Содержание

устройство, принцип работы, схема подключения

Для измерения давления и веса на производстве и в бытовой электронике используются тензометрические датчики. Это устройства, основная задача которых преобразовать механическое воздействие в электрический сигнал. В этой статье мы рассмотрим, что такое тензодатчик, какой у него принцип работы и схема подключения.

Виды и сфера применения

Для начала разберемся в принципе действия тензометрических датчиков. При воздействии на тело внешних сил оно деформируется, противодействует приложенной силе. За счёт деформаций корпуса датчика происходит воздействие на измерительный элемент тензодатчика. В результате устройство выдаёт электрический сигнал, считывая который система обработки выдаёт результат измерений. Но для чего нужен такой тип устройств?

Тензометрические датчики используются для:

  • Измерения веса. При этом в зависимости от конструкции измерительного узла могут использоваться на сжатие или на растяжение. Соответственно их назначение – измерение веса на платформах (например, весы в магазинах) или на подвесе (краны и прочее).
  • Измерения давления. Например, в трубопроводах газов и жидких веществ.
  • Измерения крутящего момента (на двигателях автомобилей или станков).
  • Определения ускорения.
  • Контроля перемещения.

По типу измерительного элемента и принципа работы тензодатчики делятся на:

  • Тензорезистивные.
  • Пьезоэлектрические.
  • Оптико-поляризационные.
  • Волоконно-оптические.
  • Пьезорезистивные.

Конструктивные особенности тензодатчика определяет то где он применяется, ведь конструкция определяет наличие монтажных отверстий и векторов возможного приложения сил, соответственно и самого процесса измерения. По форме также тензометрические датчики бывают разных типов:

  1. Консольные. Назначение таких устройств – измерение количества веществ в дозаторах, конвейерных, платформенных, бункерных и напольных весах.
  2. Цилиндрические. Применяются для взвешивания вагонов, автомобилей, баков и емкостей – там, где нужно измерять большие веса.
  3. S-образные, срабатывают на растяжение, подходят для измерения веса, поднимаемого краном и в других подобных конструкциях.

На практике тензометрические датчики могут производиться в совершенно разнообразном исполнении.

Устройство и принцип действия

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

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

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

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

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

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

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

Схема подключения

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

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

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

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

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

Материалы по теме:

samelectrik.ru

назначение устройства, разновидности, принцип работы

Ни одно промышленное предприятие не обходится без устройства для измерения точного веса и силы растяжения различных деталей и металлоконструкций. Тензометрические датчики веса и давления преобразовывают величину деформации в наиболее подходящий для замера сигнал. В основном сигнал бывает электрический. Поэтому производители, изготовив металлические изделия, проверяют их максимальную степень сжатия и растяжения.

Назначение устройства

Приборы для вычисления деформации изготавливаются из тензорезисторов и тензоматериалов, которые имеют наивысшую чувствительность. Основная деталь устройства — алюминиевый провод мелкого диаметра. Иногда производители датчиков делают проволоку из фольги. Принцип действия всех весовых аппаратов практически одинаковый: в процессе работы резисторы начинают реагировать на колебания сжатия и растяжения, вследствие чего сигнал передается на контакты.

Существуют датчики, предназначающиеся для разных отраслей: металлургических, фармацевтических и атомных.

Разновидности тензодатчиков:

  • измеряющие нагрузки;
  • модели, контролирующие перемещение;
  • динамометры — устройства для замера силы и веса;
  • приборы для точной фиксации скорости;
  • тензометрические датчики, используемые для станочных и автомобильных моторов.

Среди всех аппаратов чаще всего применяется датчик для замера веса. Существуют такие типы устройств: консольные, S-образные, шайбовые и бочковые. Балочными моделями пользуются довольно редко. Выбор типа приспособления зависит от сферы применения.

Конструктивные особенности

Устройства разделяются как по типу формы, так и по типу конструкции. Для вычисления точной деформации тензометрический датчик должен иметь предельно чувствительные элементы.

Их контакты делятся на следующие типы:

  • проволочные;
  • фольговые;
  • пленочные.

