Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка
В современном производстве достаточно часто возникают ситуации, когда требуется проведение точных замеров уровня деформации объекта, а также его выражение в понятных численных значениях на электроприборах. Разбираться с этой задачей поручено таким устройствам, как тензометрические датчики. Сегодня они представлены на рынке в различных разновидностях, что делает поиск подходящего трудоемкой задачей, требующей хорошего знания технических моментов этих датчиков.
Назначение и классификация
Что такое тензодатчик? Тензометрические датчики были разработаны для использования в составе высокоточного измерительного оборудования. В задачи тензодатчика входит выполнение функций преобразователя для переработки физической величины измеряемого веса в электрический сигнал. Позже этот сигнал также передается на последующее преобразование, которым может заниматься весовой индикатор или процессор. Основным предметом замеров тензометрического датчика является степень деформации объекта в момент, когда его структура нарушается и перестраивается для оказания сопротивления внешней силе, что влияет на него. Датчик улавливает колебания объекта от этого процесса и преобразует их в цифровые сигналы.
Таким образом, тензометрический датчик, применим для целого спектра измерительных задач:
- Измерение веса.
- Замеры степени ускорения
- Контроль перемещения объекта.
- Замеры крутящего момента.
- Замеры давления.
Пригодность отдельно взятой модели замерочного устройства для какой-либо из перечисленных задач зависит от его архитектуры и назначения. По последним параметрам тензометрические датчики делятся на:
- S-образные датчики получили свое название из-за формы корпуса. Их принцип действия включает в себя как реакцию на сжатие объекта измерения, так и на растяжение. В большинстве приборов этот тип тензодатчиков работает именно по последнему принципу.
- Одноточечные виды в своей конструкции несут всего один датчик замер, который располагается строго по центру платформы. Это делает их одной из самых доступных разновидностей на рынке, встречающейся в торговых и вагонных весах, а также в дозаторах.
- Колонные тензометрические датчики получили корпуса в виде колонн, которые позволяют им мониторить объект во время его сжатия. Наличие в их конструкции опорных поверхностей позволяет изделию самостоятельно возвращаться в исходное положение после проведения замер. Отличаются применением на весах с высокой грузоподъемностью, позволяя замерять вес крупных транспортных средств.
- Цилиндрические используются для измерения реакции объекта на сжатие. Не самый богатый функционал этого типа объясняется отсутствием степеней свободы качения. Цилиндрические датчики полезны в вагоноизмерительных весах, т.к. могут работать с большими массами.
- Мостовые представлены в виде статично закрепленной балки, на центр которой вешается груз. Встретить такие датчики можно в весах для небольших транспортных средств.
- Балочные. Подобно мостовым, конструкция тензодатчика представлена балкой на неподвижной опоре. Однако, в отличие от аналога, в балонных устройствах основная нагрузка приходится на конец балки.
- Миниатюрные тензодатчики разработаны для использования в условиях ограниченного пространства и являются самой мобильной разновидностью. Часто применяются в лабораторных условиях и на испытательных стендах.
Технические особенности
Даже при внушительном разнообразии различных моделей тензометрических датчиков, у них есть технические особенности, объединяющие между собой все разновидности устройств. В первую очередь речь о погрешности результатов замер, которая в той или иной степени присуща любому типу весовых тензодатчиков. Тем не менее, в самых современных устройствах для измерения веса устанавливаются электронные модели, которые отличаются повышенной точностью замер степени деформации. Такие устройства относятся к классу С3, который предлагает возможность проведения измерения с погрешностью всего в 0.02 %. Ещё одной интересной деталью функционала тензометрических датчиков является возможность измерительного устройства с несколькими датчиками сохранять свою работоспособность, если один из них выйдет из строя.
Отдельно стоит подчеркнуть и материалы, из которых выполнены компоненты тензодатчиков. Чаще всего в эксплуатации встречаются изделия на основе легированной стали или алюминия, благодаря которым датчики обладают отличной долговечностью. Для весов, используемых в пищевой промышленности, принято применять датчики из нержавеющей стали, которые отличаются высокой устойчивостью к коррозии и защитой от влаги уровня IP68.
Устройство и принцип работы тензодатчика
Изгиб и форма корпуса играют большую роль в том, как работает тензодатчик. Принцип действия может быть ориентированным на изгиб моста при замере, его сжатие или растяжение. Наполнение корпуса зависит от типа датчика и может включать в себя множество других блоков, включая преобразователи, форматирователи питания и так далее. Например, в каждом цифровом устройстве должен быть преобразователь аналогового сигнала, которые будет производить перевод механических импульсов в электросигналы.
