726	С1; СЗ
Максимальное число поверочных интервалов, nmax (Emax/v)	1000; 3000
Минимальная статическая нагрузка, т	0
Значение поверочного интервала, v, кг	Emax/nmax
Номинальный относительный выходной сигнал при Emax, мВ/В	1.5
Номинальный выходной сигнал при Emin, % от Emax	2.5
Доля от пределов допускаемой погрешности весов (pLS)	0,7
Обозначение по влажности	СH
Напряжение питания, В	5 . ..12
Входное сопротивление, Ом	380±2,0; 700±20,0; 1150±50,0
Выходное сопротивление, Ом	400±4,0; 700±4,0; 1150±4,0
Сопротивление изоляции, не менее, МОм	1000
Степень зашиты по ГОСТ 14254	IP68

Применение тензодатчиков допустимо диапазоне температур от -50 до +50°C. Масса измерительного элемента 3,3 кг.

Чувствительный тензорезистор «колонного» типа 1909

Характеристика	Значение
Максимальная нагрузка, т	0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,032; 0,04; 0,05; 0,063; 0,1; 0,125; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0
Класс точности по ГОСТ Р 8. 726	С1
Максимальное число поверочных интервалов, nmax (Emax/v)	1000
Минимальная статическая нагрузка, т	0
Значение поверочного интервала, v, кг	Emax/nmax
Номинальный относительный выходной сигнал при Emax, мВ/В	2.0
Номинальный выходной сигнал при Emin, % от Emax	0.5
Доля от пределов допускаемой погрешности электронных весов (pLS)	0,7
Обозначение по влажности	СH
Напряжение питания, В	24
Входное электрическое сопротивление, Ом	760±4,0
Выходное сопротивление, Ом	800±8,0
Сопротивление изоляции, не менее, МОм	1000

Датчик веса способен работать при температуре -50 до +50°C, вес устройства 2,6 кг.

Тензорезисторный датчик 9035

Характеристика	Значение
Максимальная нагрузка, т	0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0
Класс точности по ГОСТ Р 8.726	С1; C3
Максимальное число поверочных интервалов тензорезисторных датчиков, nmax (Emax/v)	1000; 3000
Минимальная статическая нагрузка, т	0
Значение поверочного интервала, v, кг	Emax/nmax
Номинальный относительный выходной сигнал при Emax, мВ/В	1. 5
Номинальный выходной сигнал при Emin, % от Emax	2.5
Доля от пределов допускаемой погрешности весов (pLS)	0,7
Обозначение по влажности	СH
Напряжение питания, В	5…12
Входное сопротивление, Ом	380±2,0
Выходное сопротивление тензорезистора, Ом	400±4,0
Сопротивление изоляции, не менее, МОм	1000
Степень зашиты по ГОСТ 14254	IP54

Измерительные приборы эксплуатируются при температуре -50 до +50°C. Доступные габаритные размеры и масса:

E max, T	А, мм	В. мм	С, мм	D, мм	Е, мм	F, мм	G, мм	Масса, кг
0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0	52	46	М 16*1,5	145	13	24	124	4,1
5,0	60	50	М 27×1,5	165	1 3	40	148	5,8
10,0	70	60	М27х1г5	165	13	40	148	6,5

Датчик весоизмерительный тензорезисторный «колонного» типа 4126

Характеристика	Значение
Максимальная нагрузка, т	10; 20; 50; 100; 150; 200
Класс точности по ГОСТ Р 8. 726	С1
Максимальное число поверочных интервалов тензорезисторных датчиков, nmax (Emax/v)	1000;
Минимальная статическая нагрузка, т	0
Значение поверочного интервала, v, кг	Emax/nmax
Номинальный относительный выходной сигнал при Emax, мВ/В	1.5
Номинальный выходной сигнал при Emin, % от Emax	5
Доля от пределов допускаемой погрешности весов (pLS)	0,7
Обозначение по влажности	СH
Напряжение питания, В	5. ..12
Входное сопротивление, Ом	380±2,0
Выходное сопротивление тензорезистора, Ом	400±4,0
Сопротивление изоляции, не менее, МОм	1000
Степень зашиты по ГОСТ 14254	IP68
Рабочая температура	-50 до +50°C.