Тензодатчик с фольговыми элементами применяется путем наклеивания. Система представляет собой полосу из фольги толщиной 12 мкм, но бывает и тоньше. Один участок ленты имеет решетчатую форму, а второй — плотную пленку. Это позволяет разместить на материале дополнительные контакты, что делает систему очень удобной в эксплуатации. Устройство способно переносить экстремально низкие температуры.

Аналогом фольговых являются пленочные модели. Единственное отличие между ними — материал для изготовления. Пленочные датчики производят из тензочувствительной пленки, поверхность которой имеет особое напыление, увеличивающее чувствительность устройства. С их помощью измеряют точные динамические нагрузки. Пленки делаются из германия, титана и висмута.

Для измерения нагрузок от 100 грамм до тонн применяются проволочные приспособления. Пленочные и фольговые модели способны измерять нагрузки по всей площади, а проволочные датчики вычисляют давление только в одной точке. Одноточечные тензодатчики часто используют для замера деформации на растяжение и сжатие.

Прибор в действии

Основу устройства составляет тензорезистор, оснащенный контактами, прикрепленными на верхнюю часть панели. В процессе измерения происходит соприкосновение контактов с объектом. Все тензометрические датчики основываются на единой технологии измерения деформации путем взаимодействия чувствительных элементов с определенной деталью.

Датчик подключается к сети за счет электрических отводов, которые также прикрепляются к чувствительной пластинке, после чего контактные детали начинают действовать под постоянным напряжением. Принцип работы тензодатчика простой: измеряемая конструкция укладывается на специальную подложку, вес которой начинает разрываться цепью и происходит механическая деформация, а контрольные контакты преобразовывают полученное растяжение или сжатие в электрический сигнал.

Предназначение измерительного моста

Тензодатчик оснащен измерительным мостом, позволяющим сделать замер наименьшей нагрузки. Таким образом прибор способен вычислить любой вес и силу. Мостовая система сделана на основе закона Ома: если сопротивление имеет одно значение, то проходящее напряжение через резисторы покажет точно такое же значение. То есть в процессе задействованы 2 фактора: внешний и внутренний. Первый фактор воздействует на тело предмета, а внутренний преобразовывает значение в сигнал.

Бытовыми тензодатчиками являются цифровые и электронные устройства для измерения веса. Они имеют контакты, которые подсоединены к металлическому листу. При укладке предметов на рабочую поверхность весов начинают действовать контакты, передающие значение на тензорезисторы, а затем на циферблат. Устройства могут подключаться к сети или работать за счет батареек.

Например, преобразователь сигналов Z-SG анализирует информацию с высокой точностью. Отклонение от нормы полученных данных составляет 0,02%. Это довольно высокий показатель точности, но есть приборы, показывающие более точную информацию. Такие тензорезисторные датчики оснащены контактами, которые тоже являются передатчиком преобразованного электронного сигнала, полученного путем измерения силы и веса детали.

Преимущества и недостатки

Есть один недостаток — это незначительная потеря чувствительности датчика в процессе работы при очень колеблющихся экстремальных температурах. Желательно, чтобы температура была устойчивой, а влажность не превышала 30%. Тогда прибор покажет более точные данные. Из плюсов можно выделить следующее:

  • приспособления имеют компактные габариты, а это позволяет их эксплуатировать в любых местах;
  • датчики способны измерять динамические и статические напряжения, что делает систему удобной для работы в разных условиях;
  • тензодатчики могут измерять деформацию детали с минимальной погрешностью.

Устройства просто незаменимы во всех отраслях. Они помогают получить данные быстро и с высокой точностью.

Схема подключения

Грамотно подключить датчик не составит труда, если воспользоваться схемой. Перед покупкой приспособления нужно определиться с длиной провода

, потому что правильно удлинить кабель будет сложно. Зачастую после этого точность данных сбивается. Решить эту проблему можно контролером se 01 тензодатчика, являющимся модулем-усилителем. Его надо вмонтировать в само устройство.