Еще одним важным нюансом остается то, является ли датчик резистивным или пленочным, что отражается на принципе его работы. Первый представлен в виде подложки, которая покрытия резистивным слоем. В случае, если речь идет про пленочный датчик, то в качестве покрытия будет использована тонкая и не плотная фольга. На проволочных устройствах именно проволока намотана на ее гибкой поверхности.
Работа измерительных приборов заключается в том, что подложка с датчиками оказывается платформой весов, на которые устанавливается предмет измерения. В зависимости от типа считывающего устройства, обложка либо сгибается, либо растягивается, что в любом случае передает механический импульс, который в электронных моделях преображается в цифровой сигнал и отправляется на дисплей. Как только предмет убирают с весов, обложка возвращается в изначальное положение и импульсы перестают поступать.
Выбрать тензометрический датчик
Как и у любого другого точного прибора, у тензодатчиков веса есть ряд важных технических и пользовательских критериев, которые должны соблюдаться покупателем, который хочет правильно подобрать себе это устройство:
- Материал. Основная роль материала, из которого изготовлен корпус и компоненты датчика, сводится к его долговечности и способности выдерживать механические нагрузки. Большинство разновидностей устройств сделано из стали, будь то легированной или нержавеющей. Исключение составляют недорогие одноточечные классы тензодатчиков, которые производятся из алюминия, что не убавляет их технических качеств. Тем не менее, тот или иной вид материала имеет влияние на итоговую стоимость устройства.
- Схема подключения тензометрического датчика. Тут выбирать придется между четырех- и шестижильной схема подключения датчика. Как правило, последняя требуется в случае, если установка устройства происходит на измерительный прибор с большим количество смежных датчиков, чей уровень сопротивления заметно отличается от устанавливаемой модели.
- Наибольший предел измерения. Самое важное, что нужно знать об этом критерии — он определяет механическую прочность и грузоподъемность весов под управлением тензометрического датчика. Если замеряемый груз серьезно превышает НПИ, есть риск порчи и деформации самого датчика. Потому следует учитывать то, для каких целей собираются конкретные весы и какие предметы будут проходить замеры на них.
- Класс точности измерения. Этот параметр обозначается буквами латинского алфавита и цифрами от D1 до С6. Большинство востребованных тензодатчиков обладают погрешностью в пределах указанных классов. При этом, самым распространенным классом является С3, в который входит большинство доступных измерительных устройств.
- Способ закрепления. По этому критерию выбор довольно разнообразен и должен опираться на удобство пользователя. Среди вариантов есть датчики с фланцевым, линейным и боковым фиксациями. Также возможна установка тензодатчиков через внутреннюю или внешнюю резьбу, в зависимости от того, что позволяет конструкция устройства, в которому он крепится.
- Тип защиты корпуса от вредных воздействий окружающей среды. Если измерительному прибору предстоит работать в экстремальных условиях или в иной среде, наполненной агрессивными факторами, стоит позаботиться о наличии соответствующей защиты на тензодатчике. Например, подбирать устройство с устойчивостью к химическому воздействию, перепаду температур, грязи и пыли, электромагнитного воздействия и так далее.
- Номинальный выходной сигнал выражается в mV/V. Именно этот сигнал посылается и преобразуется тензодатчиком в момент, когда происходят замеры груза и его деформации.
- Гистерезис является максимальным показателем разницы между значениями измерения одной нагрузки при ее увеличении с нуля и отклонении от номинального уровня.
Таким образом, выбор тензодатчика веса требует тщательного изучения его технических параметров и понимания принципов работы устройства, чтобы иметь представления о том, какие показатели обладают наибольшей важностью и при отборе.
Как подключить
Подключение тензодатчика легко выполняется своими руками в соответствии с простой инструкцией. Важную роль в процессе играет длина кабеля подключения, которую нужно учитывать ещё на стадии подбора датчика. Может потребоваться усилитель в виде контроллера SE 01, который уменьшит погрешность измерений в случае, если потребуется увеличивать размеры контакта для подключения. Провода самих датчиков должны быть заземлены с помощью блока для разветвления, устанавливаемого в одной точке, где они все пересекаются. Данная мера обязательна для предотвращения возможного замыкания.