Габаритные размеры и масса

E max, T	А, мм	В. мм	С, мм	D, мм	Е, мм	R, мм	Масса, кг
10	65	41	116	73	18,5	60	1/3
20	75	47	123	89	27,5	70	1,5
50	90	52	140	100	44,5	100	2,4
100	110	62	160	120	64,5	110	4,5
150	124	66	180	140	74,5	140	6,0
200	140	72	200	160	84,5	160	8,5

Схема подключения тензорезисторного датчика
Подключение тензодатчика осуществляется с кабельным выводом или кабельным разъемом.
Схема подключения электронных тензодатчиков с кабельным выводом:

Подключение весоизмерительного оборудования с кабельным разъемом:
Средний срок службы оборудования в системе бункерных, платформенных весов или измерительного оборудования другого типа составляет 10 лет, реализуется с гарантией 12 месяцев. Если вы планируйте внедрение тензометрического оборудования в весоизмерительную систему, но требуется консультация специалиста и более подробная информация об устройствах, воспользуйтесь онлайн-формой связи на нашем сайте.
Что такое тензодатчик и есть ли разница между ним и тензорезисторным датчиком
Тензодатчик веса – это основной и, пожалуй, главный элемент весового оборудования. Именно от того, каким типом тензодатчика оснащены Ваши весы, напрямую зависит точность и скорость измерений.
Общие сведения
В первую очередь заметим, что понятие «тензодатчик» включает в себя и тензорезисторные и тензометрические датчики. Дело в том, что тензометрические датчики – это наиболее широкое понятие, включающее в себя все виды весоизмерительных датчиков. Существуют различные способы измерения деформаций: тензорезистивный, пьезорезистивный, оптико-поляризационный, волоконно-оптический, и механический — простое считывание показаний с линейки механического тензодатчика. Каждый из этих способов дал название виду тензодатчика. А поскольку, наибольшее распространение среди электронных тензодатчиков получили тензорезистивные датчики, то это название стало практически нарицательным.
Устройство и принцип действия тензометрических датчиков
Тензометрический датчик (тензодатчик) – конструктивно представляет собой металлическую конструкцию, внутри которой расположены резисторы с электросхемой. Тензодатчик связан с корпусом весового дозатора или весовой платформы, и, при изменении веса, корпус тензодатчика подвергается деформации, после чего результат деформации передается на тензорезисторы, а оттуда, информация о массе — на весовой терминал.
Принцип работы системы измерения веса с использованием тензодатчика предельно прост: под действием массы груза, в тензодатчике возникает механическая деформация, которую и учитывает датчик, преобразует её в электрический аналоговый или цифровой сигнал, и передаёт на индикатор веса, на котором и отображается масса взвешиваемого груза.
Современные тензодатчики прекрасно справляются со своей работой даже в достаточно жестких условиях, поскольку обладают хорошей влаго- и пылезащитой. Спектр применения тензометрического оборудования довольно широк — от самых простых весоизмерительных элементов, до сложнейших технологических промышленных комплексов динамического взвешивания.
Особенности тензодатчиков
Тензодатчики используются практически во всех современных электронных весоизмерительных системах и системах дозирования – бункерных и крановых весах, весовых дозаторах и т.д. Они обеспечивают высокую точность измерений, устойчивы к воздействию окружающей среды, а современные технологии позволяют добиться систематизации и автоматизации всего процесса измерения, используя оборудование с электронными тензодатчиками.
Следует отметить следующие возможности и преимущества тензорезисторных весоизмерительных датчиков:
Высокая точность измерения. Современные тензодатчики обладают практически безупречной точностью. Самыми распространенными тензодатчиками являются датчики класса точности C3, что соответствует комбинированной погрешности 0.02%. Существуют тензодатчики и с более высоким классом точности.
Разнообразие конструкций. Выпускаются тензодатчики следующих типов: S-образный, балочного (консольного) типа, колонные датчики, датчики платформенного типа, одноточечные, торсионные, цилиндрические и прочие. Применение конкретного типа датчика зависит от назначения и конструкции весовой системы, места и способа его установки. Благодаря огромному разнообразию конструкций тензодатчиков, можно выбрать оборудование, наиболее подходящее для конкретных производственных нужд заказчика.
Надежность материалов. Большинство тензодатчиков изготовлены из алюминия, нержавеющей или легированной стали, что обеспечивает долгий срок службы оборудования. Водонепроницаемые тензодатчики, которые изготавливаются из нержавеющей стали, обладающие классом защиты IP68, особенно востребованы в пищевой и рыбной промышленности.
В условиях неисправности одного из датчиков, весы с несколькими тензодатчиками сохраняют работоспособность и точность измерений.
Среди многообразия форм, типов тензометрических датчиков, среди датчиков, различных по цене и качеству сложно сделать правильный выбор.
Как выбрать тензодатчик?
При покупке тензодатчика следует учитывать следующие показатели:
Наибольший предел измерения (НПИ) — следует учитывать, что предполагаемая номинальная нагрузка на тензодатчик не должна превышать НПИ. Хотя фактически датчик имеет дополнительный запас прочности, некоторые конструкции весов требовательны к наличию дополнительного запаса НПИ.
Материал тензодатчика – как мы уже писали выше, наибольшее распространение получили тензометрические датчики из нержавеющей и легированной стали, а также алюминия. Как правило, только одноточечные тензодатчики изготавливаются из алюминия, все остальные выполнены из стали.
Класс точности тензодатчика – на практике класс точности тензодатчика может лежать в диапазоне от D1 до С6, хотя, в соответствии с OIML R 60, класс точности тензометрического датчика может быть и в более широком диапазоне. Наиболее распространен класс точности C3. Необходимость применения более точных датчиков требует обоснования, поскольку с классом точности цена растет в геометрической прогрессии.
Схема подключения тензодатчика – обычно для подключения тензодатчиков используется «четырехжильная» схема подключения. Однако в частных случаях, и в случаях, когда присутствует большая разница в сопротивлении кабелей смежных тензодатчиков, применяется «шестижильная» схема подключения.
Выбирая тип тензометрического датчика, также следует обратить внимание на следующие характеристики: рабочий диапазон температур, рабочий коэффициент передачи, класс защиты, диаметр и длину кабеля, входное и выходное сопротивление, рекомендуемое и максимальное напряжение питания.
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 типа Т70А датчики тензорезисторные одноточечного типа К-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 типа Т2 датчики тензорезисторные балочного типа К-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-образные С2А датчики тензорезисторные S-образные К-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 тензорезисторные К-С-18Д тензодатчики цилиндрические SHB датчики тензометрические
Колонные датчики. Силоизмеряющий элемент выполнен в виде колонны. Применяются в автомобильных весах, железнодорожных весах и т.д.
МВ датчики тензорезисторные колонного типа МВ150 датчики тензорезисторные колонного типа ST-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 весов К-Р-20А тензодатчики на растяжение К-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].
Датчики деформации | Баумер США
Обзор продукта
Датчики силы и датчики деформации
Датчики деформации
Ассортимент продукции
Миниатюрный датчик деформации
Летнее время20
Возможное применение при ограниченном пространстве для установки
Для тяжелых промышленных условий
Пассивный датчик с разъемным соединением
Открыть в селекторе продуктов
Стандартный тензодатчик
Летнее время76
Диапазон измерения ±500 мкм/м
Встроенная электроника усилителя для параметризации в зависимости от применения
Промышленное применение внутри помещений
Открыть в селекторе продуктов
Характеристики тензометрического датчика
Летнее время53
Оптимизирован для малых и больших диапазонов измерения от ≤250 до ±2000 мкм/м
Самая низкая жесткость на рынке влияет на архитектуру машины до минимума
Встроенная электроника усилителя для настройки параметров в зависимости от применения
Промышленное применение внутри помещений
Открыть в селекторе продуктов
Надежный тензодатчик для суровых условий окружающей среды
ДСТ55Р
Класс защиты IP 69K
Испытанное долговечное уплотнение в соответствии с proTect+
Категория защиты от коррозии C5-M
Полностью интегрированная электроника усилителя
Открыть в селекторе продуктов
Highlights
Для больших диапазонов усилий и больших конструкций тензометрические датчики являются подходящей альтернативой датчикам силы. В отличие от датчиков силы датчики деформации не устанавливаются непосредственно в потоке силы, а привинчиваются к соответствующей поверхности компонента. Обнаруженная поверхностная деформация позволяет точно определить силу без сложных модификаций компонентов.
Ассортимент продукции охватывает всю линейку датчиков, отвечающих многогранным требованиям и конкретным приложениям. Портфолио превосходно с точки зрения миниатюрных и надежных продуктов, а также цифрового подключения. Последовательность, которая окупается.
Какой тензодатчик подходит для вашего применения, как реализовано измерение силы с помощью тензодатчиков и в каком положении должен быть установлен тензодатчик, вы узнаете из нашего технического описания.
Миниатюризация – непревзойденная экономия места
Максимальная производительность при минимальном пространстве – экономичное измерение больших усилий в ограниченном пространстве
Более широкий диапазон применения благодаря малым размерам
Наименьшая из возможных долговечных альтернатив холодным тензодатчикам

Надежность – высочайшая эксплуатационная безопасность в суровых условиях
Надежные герметичные датчики на протяжении всего срока службы благодаря классам защиты IP 68, IP 69K и proTect+
морской сектор
Диапазон температур от -40°C до 85°C
Интеллектуальное измерение силы – моделирование, параметризация, интеллектуальная оценка
Недорогой и простой способ найти идеально согласованные решения с помощью датчиков с гибкими параметрами через IO-Link интерфейс
Более быстрое решение инженерных задач благодаря возможностям моделирования и испытаний
Максимальная эффективность машины благодаря дополнительным интеллектуальным функциям
Применение
Датчики деформации Baumer обеспечивают экономичное измерение силы практически во всех областях применения. Будь то для ограниченного пространства, надежного наружного применения или промышленного сектора, мы всегда предлагаем вам правильное решение для измерения больших сил в текущих процессах.
Для ограниченного пространства – DST20
DST20 позволяет измерять большие силы даже в ограниченном пространстве. В то же время корпус тензометрического датчика из нержавеющей стали делает его превосходно подходящим для использования в суровых производственных условиях и для широкого спектра применений, таких как машиностроение и разработка оборудования, а также автоматизация процессов.
Промышленное применение внутри помещений – DST53/ DST76
Промышленный тензодатчик DST позволяет точно измерять силу без сложной настройки компонентов. Датчик легко интегрируется в машину, что позволяет быстро получать значимые результаты измерений для таких приложений, как контроль удерживающей силы, мониторинг процесса или измерение толщины листа.
Грубое наружное применение — DST55R
Надежный датчик деформации DST55R особенно подходит для промышленных применений вне помещений, таких как, например, гашение вибрации для мобильной автоматизации. Благодаря своей прочной конструкции и испытанной герметичности в течение длительного времени в соответствии с proTect+ датчик гарантирует надежную непрерывную работу в экстремальных условиях.
Видео для простой настройки параметров
Адаптируйте датчики силы и деформации Baumer в соответствии с вашими прикладными задачами по точному измерению силы и используйте интеллектуальные функции для достижения максимальных результатов. При использовании в сочетании с Baumer Sensor Suite вы сможете в полной мере использовать возможности датчиков силы и деформации благодаря специальным надстройкам и интуитивно понятному пользовательскому интерфейсу. Посмотрите учебное пособие и узнайте больше о линейке датчиков силы и деформации Baumer IO-Link.
Показать все видео
Ваши преимущества
Умная альтернатива для измерения силы с использованием силовых датчиков
легко интегрируется в существующие машины и объекты
. и надежный контроль параметров процесса
Оптимизированная логистика
Один датчик подходит для машин разных размеров
Экономия времени при обслуживании
Простая замена датчика во время обслуживания без необходимости длительной повторной калибровки в машине благодаря заводским настройкам деформации
Более быстрая и простая установка и замена датчика
Технология
Стандартные тензометрические датчики Baumer состоят из тензометрического корпуса и тензодатчика. Датчик деформации привинчен к конструкции машины. Приложенная сила вызывает деформацию конструкции машины, которая подхватывается деформационным телом с помощью трения и вызывает деформацию поверхности материала. Величина деформации измеряется тензодатчиком на поверхности деформируемого тела. Тензорезисторы преобразуют механическую деформацию в изменение электрического сопротивления и действуют как механические электрические преобразователи. Грамотно соединенные между собой тензодатчики образуют мост Уитстона, что позволяет измерять даже самые незначительные деформации. Таким образом, измеренная манометром деформация вызывает изменение напряжения, пропорциональное деформации, которое может быть легко оценено электронной схемой интегрированного усилителя.
Функциональность тензодатчиков
Деформация – это относительное изменение длины компонента или конструкции под нагрузкой. Узнайте больше о функциях датчиков пятен.
Монтаж тензодатчиков
В нашем разделе ноу-хау вы найдете советы по установке датчиков деформации.
Измерение силы: датчик силы или деформации?
При поиске решений для измерения силы обычно принимаются во внимание датчики силы. Особенно, когда речь идет о больших усилиях, тензометрические датчики являются экономичной и разумной альтернативой. Когда датчики деформации являются подходящими решениями, а когда лучше использовать датчики силы? Каковы различия между двумя типами датчиков и каковы оптимальные сценарии использования каждого из них?
Как работает измерение силы с помощью датчиков деформации?
Какой датчик деформации является оптимальным выбором для моего приложения?
Какие компоненты мне нужны для измерительной цепи?
Как их правильно монтировать и размещать?
Как выполнить калибровку измерения деформации?
Глоссарий по измерению силы
Номинальная сила, линейность, ползучесть: обзор и подробное объяснение наиболее важных терминов в технологии измерения силы можно найти здесь.
Концепция герметичности proTect+
Датчики остаются надежными и герметичными на протяжении всего срока службы
Прошли ударные испытания во всем диапазоне температур для имитации эффекта старения
Степень защиты IP 69K от попадания пыли и воды высокой температуры, высокого давления
Скачать
показать все
Вас также может заинтересовать
Датчики силы
Измерение силы
Дополнительные датчики
Аксессуары объект/расстояние/датчики 2D/3D
Наверх
В чем разница: тензодатчик и пьезоэлектрический датчик

[latexpage]
Многие отрасли промышленности требуют взвешивания или измерения силы для выполнения своих основных задач. Тензорезисторы и пьезоэлектрические датчики представляют собой две распространенные технологии преобразователей, которые используются в этих отраслях.
Оба преобразователя широко используются практически для одних и тех же целей. Однако между этими датчиками существуют различия. Во-первых, различаются такие факторы производительности, как разрешение, точность и восприимчивость к ошибкам окружающей среды. Во-вторых, их отличают такие факторы использования, как простота измерения, передача сигнала, интерфейсы оборудования и физические характеристики.
В этой статье сравниваются и противопоставляются эти два типа датчиков. Он предоставляет информацию, помогающую системным разработчикам выбирать компоненты для данного приложения. Кроме того, он направлен на предоставление общей информации о том, как системы контроля и управления используют эти устройства.
Принцип действия
В этом разделе мы сравним научные данные, позволяющие каждому типу датчиков преобразовывать усилия в электрические сигналы.
Тензорезисторы
Тензорезистор преобразует приложенную силу в электрический сигнал за счет упругой деформации тензорезистора. (см. Универсальная тензометрическая ячейка для получения дополнительной информации. Эти силы могут быть статическими или динамическими по своей природе. Примеры включают вес, ускорение и давление. Эта деформация внутри тензорезистора, в свою очередь, изменяет размеры материала тензорезистора. Когда сила параллельна тонкой проводке датчика и растягивается, провод удлиняется и сужается (во многом похоже на натяжение резиновой ленты). Это увеличивает сопротивление в манометре. Точно так же параллельная сжимающая сила расширяет и укорачивает провод, уменьшая сопротивление. Изменение электрического сопротивления материала при любом направлении силы пропорционально величине приложенной силы. 9{2})\) $Дельта R=Изменение, дюйм, сопротивление, Ом, (Омега)$ $Дельта L=Изменение, дюйм, длина, м, (м)$
Выходной сигнал тензодатчика представляет собой падение напряжения на этом небольшом изменении сопротивления. Это возможно благодаря внутренней схеме за этой дельтой, мосту Уитстона. См. Универсальная тензометрическая ячейка для более подробного объяснения внутренней схемы этого устройства. Здесь мы даем упрощенное объяснение, используя одну из таких конфигураций моста: квартальный мост.
Четверть-мостовая конфигурация
Выражение, приведенное на рис. 1, показывает математическую формулу для четверть-мостовой конфигурации. Здесь dR — изменение сопротивления тензорезистора:
$большой V_{o}=frac{V_{s}dR}{4R}$
Рисунок 1. Конфигурация четвертьмостового тензодатчика
Этот аналог выходное напряжение очень маленькое (мВ). Это делает его уязвимым для шума сигнала и помех. Кроме того, низкая амплитуда сигнала обычно недостаточна для интерпретации дисплеем. Следовательно, сигнал должен подвергаться фильтрации и усилению с помощью схемы формирования сигнала. Более подробно по этой теме см. Зачем мне усилитель (и другие преобразователи сигнала) ?
Другие конфигурации
Также существуют полумостовые и полномостовые конфигурации моста Уитстона. Они используют соответственно два и четыре датчика в плечах мостовой схемы. Их несколько датчиков компенсируют или устраняют эффекты деформации, отличные от предполагаемой деформации нагрузки. То есть размещение дополнительных калибров может нейтрализовать влияние температуры, нежелательных изгибающих моментов и неравномерности.0240 осевые силы .
Эти конфигурации более подробно описаны в статьях Универсальная тензометрическая ячейка и Все об электрических соединениях датчиков силы .
Пьезоэлектрический датчик
В пьезоэлектрическом датчике используется пьезоэлектрический материал. Доступные типы пьезоэлектрических материалов различаются, но все они преобразуют давление в электрический заряд. Величина приложенной нагрузки пропорциональна количеству этого электрического заряда и, следовательно, определяется им.
Кроме того, пьезоэлектрический датчик может действовать как пьезоэлектрический привод в процессе, называемом обратным пьезоэлектрическим эффектом. Этот эффект возникает, когда подача переменного напряжения на датчик заставляет пьезоэлектрический материал вибрировать.
Внутри сенсора: полярность пьезоэлектрического материала
Для иллюстрации пьезоэлектрического процесса на рис. 2 показан изготовленный кристалл с установившейся полярностью (крайний левый рисунок). Пьезоэлектрический материал датчика имеет диполи (обозначенные $P_{s}$ с величиной, указанной длиной стрелки), которые создают поверхностные заряды на пластинах. Под сжимающей силой эта полярность ослабевает, положительный поверхностный заряд притягивает электроны в проводе, а отрицательный отталкивает их, создавая ток той же полярности, что и диполь материала. Под действием растягивающей силы материал упруго и механически деформируется, усиливая свою полярность. Поверхностные заряды слабее, чем диполь материала, что приводит к току, противоположному ориентации диполя. Это динамическое явление. Разницы в начислениях не остается; поэтому пьезоэлектрические датчики работают только при изменении давления. 9{-1}$.
Внутри сенсора: Усилитель заряда
Усилитель заряда затем определяет электрический заряд между электродами либо как источник заряда, либо как источник напряжения, в зависимости от конструкции усилителя. Операционные усилители (ОУ) предпочтительнее, поскольку они преодолевают влияние паразитных емкостей кабелей, датчиков и усилителей.
Зарядные усилители имеют несколько преимуществ. С помощью современных микроэлектронных технологий усилитель заряда можно встроить внутрь преобразователя, чтобы сократить зазор между электродом и усилителем. Кроме того, усилители заряда компенсируют утечку заряда, распространенную в пьезоэлектрическом материале, из-за его большого внутреннего сопротивления. Усилитель тензодатчика ANYLOAD A2P-D2 , продаваемый Tacuna Systems, является примером усилителя заряда.
Материал конструкции
В этом разделе описываются материалы, из которых изготовлены датчики каждого типа. Как объяснялось выше, в конструкциях датчиков используются физические свойства этих материалов для преобразования сил в сигналы.
Тензорезисторы
Тензометрические датчики используют тензометрический элемент в качестве основного механизма. Типы конструкций для них включают тонкопленочные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы. На тонкую подложку наклеен проводящий материал. Этот проводящий материал обычно представляет собой медно-никелевые, никель-хромовые, платино-вольфрамовые сплавы и кремний для полупроводниковых датчиков. Подложка непроводящая и обычно представляет собой какую-либо форму полимера.
Пьезоэлектрические датчики
Пьезоэлектрические материалы могут быть природными кристаллами, такими как сегнетова соль и кварц. Они также могут быть синтетическими. Синтетические материалы обычно делятся на два типа: (1) кристаллическая , такая как сульфат лития и дигидрофосфат аммония , и (2) поляризованная ферроэлектрическая керамика , такая как титанат бария . Выбор материала зависит от конкретных свойств, требуемых приложением.
Метод изготовления
В этом разделе сравниваются методы изготовления датчиков двух типов.
Тензорезисторы
Изготовление клеевых тензорезисторов включает в себя прикрепление отрезка токопроводящей полосы к тонкой подложке. Обычно это делается с помощью процесса, называемого микрообработкой . Микрообработка обычно состоит из следующих этапов:
Проводящий материал наносится на тонкую пленку,
В процессе «структурирования» проводник размещается в виде сетки, а затем
Плавленые материалы протравливаются, чтобы удалить узорчатые части, оставив проводящий провод.
Затем тензорезистор тщательно приклеивается к поверхности структурного элемента датчика с помощью клея или других связующих веществ. Надлежащее склеивание требует подготовки поверхностей. Это включает в себя этапы очистки, сглаживания, придания шероховатости и маркировки. Последним этапом изготовления является герметизация устройства для защиты от внешних механических и химических повреждений.
Обратите внимание, что тензорезисторы без клея также существуют, но их использование не так распространено. Приклеенный тензорезистор предпочтительнее, так как он более компактен и легко встраивается в конструктивный элемент датчика.
Пьезоэлектрические датчики
Синтетические пьезоэлектрические материалы, такие как ферроэлектрическая керамика, имеют беспорядочно ориентированные внутренние электрические диполи в своей кристаллической структуре. Следовательно, изготовление датчиков из этих материалов требует их предварительной поляризации в процессе полировка . Полирование происходит путем предварительного нагревания порошкового материала до уровня температуры выше точки Кюри. При этой температуре точки Кюри ферромагнитные свойства кристалла нарушаются. Затем к нагретому материалу прикладывают сильное постоянное электрическое поле в несколько кВ/мм; это поле остается, пока материал остывает. После охлаждения и снятия поля материал сохраняет дипольную ориентацию, которую он имел под действием поля.
Этот производственный процесс (рис. 3) придает материалу сильные пьезоэлектрические свойства.
Рис. 3. Процесс полирования для синтеза пьезоэлектрических материалов
Самое важное, что следует учитывать при полировании, — это геометрия кристалла, особенно при приложении электрического поля; это сильно влияет на чувствительность материала.
Природные пьезоэлектрические материалы, такие как кварц, просто необходимо разрезать с помощью прецизионных инструментов до требуемых размеров. Однако эти природные монокристаллические материалы имеют очень плохую кристаллическую стабильность и ограниченную степень свободы.
С другой стороны, изготовленные пьезоэлектрические материалы более стабильны и могут быть созданы со свойствами, адаптированными к конкретным приложениям. Более того, опорная подложка, необходимая для изготовленных материалов, одновременно служит внешним электродом пьезоэлектрического датчика. Ориентация материала подложки такова, что направление деформирующего напряжения перпендикулярно полярности генерируемых зарядов. Рисунок 4 ниже иллюстрирует этот момент.
Рисунок 4. Направление напряжения и направление движения зарядов
Характеристики датчика
Как пьезоэлектрический датчик, так и тензодатчик обладают характеристиками, которые делают их идеальными в зависимости от области применения. В этом разделе сравниваются эти критерии.
Геометрические формы и конструкции
Тензорезисторы чаще всего используются в тензодатчиках. Это прочные металлические конструкции, в которых размещается тензодатчик. Положение манометра в конструкции позволяет регистрировать деформации в этом месте; инженеры используют этот факт, создавая эти датчики веса в различных геометрических формах с различными характеристиками точки нагрузки. Такое разнообразие позволяет тензодатчикам адаптироваться к потребностям различных приложений.
По соглашению, геометрическая форма структурного корпуса датчика дает название тензодатчику. Некоторыми примерами так называемых тензодатчиков являются балка , S-образная форма , дисковый контейнер , или плоская балка . Пьезоэлектрические датчики также включают конструкции корпусов этих форм. Опять же, геометрия датчика зависит от требований приложения.
Как правило, пьезоэлектрические датчики более компактны и имеют более прочную конструкцию, чем датчики деформации. Небольшой размер и отличные динамические характеристики делают их подходящими для высокочувствительных приложений. Они имеют широкое применение от медицинской робототехники до акустических приложений.
Оба типа датчиков могут использоваться для многоосевых приложений и могут выдерживать напряжения сжатия, сдвига или изгиба.
Другие характеристики
Производители оригинального оборудования предоставляют таблицы данных с электрическими характеристиками своих преобразователей. В этом разделе объясняются некоторые из этих характеристик, представленных в техническом описании. Значения этих и других характеристик помогают разработчикам выбрать подходящий датчик для приложения; аналогичным образом, они дают техническим специалистам показатели производительности, которые они используют для калибровки результирующей измерительной системы.
Диапазон силы:
Это номинальная мощность (от минимальной до максимальной точно определяемой силы) в ньютонах. Диапазон усилия пьезоэлектрического датчика обычно составляет от 5 кН до 1 МН. Напротив, тензометрический датчик обычно имеет диапазон от 5 Н до 40 МН.
Условия нагрузки:
Пьезоэлектрические тензодатчики могут выдерживать только динамические нагрузки, такие как вибрации, ускорения и измерения динамического давления; Тензометрические тензодатчики могут выдерживать как статические, так и динамические нагрузки.
Ползучесть:
Тензометрические датчики имеют незначительный дрейф выходного сигнала при длительной нагрузке; пьезоэлектрические датчики имеют очень большой дрейф выходного значения, что приводит к ошибкам измерения при длительной нагрузке.
Жесткость:
Пьезоэлектрические датчики имеют очень высокое значение жесткости. Тензорезисторы более эластичны, и их долговечность зависит от тензодатчика, в котором они находятся.
Резонансная частота:
В отличие от тензодатчиков, пьезоэлектрические датчики имеют более высокую резонансную частоту из-за своей жесткости. Это значение может достигать 100 000 Гц.
Уплотнение:
Датчики обоих типов имеют отличные уплотнения, обеспечивающие высокую степень защиты и эксплуатационную безопасность в суровых условиях. Наиболее распространенным методом герметизации является герметизация.
Температурные эффекты:
Как тензорезисторы, так и пьезоэлектрические датчики очень чувствительны к изменениям температуры. Для обоих датчиков это влияет на их нулевой баланс, чувствительность и линейность. Из-за этого производители используют различные методы компенсации: тензометрические датчики используют датчики с автоматической температурной компенсацией; пьезоэлектрические датчики приспосабливаются к температурным эффектам с помощью усилителя заряда.
Повторяемость:
Оба датчика могут быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечить превосходную повторяемость или согласование результатов последовательных измерений.
Линейность:
Тензометрические датчики имеют меньшую ошибку линейности по сравнению с пьезоэлектрическими датчиками.
Чувствительность:
Скорость изменения выходного сигнала при изменении желаемого входного сигнала. Чувствительность пьезоэлектрического датчика зависит от используемого материала и его геометрии; он измеряется в пико-кулонах на ньютон (pC/N). Чувствительность тензометрического преобразователя зависит от напряжения возбуждения и значения номинальной емкости; он измеряется в милливольтах на вольт (мВ/В).
Заключение
Как тензодатчики, так и пьезоэлектрические преобразователи силы имеют неоспоримое значение для многих приложений измерения силы. Выбор между ними зависит от требований приложения. В спецификациях производителей указаны входные и выходные характеристики преобразователя, используемые при выборе конструкции.
Пьезоэлектрические датчики обеспечивают отличные динамические измерения, особенно там, где требуется компактный размер.