В весах могут быть 2 и более индикатора. Они должны подключаться соединительными коробками параллельно. Если аппарат работает от сети, то его нужно заземлить. Провода заземляются в общую точку при помощи разветвлительной коробки. После подключения производится визуальный осмотр на правильность соединения элементов датчика. Также проверяется заземление и все контакты.

Если преобразователь чрезмерно перегрузить работой, то он может выйти из строя. В таком случае не рекомендуется проводить самостоятельные ремонтные работы. Придется нести приспособление в специализированную мастерскую.

Среди всех моделей большим спросом пользуются: ДСТ, НСК К-Б-12А, Кели, Utilcell, Zemic, Ацп и НВМ. Они отличаются друг от друга техническими характеристиками, следовательно, покупая датчик, нужно внимательно изучить все параметры.

220v.guru

Тензометрические датчики (Тензодатчики). Виды и работа. Устройство

На многих предприятиях существует необходимость для измерения различных параметров, изменения состояния деталей, различных конструкций. Для решения этих задач используются тензометрические датчики. Они преобразовывают величину деформации в электрический сигнал. Это получается за счет уменьшения или увеличения сопротивления датчика во время деформации, нарушения геометрии формы датчика от сжатия или растяжения. В результате определяется значение деформации.

Резистивный преобразователь, является главной составной частью высокоточных устройств и приборов. Изготавливают датчик из чувствительного тензорезистора, представляющего собой тонкую алюминиевую проволоку или фольгу. Резистор в результате деформации изменяет свое сопротивление, подает сигнал на индикатор.

Виды

В разных отраслях промышленности используется множество видов тензометрических датчиков.

  • Приборы, измеряющие силу и нагрузку.
  • Контроль давления.
  • Измерители ускорения.
  • Измерители перемещения.
  • Датчики контроля момента для станков, моторов автомобилей.

Модели датчиков разнообразны, но чаще всего используется датчик определения веса, который изготавливается в различных вариантах: шайбовый, бочковой, S-образный. Исходя из назначения подбирается необходимое исполнение.

Тензометрические датчики имеют классификацию, как по форме, так и по особенностям конструкции, которая зависит от вида чувствительного элемента.

Применяются следующие виды датчиков:

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

Применяется в виде наклеивания на поверхность. Конструкция датчика состоит из фольговой ленты 12 мкм. Частично пленка плотная, остальная часть решетчатая. Эта конструкция отличительна тем, что к ней можно припаять вспомогательные контакты. Такие датчики легко используются при низких температурах.

Пленочные датчики

изготовлены по аналогии с фольговыми, кроме материала. Такие виды производятся из тензочувствительных пленок, имеющих специальное напыление, повышающее чувствительность датчика. Эти измерители удобно применять для контроля динамической нагрузки. Пленки изготавливаются из германия, висмута, титана.

Проволочный вариант

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

Принцип действия тензодатчиков

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

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

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

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

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

Принцип действия датчиков силы

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

Работа основывается на изменении деформации в сигнал. В действии происходит много разных явлений, которые обусловили несколько типов тензодатчиков:

  • Тактильные.
  • Резистивные.
  • Пьезорезонансные.
  • Пьезоэлектрические.
  • Магнитные.
  • Емкостные.
Тактильные датчики

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

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

Резистивный тензодатчик

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


1 — Подложка
2 — Чувствительный элемент
3 — Контакты

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

Пьезорезонансный тензодатчик

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

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

Пьезоэлектрические тензометрические датчики

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

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

Такие тензометрические датчики используются для контроля динамических сил.

Магнитные тензометрические датчики

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

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

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

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

Емкостные датчики

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

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

Обычно применяют вариант со сжатием диэлектрика между пластинами.

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

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

Подключение тензодатчиков

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

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

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

Похожие темы:

 

electrosam.ru

Принцип работы тензодатчика

Тензодатчиком называется датчик, преобразующий измеряе­мую деформацию твердых тел в электрический сигнал. Рассмотрим принцип действия и устройство тензодатчика сопротив­ления, преобразующего деформацию (растяжение или сжатие) в изменение электрического сопротивления проводников или полу­проводников.

Двухопорные тензодатчики: с цилиндрическими опорами и с плоскими опорами.