Схема для подключения тензодатчика достаточно проста и подразумевает соединение контактов устройства с измерительным прибором в соответствии с их значениями, описанными на рисунке выше. Кабель, которым монтируется прибор, также нуждается в обязательном экранировании.
После подключения останется провести проверку и калибровку тензометрического датчика. Последняя выполняется одним из двух методов — стандартным или электронным. При первом пользователь записывает значения датчика при нулевой загрузке, после чего устанавливает на весы предмет с эталонным весом, который также вписывается в качестве штатного показателя. Электронный вариант подразумевает ручной ввод минимального и максимального допустимого веса.
Проверка тензодатчика
Проверка весовых тензодатчиков является обязательным этапом подготовки измерительного прибора к работе и проводится сразу после подключения всех контактов устройства. Исправность изделия проверяется тремя способами:
- Диагностика тензометрического моста-Уитстона осуществляется замерами с помощью омметра сопротивления на его входе и выходе.
- Проверка в нагруженном состоянии производится милливольтметром, когда датчик подключен к стабильному источнику питания с напряжением от 5 до 12 V.
- Испытание при нулевой нагрузке проводится с помощью вольтметра при отсутствии нагрузки. Если такового под рукой нет, подойдет хороший мультиметр. В процессе потребуется подключить замерное устройство и подать сигнал, чтобы проверить его значение на выходе. Оно должно соответствовать значениям в паспорте датчика.
Видео по теме
Хорошая реклама
тензометрирование конструкций, принцип действия и устройство
Тензометр – это прибор, который преобразует физическую величину силы воздействия на объект в электрический сигнал. Изменения тока в цепи отображаются на интерфейсе тензометра числовыми величинами в единицах измерения силы.
Тензорезисторы
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.
Конструкция типичного металлического датчика
Тензометрирование осуществляется с помощью металлических датчиков плёночного типа. Их изготавливают несколькими способами, но конструкция остаётся одной и той же. В одном случае на полимерную плёнку накладывают трафарет (маску) и сверху напыляют тонкий слой металлического сплава.
По-иному токопроводящую форму резистора создают методом фотолитографии. На напылённую металлическую поверхность наносят фоторезист. Через фототрафарет просвечивают поверхность ультрафиолетом. В зависимости от вида фоторезиста, растворителем смывают засвеченные участки или необлучённые поверхности. Открытый металлизированный слой смывают кислотой, получая фигурную металлическую плёнку.
Тензометрический рисунок датчика напоминает по форме сжатую пружину в плане. Чтобы снизить влияние температуры на показания тензометра, для печатной формы датчика применяют металлические сплавы с низким коэффициентом удельного сопротивления.
Схема металлического датчика
Датчики имеют самоклеящуюся подложку. Плёнки приклеивают к поверхности исследуемых объектов: это могут быть рычажные весы, динамометры, валы автомобилей, секции трубопроводов. Таким же способом измеряют степень деформации валопроводов и опорных подшипников в машиностроении, и др.
Обратите внимание! Чувствительность тензорезистора зависит от ориентирования датчика по направлению приложения нагрузки к объекту. Если происходит сжатие или растяжение детали, то продольные линии тензорезистора должны располагаться по оси приложения нагрузки. В противном случае чувствительность датчика будет равна нулю.
Измерительная схема
Тензорезисторная измерительная схема включает в себя так называемый сбалансированный мост Уинстона. Ниже на рисунке он представлен со встроенным по диагонали вольтметром. Проводник A – D замкнут на источнике постоянного напряжения.
Измерительный мост тензометра
Переменный резистор R2 в отсутствие нагрузки сводит напряжение к нулю. Вольтметр диагонали B – C показывает изменение уровня напряжения в схеме при наличии нагрузки, приложенной к исследуемому объекту. Параллельно этому сигнал с линии B – C подаётся через дифференциальный усилитель в тензометр.
Применение тензометрии
Тензометрия является неотъемлемой частью испытаний макетов и экспериментальных образцов, проектируемых ответственных строительных конструкций, продукции авиапрома, космической техники и пр. Тензометрии подвергают здания и сооружения, в которых были замечены нарушения целостности конструкций.
На принципах тензометрии проектируют и производят приборы измерительного назначения. К ним относятся весы, динамометры, торсиометры (датчики крутящего момента). Тензорезисторы играют большую роль в профилактике и предупреждении возникновения возможных аварийных ситуаций, связанных с разрушением строительных конструкций, различного оборудования тяжёлой промышленности и т.п.
Тензометрические методы измерения
Принцип действия тензометра
Чтобы понять принцип действия тензометра, надо вернуться к рассмотрению вышеуказанной измерительной схемы. При возникновении деформации тензорезистор Rx меняет своё сопротивление, что вызывает падение потенциала в точке схождения R3 и Rx. В результате изменяется напряжение моста B – C. На изменение сопротивления тензорезистора Rx может оказывать побочное влияние окружающая температура. При получении результатов тестирования данные корректируют, внося поправки на изменение температуры.
Виды тензометров
Для измерения деформаций различных объектов были созданы тензометры, отличающиеся принципами действия и областями применения. По этим признакам измерительное оборудование подразделяют на следующие виды:
- механическое;
- резистивное;
- струнное;
- ёмкостное;
- индуктивное.
Механические
Измерения основаны на фиксации изменения длины объекта под нагрузкой. Работа механического тензометра заключается в определении зависимости удлинения тела от напряжения в поперечном сечении.
Резистивные
Плёночные тензоризисторы, наклеенные в разных направлениях на теле объекта, при его сжатии или растяжении меняют своё электрическое сопротивление вместе с объектом. Точность измерений деформаций обеспечивается работой не одного датчика, а группы тензорезистров.
Плёночные тензорезисторы
Струнные
Струнный вариант представляет собой стальную проволоку (струну), её натягивают между опорами, которые закрепляют на поверхности объекта. Суть измерений заключаются в определении отношения частоты колебания струны к степени её натяжения при изменении длины обследуемого тела под воздействием нагрузки.
Ёмкостные
В качестве датчика применяют конденсатор с переменной ёмкостью. Деформация объекта вызывает изменение зазора между пластинами конденсатора, что отражается на характеристике тока в измерительной схеме прибора.
Индуктивные
Устройство прибора основано на применении катушки индуктивности, в которой установлен подвижный сердечник. Он напрямую контактирует с поверхностью объекта. При малейшей деформации поверхности происходит смещение сердечника в катушке. Изменяющиеся параметры катушки индуктивности фиксируются через электросхему прибором.
Примеры использования тензометров
Одним из примеров может служить максимальная оптимизация степени натяжения полотна ленточной пилы. Также стоит упомянуть об обследовании железобетонных конструкций, которые производят с помощью тензометров, фиксирующих степень напряжения арматуры в массиве бетона.
Настройка тензометра
Настройку тензоизмерений производят с помощью компьютерной программы Тензометр. Операционная система позволяет осуществлять измерения с помощью тензометрических датчиков силы, крутящего момента на основе мостовых и полумостовых схем в тензостанции ZET 017-T. С её настройкой можно проводить измерения силы, крутящего момента, веса и смещений.
Самописец программы отображает фиксированные результаты в почасовом режиме. Статистика показаний отображается графически и в табличном виде.
Параметры
Комплекс измерений формируется выбором нужных характеристик в поле «Параметры» на интерфейсе программы. К ним относятся:
- ток питания;
- показания;
- единицы измерений;
- сглаживание;
- коррекция;
- инверсия данных.
Тензорезистор
Для его настройки пользуются окном программы – «Тензорезистор». Для выбора процесса измерений используют раздел «Файл калибровки». Высвечивается поле «Показания». В нём указываются данные датчика.
Тензодатчик
Используют поле программы – «Тензодатчик». Для настройки применяют два параметра: это чувствительность и предел измерений.
Многоканальный
Программа поддерживает многоканальные режимы измерений. Их использует при установке на объект группы датчиков.
Подсказки в программе Тензометр
Корректировщик программы укажет во всплывающем окне неправильное задание тех или иных параметров. Разработчики программного продукта учли самые распространённые ошибки и позаботились о следующих оповещениях:
- отсутствие опорного канала;
- неправильно заданы каналы;
- низкий уровень опорного сигнала (ниже 3% верхнего диапазона).
Дополнительная информация. Программное обеспечение ZETLAB TENZO содержит программу Тензометр для всех тензостанций. При сбое программ подключают Ethernet. Для этого запускают панель ZETLAB, нажимают клавишу F1 и находят строку подключения к Ethernet.
Цифровой тензорезистор ZET
Тензометрические обследования помогают избегать просчётов в проектировании объектов, испытывающих деформации различного характера под воздействием разных внешних факторов. Своевременное выявление причин, вызывающих изменения характеристик объекта, позволяет сохранить его эксплуатационные качества и предотвратить возникновение аварийных ситуаций.
Видео
принцип действия, описание, виды, схемы
Измерение напряжений и усилий в действующих узлах и конструкциях оборудования считается одной из наиболее сложных задач. Между тем в процессе эксплуатации техника подвергается разным видам нагрузок, которые определяют долговечность и надежность оборудования. Решение поставленных задач возможно с помощью тензометрических датчиков. Установка подобных устройств целесообразна тогда, когда в дополнение к производственным факторам добавляются остаточные напряжения, постепенно накапливаемые в ходе работы.
Описание и назначение
При измерении деформаций, напряжений и усилий при помощи тензометрических датчиков используют изменение значений омического сопротивления материала, которое вызывается упругими деформациями металлической проволоки или полупроводников стержневого исполнения. Изменение сопротивления датчика передаётся при помощи кабеля или бесконтактным путем на измерительный мост. Там оно преобразуется в усиленные электрические сигналы, которые и фиксируются прибором.
Все типы тензометрических датчиков (или, иначе – тензорезисторов) используют зависимость между напряжениями и деформациями – закон Гука – который справедлив в области упругих деформаций. Согласно закону Гука изменение электросопротивления, отнесённое к исходному значению данного параметра до деформации, пропорционально изменению удлинения, отнесённому к первоначальной длине измерительного элемента. Применяя коэффициент пропорциональности, который зависит от диапазона измеряемых параметров и материала устройства, устанавливают зависимость между нагрузкой на датчик и его удлинением:
ΔR/R = k×Δl/l,
где:
R – исходное значение электрического сопротивления;
ΔR – изменение значения электрического сопротивления в процессе деформации;
k – коэффициент пропорциональности;
Δl – изменение длины при деформировании;
l – исходная длина измерительного элемента до приложения к нему эксплуатационной нагрузки.
Указанный тип устройств используется в весоизмерительной технике, поскольку относится к тензорным, определяющим усилия и внешние нагрузки.
Виды
Применяемость рассматриваемых измерительных элементов определяется материалом, из которого выполнен датчик. Чаще всего исходным материалом служит сплав константан, состоящий из 40% никеля и 60% меди. Для константана k ≈ 2; таким же порядком значений (1.5…3,5) обладают и другие сплавы постоянного электросопротивления.
Датчики полупроводникового типа имеют более высокие значения коэффициента пропорциональности. В зависимости от материала полупроводника (кремний или германий), а также состава легирующих добавок значения коэффициента достигают 50…70. В связи с этим полупроводниковые тензометрические датчики более чувствительны, и их применяют для оценки малых удлинений. Вместе с тем полупроводниковые датчики характеризуются повышенными отклонениями своего удлинения в диапазонах 1,5…9 % относительного удлинения. Для проволочных датчиков этот показатель не превышает 0,5%.
Конструкции тензометрических датчиков проволочного типа разрабатываются с учетом следующих ограничений:
- С целью получения достаточной точности измерений величина сопротивления проволочного элемента должна находиться в пределах 100…1000 Ом;
- Диаметр проволоки целесообразно иметь в диапазоне 0,01…0,03 мм;
- Длина проволочного элемента не должна превышать 250…300 мм.
В некоторых случаях приведенные ограничения не позволяют устанавливать тензометрические датчики в виде проволок, поэтому измерительные устройства изготавливают из фольги или плоских измерительных решеток. Для предохранения от повреждений, которые могут возникнуть при транспортировке или сборке таких датчиков, для их крепления в напольном исполнении применяют подложку из бумаги или тонкого пластика.
Чтобы обеспечить электрический контакт с измерительной решеткой, на подложке размещают проволочные выводы, которые затем присоединяются к датчику при помощи пайки.
Виды тензодатчиков, включающих в себя активный измерительный элемент, контактные выводы и подложку:
- Плоский проволочный.
- Фольговый.
- Полупроводниковый, с одним или двумя стержнями.
- Трубчатый.
Краткая характеристика наиболее распространённых исполнений тензодатчиков приводится далее.
- Консольные. Предназначены для измерения крутящих и изгибающих моментов, устанавливаются в метах наибольшего прогиба конструкций.
- Цилиндрические. Наименее компактны, зато позволяют определять значительные напряжения, приближающиеся по своим значениям к пределу текучести лимитирующего материала.
- S-образные. Дают возможность оценивать трехмерные деформации при объемном напряженно-деформированном состоянии. Чаще других нуждаются в поверке.
Устройство и принцип работы
По типу воздействия на исполнительные элементы конструкции различают тактильные, резистивные, пьезорезонансные, пьезоэлектрические, магнитные и емкостные датчики.
Тактильные
Срабатывают в результате механического действия на чувствительную поверхность. Позволяют устанавливать минимальные деформации, но при неточных настойках могут подавать и ложный сигнал.
Резистивные
Наиболее распространенный тип датчиков. Требуют подключения к слаботочной управляющей цепи, поскольку включают в себя тензорезисторный контур. Надежны при любом состоянии окружающей среды.
Пьезорезонансные
Относятся к устройствам полупроводникового типа, нуждаются в надежном обслуживании и тонкой настройке. Работают по принципу сравнения эталонного сигнала с фактическим.
Пьезоэлектрические
По своему действию подобны измерителям предыдущего типа, но подают сигнал при изменении значений контактных деформаций, прикладываемых к чувствительному элементу.
Магнитные
Изготавливаются из сплавов с переменным значением коэрцитивной силы, используются при измерении усилий в узлах оборудования, работающих в сильных электромагнитных полях.
Емкостные
Предназначены для измерения малых механических напряжений в деталях со сложной конфигурацией, когда изменение длины токопроводящей проволоки изменяет ее электрическую емкость.
Характеристика
Для изготовления тензометрических датчиков необходимо использовать материалы проволок, относительное изменение сопротивления которых пропорционально удлинению в максимальном диапазоне деформаций. При этом коэффициент пропорциональности k должен иметь большие значения. Для компактных устройств со значительной чувствительностью приходится применять материалы, обладающие высоким удельным сопротивлением. При этом температурная зависимость удельного сопротивления при изменении внешних условий должна быть незначительной, а лучше и вовсе отсутствовать.
Условия оптимального использования тензорезисторов:
- Малое различие между коэффициентами теплового расширения материала конструкции (или узла) и измерительной проволоки устройства.
- Нечувствительность к термическим напряжениям, которые возникают при соединении измерительного элемента с контролируемой частью оборудования или конструкции (для такого присоединения чаще всего используют пайку).
- Хорошая обрабатываемость паяных соединений, которая не изменяет эксплуатационные параметры оборудования.
- Надежность соединения, учитывающая возможные динамические удары и перемещения.
На параметр пропорциональности k влияют коэффициент Пуассона ε (представляющий собой условную меру изменения поперечного сечения детали при приложении к ней растягивающих напряжений) и теплофизические параметры материала, из которого изготовлен тензометрический прибор.
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.
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.
Основным преимуществом тонкопленочных преобразователей является устранение нестабильности, вызванной клеем.
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.
Измерение крутящего момента
Применяется для испытательного оборудования станций технического обслуживания автомобильного транспорта.
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.
Плюсы и минусы
Тензорные датчики компактны, удобны при установке, практически не ограничивают работоспособность конструкции, где они установлены. Вместе с тем они часто подвержены эффекту старения, чувствительны к температурным напряжениям и иногда характеризуются повышенным разбросом получаемых данных. Тонкоплёночные тензорезисторы, кроме того, характеризуются низким уровнем выходного сигнала, ограниченными частотными характеристиками и влиянием высокого напряжения на точность получаемых результатов. Чаще других типов применяются в качестве весовых, а также для определения комплекса силовых факторов, постоянно изменяющихся в процессе работы оборудования или конструкции.
Преимущества тензометрических технологий:
- Быстрое время отклика;
- Простота компенсации температурных эффектов;
- Малая чувствительность к динамическим воздействиям.
Недостатки:
- Невозможность обеспечить более низкие диапазоны измерений;
- Снижение точности показаний при вибрациях;
- Необходимость точного совмещения с окружающей средой;
- Сложность первоначальной настройки.
Выпуск современных тензометрических датчиков регламентируется требованиями ГОСТ 21616-91.
Принцип работы тензорезисторов и тензодатчиков
Принцип работы
Тензорезисторы
Тензорезисторы – это резисторы, сопротивление которых зависит от их деформации.
Широко используются решётчатые чувствительные элементы из тонкой металлической резистивной фольги.
Пьезорезисторы
Пьезорезисторы – это полупроводниковые датчики, сопротивление которых зависит от деформации.
Тензодатчики
Тензорезисторы являются основой тензодатчиков (Strain Gauge), служащих для косвенного измерения силы
(веса, давления, момента, ускорения, перемещения) по деформации калиброванного элемента (пружины, стержня),
вызванного действием этой силы.
Весоизмерительные ячейки
Весоизмерительные ячейки (Load Cell) – это тензодатчики, конструкция которых позволяет использовать их для измерения веса
в различных промышленных приложениях (платформенные весы, резервуарные весы, конвейерные весы и т.п.).
Специальные монтажные компоненты компенсируют нежелательные (горизонтальные) нагрузки на весоизмерительную ячейку:
- Самоцентрирующаяся качающаяся опора
- Ограничитель качания
- Стопор подъёма
- Эластичная опора
- Изгибная опора и др.
Мост Уитстона (Weatstone Bridge)
Мост Уитстона используется для регистрации изменения сопротивления.
В тензодатчиках с помощью моста Уинстона измеряют деформацию.
На упругий стержень наклеиваются четыре тензорезистора: 1,2,3 и 4 (см. рисунок) с одинаковыми характеристиками.
Тензорезисторы включаются в плечи моста так, как показано на рисунке справа.
На диагональ a-b моста подаётся постоянное напряжение E, диагональ c-d является измерительной.
В ненагруженном состоянии мост сбалансирован и выходное напряжение моста U равно нулю.
Под воздействием силы F стержень деформируется, тензорезисторы 1 и 4 сжимаются, а тензорезисторы 2 и 3 растягиваются.
Выходное напряжение моста U пропорционально силе F.
Как выбрать
Датчики силы, весоизмерительные ячейки
- Приложение силы
- Сжатие
- Растяжение
- Сжатие и растяжение
- Конструкция
- Балочного типа:
- изгибный стержень
- срезной стержень
- Изгибная кольцевая пружина
- S — образная (тензодатчики сжатия-растяжения)
- Прямоугольная (Single Point)
- Датчики сжатия мембранного типа
- Датчики сжатия типа колонна
- Специальное применение
- Платформенные весы
- Путевые весы
- Резервуарные весы
- Подвесные весы
- Конвейерные весы
- Ленточные весы
- Рольганговые весы
- Бункерные весы
- Диапазон измерений (Н, кгс)
- Точность измерений
- Нелинейность
- Гистерезис
- Максимальная безопасная перегрузка
- Защита от перегрузки
- Ресурс (число циклов измерений)
- Выходной сигнал.
Акселерометры (датчики ускорения)
- Диапазон измерений (м/с2)
- Нелинейность
- Гистерезис
- Безопасная перегрузка
- Частотный диапазон
- Выходной сигнал.
Датчики перемещения
- Диапазон измерений (мм)
- Нелинейность
- Гистерезис
- Усилие при измерении (Н)
- Индикаторная шкала
- Выходной сигнал.
Датчики крутящего момента
- Диапазон измерений (Нм)
- Нелинейность
- Гистерезис
- Безопасная перегрузка
- Ограничитель перегрузки
- Максимальная частота вращения
- Выходной сигнал.
Общее для всех тензодатчиков
- Выходной сигнал
- Степень защиты корпуса
- Материал
- Класс взрывозащиты
- Напряжение питания.
Анализаторы газа и жидкости
Системы идентификации
принцип работы и подключение тензометрического датчика
«Точность – вежливость королей!» В наше время актуальность этого средневекового французского афоризма только растет. Для проведения точных измерительных вычислений на производстве и в быту все шире используются приборы на основе тензометрических датчиков.
Что такое тензометрия и для чего нужны тензодатчики
Тензометрия (от лат. tensus — напряжённый) — это способ и методика измерения напряжённо-деформированного состояния измеряемого объекта или конструкции. Дело в том, что нельзя напрямую измерить механическое напряжение, поэтому задача состоит в измерении деформации объекта и вычислении напряжения при помощи специальных методик, учитывающих физические свойства материала.
В основе работы тензодатчиков лежит тензоэффект — это свойство твёрдых материалов изменять своё сопротивление при различных деформациях. Тензометрические датчики представляют собой устройства, которые измеряют упругую деформацию твердого тела и преобразуют её величину в электрический сигнал. Этот процесс происходит при изменении сопротивления проводника датчика при его растяжении и сжатии. