Тензодатчики: принцип работы приборов и их виды

4) Проверка тензодатчика в нагруженном состоянии.

Для данного теста тензодатчик должен быть подключен к весовому индикатору или к прибору со стабильным источником питания от 5Vдо 12V. С помощью милливольтметра, подключенного к выходу тензодатчика, нагружают датчик и фиксируют показания выходного сигнала, при снятии нагрузки показания выходного сигнала должны вернуться к исходным. При проведении данного теста необходимо проводить несколько циклов нагружения-разгружения тензодатчика различным весом, но не менее 50% от НПВ датчика. Также необходимо удержание веса не менее 30 мин. в каждом из циклов и анализ изменения показаний в течении данного периода времени. В случае если при проведении теста показания будут отличаться от значения постоянно прикладываемой нагрузки, а также не будут возвращаться к исходным значениям, можно судить о нарушении контакта в клеевом слое между тензорезисторами и упругим элементом. Такой тензодатчик требует замены.

Принцип работы тензодатчиков

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

Тензодатчики – это устройства, которые могут преобразовать механическую деформацию тела в электрический сигнал, который позволяет определить уровень растяжения и сжатия конкретного предмета. Он является резистивным преобразователем и считается одним из главнейших составляющих высокоточного оборудования.

Устройство изготовлено из чувствительного тензорезистора, который производится из тензоматериалов. Чаще всего это фольга или алюминиевая проволока с небольшим сечением. тензодатчик шайбового типа

Бывают самые разные датчики, которые могут использоваться в любых отраслях: атомной, фармацевтической, металлургической и прочих. Виды тензодатчиков:Приборы для измерения нагрузки и силы (динамометры);Измерители давления;Тензодатчики крутящего момента для автомобильных и станочных двигателей.

Тензорезисторы классифицируются не только по своей форме, но и по конструктивным особенностям. Конструкция прибора зависит от типа чувствительного элемента. Для контроля деформации используются следующие типы тензорезисторов:Фольговые;Пленочные;Проволочные.

Пленочные являются аналогом фольговых, за исключением материала, из которого изготовлены. Производители изготавливают такие модели из тензочувствительных пленок с особым напылением, которое увеличивает чувствительность системы. Такие измерительные узлы удобно использовать при необходимости измерить динамические нагрузки. Производство пленок выполняется из таких материалов, как титан, висмут, германий.Проволочные способны измерить нагрузку от нескольких сотых грамма до целых тонн (скажем, весовой бункер и прочие). Их называют одноточечные, т. к в отличие от пленочных и фольговых моделей, они измеряют в одной точке, а не площади. Такая конструкция позволяет использовать проволочные тензодатчики для измерения деформации сжатия и растяжения.проволочная модель

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

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

Принцип установки весовых тензодатчиков наглядно демонстрируют модули, которые обычно используют при изготовлении электронных или цифровых весов. В них установлены специальные модули, которые соединены с рабочей поверхностью весов.

Этот измерительный модуль обладает чрезвычайно высокой точностью взвешивания и защищает тензодатчик от повреждений

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

Разработка сайта Sigmasoft

2020 Тензодатчики веса | Датчики силы, крутящего момента, давдения, премещения | Тензорезисторы | Промышленные контроллеры НВМ

Грузоприемная платформа

Методов диагностики корректной работы грузоприёмной платформы автовесов несколько

Для автомобильных весов применяется сборная грузовая платформа. Ее габариты полностью зависят от того, какой тип техники будет взвешиваться. По своей конструкции грузоприемные платформы делятся на цельнометаллические и комбинированные с бетонным наполнителем. Во время осмотра поверхности нужно контролировать наличие коррозии платформенных элементов из металла, сгибы и трещины на них. Если производить взвешивание автомобилей с укороченной колесной базой и превышением нагрузки, которая является предельной, то можно повредить весы. Происходит деформация платформы и прекращение правильного функционирования средства измерения массы.

Сколько весят легковые автомобили (таблица)

  1. Таблица веса автомобилей
  2. Интересное видео про вес

В наше время мало кого интересует такая характеристика автомобиля как его вес, а если и интересует, то в последнюю очередь. Обывателю куда важнее знать его аппетит, скорость, стоимость и другие показатели. Хотя, по большому счету, вес автомобиля фактически влияет на все остальные его показатели.

Например, чем тяжелее машина, тем более мощный двигатель в нее необходимо установить для того, чтобы она могла развивать необходимую скорость, разгоняться до 100 км за считанные секунды. Это же можно сказать и о потреблении топлива — чем тяжелее транспортное средство, тем большее количество бензина, или дизельного топлива ему понадобиться для движения.

Курсовая устойчивость автомобиля и управляемость тоже напрямую связаны с его весом. Пик популярности больших, тяжелых автомобилей, за рубежом пришелся на 50-60 года прошлого века. Тогда автопром выпускал поистине исполинские машины. Например, Кадиллак Эльдорадо модификации 8.2, весил без малого 3 тонны. Согласитесь, что для такого веса и довеска нужна соответствующая.

Но по прошествии времени стало ясно, что для дальнейшего развития и совершенствования наиболее важных характеристик автомобиля, необходимо прибегать к снижению его общего веса.

И если сравнивать середину прошлого века и сегодняшний день, то автомобили потеряли половину, а то и больше собственного веса. Пластмасса, углепластики, легкие металлы — все эти новшества позволили сделать вес легкового автомобиля значительно ниже.

Конечно, для любителей всего большого и тяжелого выпускаются автомобили похожие на пароходы, которые пьют бензин ведрами, но это скорее исключение из правил.

Вес автомобилей, таблица

Представляем вашему вниманию таблицу, в которой указан вес автомобиля по маркам.

Марка Модель Вес снаряженного автомобиля (кг.)

Ока 1111 635
1113 645
ВАЗ 2101 955
2102 1010
2103 965
2104, 2110 1020
2105 1060
2106 1045
2107 1049
2108 945
2109 915
2111 1055
2112 1040
2113 975
2114 985
2115 1000
2116 1276
2117, 18, 19,20 1080
Нива 2121 1150
Газель 3302 1850
33023 2050
33027, 330202 2100
330273 2300
2705 2000
2057 2220
330232 2170
Соболь 2752 1880
2217, 22171 2130
Шевроле (Chevrolet) Круз (cruze) 1285-1315
Нива (niva) 1410
ГАЗ (волга) 24, 2401 1420
2402, 2403,2404 1550
2407 1560
ГАЗ (грузовой) 53 3250
66 3440
69 (8 мест) 1525
69А (5 мест) 1535
ЗИЛ 130 4300
131 6790
157КД 5050
433360 4475
431410 4175
431510 4550
МАЗ 5551 7470
53366 8200
Урал 375 7700-8000
377 6830-7275
4320 9750
5557 9980
москвич 412 1045
2140 1080
2141 1055
2335, 407, 408 990
УАЗ 3962, 452 (буханка) 1825
469 1650
Патриот (patriot) 2070
Хантер (hunter) 1815
Ниссан (nissan) х трейл (x-trail) 1410-1690
Кашкай (qashqai) 1297-1568
Жук (Juke) 1162
Форд (ford) Фокус (focus) 965-1007
Фокус 2 (focus 2) 1345
Фокус 3 (focus 3) 1461-1484
Куга (kuga) 1608-1655
Эскорт (escort) 890-965
Рено (renault) Логан (logan) 957-1165
Дастер (duster) 1340-1450
Сандеро (sandero) 941
Опель (opel) Мокка (mokka) 1329-1484
Астра (astra) 950-1105
Мазда (mazda) 3 1245-1306
cx-5 2035
6 1245-1565
Фольксваген (volkswagen) Туарег (tuareg) 2165-2577
Поло (polo) 1173
Пассат (passat) 1260-1747
Toyota (тойтота) Камри (camry) 1312-1610
Королла (corolla) 1215-1435
Селика (celica) 1000-1468
Ленд Крузер (land cruiser) 1896-2715
Шкода (scoda) Октавия (octavia) 1210-1430
Фабия (fabia) 1015-1220
Йети (yeti) 1505-1520
Киа (kia) Спортейдж (sportage) 1418-1670
Сид (ceed) 1163-1385
Пиканто (picanto) 829-984

Устройство и принцип действия

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

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

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

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

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

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

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

Сферы применения

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

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

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

Часто применяемые условия для использования тензодатчиков перечислены далее.

Измерение веса

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

Измерение давления

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

Определение ускорения

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

Контроль перемещения

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

Какие применяются тензометрические датчики

Больше всего распространены типы тензометрических датчиков с изменением активного сопротивления при механическом воздействии — тензорезисторы. Проволочные тензорезисторы Наиболее простым примером является прямолинейный отрезок тонкой проволоки, который крепят на исследуемой детали. Его сопротивление составляет: r = pL/s, где p — удельное сопротивление, L — длина, s — площадь сечения. Вместе с деталью упруго деформируется наклеенная проволока. При этом меняются ее геометрические размеры.

При сжатии поперечное сечение проводника увеличивается, а при растяжении — уменьшается. Поэтому изменение сопротивления меняет знак в зависимости от направления деформации. Характеристика является линейной. Низкая чувствительность тензорезистора привела к необходимости увеличения длины проволоки на небольшом участке измерения. Для этого его делают в виде спирали ( решетки) из проволоки, оклеенной с обеих сторон пластинками изоляции из пленки лака или бумаги.

Для подключения к электрической цепи устройство снабжено двумя медными выводными проводниками. Они привариваются или припаиваются к концам проволочной спирали и достаточно прочны, чтобы подключиться к электрической схеме. Тензорезистор крепится на упругом элементе или исследуемой детали с помощью клея.

Проволочные тензодатчики имеют следующие достоинства:

  • простота конструкции;
  • линейная зависимость от деформации;
  • небольшие размеры;
  • малая цена.

К недостаткам относятся низкая чувствительность, влияние температуры среды, потребность в защите от влаги, применение только в области упругих деформаций. Проволока будет деформироваться в том случае, когда сила сцепления с ней клея значительно превосходит усилия, требуемые для ее растяжения. Отношение поверхности склеивания к площади поперечного сечения должно быть 160 к 200, что соответствует ее диаметру 0,02—0,025 мм. Допускается его увеличение до 0,05 мм. Тогда при нормальной работе тензорезистора клеевой слой не разрушится. Кроме того, датчик хорошо работает на сжатие, поскольку нити из проволоки составляют одно целое с пленкой клея и деталью.

Тензодатчики из фольги

Параметры и принцип действия фольгового тензодатчика те же самые, что и у проволочных. Только материалом является фольга из нихрома, константана или титан-алюминия. Технология изготовления методом фотолитографии позволяет получить сложную конфигурацию решетки и автоматизировать процесс.

По сравнению с проволочными, фольговые тензометрические датчики более чувствительны, пропускают больший ток, лучше передают деформацию, имеют более прочные выводы и сложней рисунок.

Полупроводниковые тензодатчики

Чувствительность датчиков приблизительно в 100 раз выше проволочных, что позволяет часто применять их без усилителей. Недостатками являются хрупкость, большая зависимость от окружающей температуры и значительный разброс параметров.

Калибровка тензодатчика:

Процесс калибровки показан в видео:

Код из видео для калибровки:

Код для калибровки

/* Setup your scale and start the sketch WITHOUT a weight on the scale Once readings are displayed place the weight on the scale Press +/- or a/z to adjust the calibration_factor until the output readings match the known weight Arduino pin 6 -> HX711 CLK Arduino pin 5 -> HX711 DOUT Arduino pin 5V -> HX711 VCC Arduino pin GND -> HX711 GND */ #include «HX711.h» HX711 scale(A1, A0); // DT, CLK float calibration_factor = -3.7; // this calibration factor is adjusted according to my load cell float units; float ounces; void setup() { Serial

.begin(9600);Serial .println(«HX711 calibration sketch»);Serial .println(«Remove all weight from scale»);Serial .println(«After readings begin, place known weight on scale»);Serial .println(«Press + or a to increase calibration factor»);Serial .println(«Press — or z to decrease calibration factor»); scale.set_scale(); scale.tare(); //Reset the scale to 0 long zero_factor = scale.read_average(); //Get a baseline readingSerial .print(«Zero factor: «); //This can be used to remove the need to tare the scale. Useful in permanent scale projects.Serial .println(zero_factor); } void loop() { scale.set_scale(calibration_factor); //Adjust to this calibration factorSerial .print(«Reading: «); units = scale.get_units(), 10; if (units < 0) { units = 0.00; } ounces = units * 0.035274;Serial .print(ounces);Serial .print(» grams»);Serial .print(» calibration_factor: «);Serial .print(calibration_factor);Serial .println(); if(Serial .available()) { char temp =Serial .read(); if(temp == ‘+’ || temp == ‘a’) calibration_factor += 1; else if(temp == ‘-‘ || temp == ‘z’) calibration_factor -= 1; } }

Код для весов

#include «HX711.h» HX711 scale(A1, A0); float calibration_factor = -3.7; // калибровка! float units; float ounces; void setup() { Serial

.begin(9600); scale.set_scale(); scale.tare(); //Сбрасываем на 0 scale.set_scale(calibration_factor); //Применяем калибровку } void loop() {Serial .print(«Reading: «); for(int i = 0;i < 10; i ++) units =+ scale.get_units(), 10; // усредняем показания считав 10 раз units / 10; // делим на 10 ounces = units * 0.035274; // переводим унции в граммыSerial .print(ounces); // отправляем в монитор портаSerial .print(» grams»);Serial .println(); }

В коде изменена единица веса, значение в мониторе порта в граммах, а не в унциях.

Как подключить

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

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

Будет интересно Применение тензометра: тензометрирование конструкций, принцип действия и устройство

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

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

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

Схемы подключения

На практике применяются различные способы подключения тензодатчика в общую цепь. Наиболее простой вариант – схема четырехпроводного подключения, которая приведена на рисунке 6 ниже:

В данном случае схема подключения подразумевает строгое соблюдение цветовой маркировки проводов: красного и белого для подачи напряжения питания, а черного и зеленого для съема получаемого сигнала. Пятый провод используется для заземления корпуса оборудования, в некоторых моделях используется экран для устранения помех. Такой вариант применяется для силовых датчиков, слаботочного оборудования, устанавливаемого непосредственно в месте измерения и фиксации результата. На практике может реализоваться следующим образом:

Когда весоизмерительный блок удален от контрольного блока, используется шестипроводная схема для исключения влияния омического сопротивления проводов питания на результат измерений.

Выводы + E и – E применяются для подачи напряжения питания на тензодатчик. С клемм + Sen и – Sen снимается падение напряжения на проводах, которое затем вычитается из результирующего сигнала. Контакты + S и – S используются для съема показаний, функция вычитания реализуется следующим образом:

Схемы подключения

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

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

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

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

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

* принцип действия;

1.1. Оптические

1.1.1. Оптические датчики давления могут быть построены на двух принципах измерения: волоконно-оптическом и оптоэлектронном. 1.1.1.1. Волоконно-оптические Волоконно-оптические датчики давления являются наиболее точными и их работа не сильно зависит от колебания температуры. Чувствительным элементом является оптический волновод. Об измеряемой величине давления в таких приборах обычно судят по изменению амплитуды и поляризации проходящего через чувствительный элемент света.

1.1.1.2. Оптоэлектронные Датчики этого типа состоят из многослойных прозрачных структур. Через эту структуру пропускают свет. Один из прозрачных слоев может изменять свои параметры в зависимости от давления среды. Есть 2 параметра, которые могут изменяться: первый это показатель преломления, второй это толщина слоя.

1.2. Магнитные

1.2.1. Другое название таких датчиков — индуктивные. Чувствительная часть таких датчиков состоит их Е-образной пластины, в центре которой находится катушка, и проводящей мембраны чувствительной к давлению. Мембрана располагается на небольшом расстоянии от края пластины. При подключении катушки, создается магнитный поток, который проходит через пластину, воздушный зазор и мембрану. Магнитная проницаемость зазора примерно в тысячу раз меньше магнитной проницаемости пластины и мембраны. Поэтому, даже небольшое изменение величины зазора влечет за собой заметное изменение индуктивности.

1.3. Емкостные

1.3.1. Имеет одну из наиболее простых конструкций. Состоит из двух плоских электродов и зазора между ними. Один из этих электродов представляет собой мембрану на которую давит измеряемое давление, вследствие, чего изменяется величина зазора. То есть, по сути, этот тип датчиков представляет собой конденсатор с изменяющейся величиной зазора. А как известно емкость конденсатора зависит от величины зазора. Емкостные датчики способны фиксировать очень маленькие изменения давления.

1.4. Ртутные

1.4.1. Тоже очень простой измерительный прибор. Работает по принципу сообщающихся сосудов. На один из этих сосудов давить измеряемое давление. Давление определяется по величине ртутного столба.

1.5. Пьезоэлектрические

1.5.1. Чувствительным элементом датчиков этого типа является пьезоэлемент — материал, выделяющий эклектический сигнал при деформации (прямой пьезоэффект). Пьезоэлемент находится в измеряемой среде, он будет выделять ток пропорциональный величине изменения давления. Так как электрический сигнал в пьезоматериале выделяется только при деформировании, а при постоянном давлении деформирование не происходит, то этот датчик пригоден только для измерения быстро меняющегося давления.

1.6. Пьезорезонансные

1.6.1. Этот тип тоже использует пьезоэффект, только в отличие от прошлого типа тут используется обратный пьезоэффект — изменение формы пьезоматериала в зависимости от подаваемого тока. В датчиках данного типа используется резонатор (например пластина) из пьезоматериала, на которую нанесены с двух сторон электроды. На электроды по переменно подается напряжение разного знака, таким образом пластина изгибается то в одну то в другую сторону с частотой подаваемого напряжения. Но если на эту пластину подать силу, например мембраной чувствительной к давлению, то частота колебания резонатора изменится. Частота резонатора и будет показывать величину, с которой давление давит на мембрану, а она в свою очередь давит на резонатор.

1.7. Резистивные

1.7.1. По-другому этот тип датчиков называет тензорезистивный. Тензорезистор — это элемент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от деформирования. Эти тензоризисторы устанавливают на мембрану чувствительную к изменению давления. В итоге, при давлении на мембрану она изгибается и изгибает тензоризисторы, закрепленные на ней. Вследствие чего, сопротивление на них меняется и меняется величина тока в цепи.

Определяем маркировку проводов для измерительного датчика весов

Применяем теорию на практике. В качестве образца рассмотрим датчик с весов CAS DB H, у которого нам надо определить назначения контактов с датчика, а именно входные/выходные цепи.

Для справки. Весы CAS DB H со старым АЦП, дисплей люминесцентный с накалом. Напряжение питания может отличаться от весов с черным АЦП.

Провода имеют цветовую маркировку и их 5 – черный, синий, зеленый, красный, белый. Черный откидываем сразу, он ни с чем не звонится – это экран. Будем отталкиваться от того факта, что большинство датчиков имеют выходное сопротивление измерительного моста кратным 350 Ом, а сами датчики подключены по мостовой схеме. Измеряем сопротивления между всеми выводами, получаем 6 значений:

  1. красный-белый 422 Ом
  2. синий-зеленый 350 Ом
  3. синий-красный 335 Ом
  4. зеленый-красный 335 Ом
  5. синий-белый 261 Ом
  6. зеленый-белый 261 Ом

Способ №1: классический

Более быстрый, но дающий результат, в случае если датчик имеет выходное сопротивление измерительного моста кратное 350 Ом.

Как можно увидеть синий и зеленый провод являются контактами выходного сопротивления измерительного моста, так как сопротивление между ними кратно 350 Ом. Соответственно оставшиеся два контакта красный и белый — это контакты питания датчика.


Рис. Определяем входные и выходные цепи датчика с весов CAS DB H.

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

Способ №2: альтернативный

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

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

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

Физические принципы тензометрии

Метод тензометрии – это способ определения напряжённого состояния какой-либо конструкции при возникновении локальных деформаций. Методика измерений позволяет выявить слабые места конструкции, находящейся в напряжённо-деформированном состоянии. Существует несколько способов измерения деформаций:

  • оптический;
  • пневматический;
  • акустический;
  • электрический;
  • рентгеновский.

Оптический

Оптоволоконные датчики приклеивают к массиву. С помощью оптоволоконной нити, в которой сформирована брегговская решётка, происходит фиксация изменения геометрии поверхности исследуемого объекта. В результате обработки полученного электронного сигнала результат отображается на экране прибора.

Важно! Деформации оптически прозрачных тел измеряют методами, основанными на эффекте двойного лучепреломления. Также величину фотоупругости нагруженного тела меряют способом вращения плоскости поляризации

Пневматический

Применяют поток сжатого воздуха в сопле, направленного на исследуемую поверхность объекта под силовым напряжением. Малейшее изменение расстояния между соплом и телом вызывает изменение давления воздушного потока, которое регистрируется специальными датчиками.

Акустический

Пьезоэлектрическими элементами отмечают изменения акустических параметров объекта. То есть происходят замеры скорости звука, акустического сопротивления и его затухания. В другом случае струнные датчики под воздействием деформаций объекта меняют частоту собственных колебаний.

Электрический

Измерения деформаций фиксируются тензодатчиками. Они отражают изменения электрического сопротивления нагружаемого объекта. Измерительные элементы называют тензорезистивными датчиками.

Рентгеновский

В материалах, подвергающихся силовым воздействиям, меняются расстояния между атомами в кристаллической решётке исследуемого тела. Для фиксации динамики этих процессов применяют рентгеноструктурный метод.

Тензорезистивный метод

В основу этого самого популярного метода положен принцип измерения динамического изменения удельного электрического сопротивления испытуемой детали под нагрузкой. В качестве измерителей применяются полупроводниковые тензометрические датчики. Металлический датчик, улавливая колебания электрического сопротивления детали, сам меняет величину собственного сопротивления. Изменение характеристики тока, проходящего через датчик, отражает тензометр на своём интерфейсе.

Типы датчиков веса

Использование оборудования с различными типами датчиков веса обусловлено необходимостью разной точности взвешивания для производств, а также условий технического процесса. Самыми распространёнными являются датчики с электромагнитной компенсацией силы и тензометрические.

Датчики с электромагнитной компенсацией силы (EMFR – Electromagnetic Force Restoration) позволяют добиться наилучшего разрешения, линейности, достоверности результатов, а также повторяемости. Принцип действия такого датчика заключается в следующем: вес груза компенсируется силой, создаваемой механизмом датчика. Ток, подаваемый в обмотку электромагнита, прямо пропорционален нагрузке, прикладываемой к датчику.

Тензомерические датчики (SG – Stain Gauge) могут быть с цифровым или аналоговым выходом. Это более экономичные датчики со стабильными характеристиками, но обеспечивающие меньшую точность измерений. Они используются в промышленных, торговых и автомобильных весах и обладают высокой прочностью. Такой датчик состоит из упруго деформируемого элемента, к которому прикреплены плёночные резисторы. В результате приложенной силы, сопротивление таких резисторов меняется пропорционально нагрузке.

Не существует лучших или худших датчиков, которые подходят для любой области применения. Для каждого рабочего места к весам предъявляются свои уникальные требования в зависимости от необходимых точности, устойчивости к внешним факторам, бюджета. В таблице ниже приведены результаты сравнения датчиков описанных выше типов.