Изменение сопротивления проводника тензодатчика при действии деформации объясняется 2-мя причинами: изменением гео­метрических размеров (длины, диаметра проволоки) и измене­нием удельного сопротивления материала тензодатчика.

Работа тензодатчика характеризуется коэффициентом тензочувствительности (S), который равен частному от деления относи­тельного изменения сопротивления тензодатчика на его относи­тельную деформацию:

где L и R — соответственно длина и сопротивление датчика при отсутствии механического напряжения;

?L и ?R — соответственно изменение длины и сопротивления в результате воздействия внешнего деформирую­щего усилия.

Формула может быть представлена в виде:

Коэффициент тензочувствительности является безразмерной величиной и может быть как положительным (для материалов, у которых сопротивление при растяжении увеличивается), так и отрицательным (для материалов, у которых сопротивление при растяжении уменьшается). Для различных металлов значение S колеблется от —12,6 (никель) до +6 (платино-иридий). Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах 50—1000 Ом.

Проводниковые тензодатчики делают из металлической проволоки (никель, копель, константан и др.) диаметром 0,015 - 0,05 мм. Конструктивно они выполняются ненаклеиваемыми и наклеиваемыми.

Рисунок 1. Конструктивная схема исполнения ненаклеиваемого тензодатчика.

На рис. 1 приведено конструктивное исполнение ненаклеиваемого тензодатчика. Чувствительным элементом в нем являет­ся круглая проволока.

 

Наклеиваемый тензодатчик представляет собой тонкую про­волочку, сложенную в виде решетки (рис. 2) и обклеенную с обеих сторон изоляционными пластинками из папиросной бумаги, пленки лака или клея.

Для определения растяжения или сжатия пластинка прочно наклеивается на поверхность детали при помощи специального клея (например, БФ-2, БФ-4, бакелитового клея и др.), тензодатчики воспринимают деформации наружного во­локна детали и реагируют на растяжение и сжатие. В случае pacтяжения сопротивление проволочки тензодатчика увеличивается, а при сжатии - уменьшается.

Проволочные датчики имеют малый вес и габариты, практически безынер­ционны и потому могут измерять быстро меняющиеся деформации.

Рисунок 2. Конструктивная схема наклеиваемого тензодатчика.

Проволочные тензодатчики можно размещать в труднодоступных местах, они просты по конструкции и дешевы. Все перечислен­ные достоинства тензодатчиков вызвали их широкое распространение.

К недостаткам проволочных тензо­датчиков следует отнести малую вели­чину относительного изменения сопро­тивления и, следовательно, малую чувствительность. В связи с этим при использовании тензодатчиков следует применять измерительные схемы высо­кой чувствительности и сложности.

Проволочные тензодатчики применя­ют при измерении деформаций в деталях механизмов в качестве главных элементов датчиков усилий, веса, давления, крутящего момента и т. п.

Тензодатчик является составной частью электрического тензо­метра — прибора для измерения в твердых телах деформаций, возникающих под воздействием нагрузок.

Для измерения дефор­маций датчики включаются в мостовые или потенциометрические схемы. Тензодатчики позволяют измерять как статические, так и динамические деформации.

При необходимости регистрации сложных деформаций применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты; регистрация при этом производит­ся, например, на осциллографе, что делает установку значительно сложнее.

Поделитесь полезной статьей:

Top

fazaa.ru

описание, инструкция и принцип работы

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

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

Особенности работы

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

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

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

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

Формула также может быть представлена в следующем виде:

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

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

Наклеиваемый тензодатчик

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

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

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

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

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

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

vse-elektrichestvo.ru

принцип действия механического, струнного и других видов тензометров

 О чем эта статья

Тензометры это приборы измеряющие напряжение и деформацию на локальном участке. Существует несколько видов тензометров. Среди них механический, резистивных, струнный и другие виды. О них и пойдет речь в данной статье.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Проведение измерений нутромером» или «Поверка средств измерения».

Как надежны создаваемые детали, устройства, сооружения? Как действуют на них различные внешние нагрузки? Эти вопросы волнуют конструкторов, строителей, эксплуатационников. Ответы на них можно получить с помощью тензометра.

Тензометр — это прибор, позволяющий измерить величину деформации изделия на локальном (базовом) участке. Полученная информация позволяет определять напряжения в изделии, разрабатывать более совершенные конструкции, предупреждать аварийные ситуации. Что такое деформация и какая она бывает рекомендуем прочитать в нашей статье — виды деформации твердых тел.

Тензометры используются для оптимального натяжения полотен ленточных пил, растяжек, стержневой и проволочной арматуры. В строительстве – для определения напряжений внутри железобетонных конструкций зданий, мостов, плотин, наровне с измерителями прочности бетонна. В машиностроении – для контроля наиболее ответственных деталей агрегатов, например, лопаток турбин. В текстильной промышленности – для регулирования натяжения движущейся пряжи, нитей.

Широкий круг задач и условий проведения измерений обусловил наличие тензометров, отличающихся по своему назначению и принципу действия. В работе рассмотрены два типа тензометров: механические и электрические. Последние, по принципу действия (определяется типом чувствительного элемента) подразделяются на:

  • Резистивные;
  • Струнные;
  • Емкостные;
  • Индуктивные;

 «Старейшими» тензометрами, появившимися в связи с появлением математических методов в исследовании материалов, являются механические. Поэтому рассмотрение принципа действия тензометров начнем именно с них.

Механические тензометры

Принцип работы механического тензометра базируется на прямой зависимости линейного удлинения испытуемого образца от напряжений в его поперечном сечении при действии деформирующей нагрузки.


Рис. 1.Схема механического тензометра рычажного типа.

Механический тензометр  (рис. 1) закрепляется на поверхности образца 1, опираясь на нее двумя призмами 2 и 3. Призма 2 является подвижной и расположена на расстоянии L от неподвижный призмы 3. Расстояние L является базовым. Рычажная система 4 вместе с подвижной призмой 2 воспринимает изменение размера образца при действии деформирующих сил. Она выполняет роль преобразователя незначительного изменения размера L в существенное перемещение указателя 5 по шкале 6. Коэффициент усиления определяется соотношением длин плеч рычажной системы и обычно лежит в пределах от 1000 до 12000.

Резистивный тензометр

Резистивные тензометры представляют популярную группу универсальных приборов для контроля растяжения или сжатия контролируемого изделия. В качестве чувствительного элемента в тензометрах этого типа используются тензорезисторы. Принцип действия тензорезистора базируется на изменении электрического сопротивления при деформации его вместе с изделием. Он представляет собой отрезок тонкой проволоки, уложенный змейкой на изоляционной основе. Для увеличения чувствительности в тензометрах используют по несколько тензорезисторов, включаемых по мостовой схеме.

Как и в механическом тензометре, во всех электрических тензометрах измеряется изменение базового расстояния. Тензодатчики встраиваются  в конструкцию элементов тензометра воспринимающих воздействие деформирующих сил.  Одна из конструкций тензометра, широко применяемая в строительстве и горном деле при заливке бетона, приведена на рис. 2.


Рис.2. Тензометр в исходном состоянии (а) и при действии растягивающих усилий (б).

Конструктивно тензометр состоит из мостовой схемы с тензорезисторами в ее плечах. Элементы схемы расположены внутри полого стержня 1 с базой равной расстоянию между силовоспринимающими фланцами 2 и 3 (рис. 2а) Внешние растягивающие силы внутри бетонной конструкции, воздействуя на фланцы, удлиняют стержень. Удлинение равно расстоянию перемещения фланца из положения 2 в положение 4 (рис. 2б). При этом изменяется сопротивление плеч моста и информация по кабелю 5 передается на средства обработки данных.

Струнные тензометры

Чувствительным элементом струнного тензометра служит отрезок стальной проволоки, закрепленной внутри трубки к ограничивающим  торцы крепежными блоками. Принцип работы тензометра заключается в наличии зависимости частоты колебаний проволоки (струны) от ее натяжения.

Устанавливается датчик на поверхности контролируемого изделия путем приварки шаблона, с помощью болтовых соединений или клея. Датчик является изделием многоразового использования. Съем информации с помощью кабеля.

Емкостные тензометры

В емкостных тензометрах роль чувствительного элемента выполняет конденсатор переменной емкости. Принцип работы этого вида тензометров основан на зависимости емкости конденсатора от величины зазора между его пластинами.

На рис.3 представлен один из возможных вариантов емкостного тензометра.


Рис. 3. Схема устройства емкостного тензометра.

Тензометр крепится на объекте контроля 1 посредством точечной сварки 2. Измерительный конденсатор 3 закреплен на ветвях силоизмерительной рамки 4, воспринимающей растяжение или сжатие объекта. Таким образом величина зазора однозначно связана с величиной деформирующей силы. Следует отметить, что эта зависимость носит нелинейный характер.

Индуктивные тензометры

В настоящее время выпускаются индуктивные тензометры двух видов. Первый – это тензометры с опорными призмами и регулируемой базой. Второй – с ножевыми опорами для работы с изделиями стержневого вида. В обеих чувствительным элементом служит катушка индуктивности с подвижным сердечником.

Катушка индуктивности закрепляется неподвижно на объекте. Подвижный сердечник соединен с ним через подвижную призму или нож и изменяет свое положение под воздействием деформирующей силы. Это перемещение приводит к изменению индуктивности или взаимоиндуктивности катушки. Зависимость электрических параметров катушки индуктивности от положения ее подвижного элемента положено в основу работы тензометров этого типа.

Примеры использования тензометров

На рис.4 показаны примеры использования двух типов тензометров.


Рис. 4. Тензометры в работе.

На рис.4 слева показан вариант применения механического тензометра для контроля натяжения ленточного полотна. На рис.4 справа – использование электрического тензометра для контроля несущих конструкций. Появление трещин вызывает скачкообразное увеличение показаний тензометра, что обычно предшествует разрушению материала.

Опубликована 02-03-13.


Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

www.devicesearch.ru.com

Принцип работы балочного тензодатчика

 

Балочные датчики веса являются наиболее широко используемыми типами тензодатчиков. Прочтите эту статью, чтобы узнать больше о преимуществах и свойствах этих весоизмерительных датчиков, которые используются во всем мире.

Принцип работы балочного тензодатчика

Во время измерения вес воздействует на металлический пружинный элемент весоизмерительного датчика и вызывает упругую деформацию. Эта деформация (положительная или отрицательная) с помощью тензорезистора (SG), который установлен на пружинном элементе, преобразуется в электрический сигнал. Простейшим типом тензодатчиков является балка на изгиб с наклеенным тензорезистором. Часто основные компоненты, т.е. пружинный элемент и тензорезистор, дополняются дополнительными элементы (корпус, уплотнительные элементы и т.д.), защищающими элементами тензометрических датчиков.

 

Простая балка на изгиб

Балочные тензодатчики веса наилучшим образом подходят для многих измерительных задач. Здесь сигнал, в принципе, зависит от изгибающего момента. При изменении точки приложения нагрузки в продольном направлении изгиба балки при одинаковых нагрузках, генерируются различные сигналы. По этой причине простейшая балка на изгиб редко используется в тензодатчиках, поскольку она требует специальных мер для обеспечения постоянной точки приложения нагрузки (эффект рычага).

Рисунок 1: принцип двойной балки на изгиб

 

Многосоставные балочные тензодатчики

Многосоставные балки часто используются в качестве пружинных элементов для нагрузок до 5 т. Этот тип тензодатчиков характеризуется расположением в основном двух (двойная балка на изгиб) или трех балок на изгиб. Они соединены с помощью жестких элементов со стороны зажима и ввода нагрузки. Жесткая связь обеспечивает чисто вертикальное смещение точки приложения нагрузки и S-образную деформацию двух балок. Такая система гораздо менее чувствительна к сдвигам точки приложения нагрузки, чем одиночная балка на изгиб. S-образная деформация создает положительные и отрицательные зоны напряжения на поверхности, которые близки друг к другу и значительно облегчают установку тензорезисторов. На рисунке 2 показаны различные типы двойной балки на изгиб.

Рисунок 2  Двойная балка на изгиб

 

Балочные тензодатчики веса НВМ

НВМ предлагает широкий диапазон балочных тензометрических датчиков. Они используются для взвешивания резервуаров, дозирующих установках и технологическом взвешивании. Многие из этих балочных тензодатчиков были одобрены, например, Немецким национальным метрологическим институтом (ПТБ) для интеграции в весы, которые используются для коммерческого взвешивания в торговле или потенциально взрывоопасных средах.  Z6 и HLC являются распространенными балочными тензодатчиками HBM. Различия заключаются в следующем:

 

Датчики веса Z6 / Z6R

Это распространенные цилиндрические тензодачики имеющие широкое спектр использования в различных областях. Z6 был разработан HBM в 1972 году и зарекомендовал себя как стандарт, при этом было произведено свыше миллиона датчиков во всем мире.  Весоизмерительные датчики с номинальной нагрузкой от 5 кг до 1 т применяется в платформенных и конвейерных весах для дозирования и измерения уровня, а также для использования в весовых модулях, которые, например, используются для взвешивания в резервуарах. Чувствительный измерительный элемент защищен характерным металлическим сильфоном.

Балочный тензодатчик Z6R предназначенный для коммерческого использования рассчитан на номинальную нагрузку от 20 до 200 кг, механически и электрически совместим с  датчиком веса Z6. Он был специально разработан для использования для задач с жесткими гигиеническими требованиями или в суровых условиях эксплуатации. В отличие от Z6, его конструкция не включает в себя сильфон, а имеет герметичный измерительный корпус без зазоров или краев, что особенно облегчает процесс очистки.

Тензорезисторы в датчиках веса Z6 / Z6R устанавливаются на плоской поверхности в зоне деформации (выше или ниже двух сквозных отверстий) (см. рисунок 1 или 2 [в зависимости от номинальной нагрузки]). Затем зона деформации герметично закрывается сильфоном из нержавеющей стали (Z6) или прочной трубой из нержавеющей стали (Z6R).

 Датчик веса Z6                                                         Датчик веса Z6R

 

Датчики веса HLC

Эти весоизмерительные датчики имеют кубовидную форму и рассчитаны на номинальную нагрузку от 110 кг до 10 т. Они используются для взвешивания резервуаров, дозирования и в платформенных весовых устройствах, а также в мониторинге уровня. В датчиках веса HLC тензорезисторы устанавливаются в сквозном отверстии измерительного элемента (см. Последний рисунок на рисунке 2). Эта зона герметично закрыта сварными чашками из нержавеющей стали.

Датчик веса HLC

 

Другие конструкции

Помимо балок на изгиб, существуют различные конструкции тензодатчиков. К ним относятся, например:

 

Тензодатчики на растяжение / сжатие

Тензодатчики на растяжение позволяют взвешивать подвешенные грузы, например цистерны. Типичные области применения включают измерение гравиметрического уровня или дозирование с помощью подвесных технологических резервуаров. Датчики на сжатие измеряют приложенную нагрузку, например, в автомобильных весах, в бункерах и литейном ковше или в дозаторах.

 

Консольный тензодатчик тип "балка"

Консольные тензодатчики обеспечивают отличную устойчивость в случае боковых сил. Деформация сдвига не меняются, при перемещении точки приложения нагрузки в определенном диапазоне. Однако вторичные факторы могут влиять на результат измерения.

 

Специальные конструкции, такие как датчики торсионного типа

Торсионные тензодатчики имеют небольшие размеры и поэтому могут использоваться в различных весоизмерительных задачах. Прочная конструкция датчика обеспечивает благоприятные условия монтажа и эксплуатации даже при суровых условиях окружающей среды (агрессивная среда, помехи, изменение температуры). Тензодатчики основанные на этом принципе, выдерживают более высокие поперечные (боковые) нагрузки.

 Тензодатчики на растяжение / сжатие  Консольный тензодатчик тип "балка"  Датчики торсионного типа

www.anwit.kiev.ua

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *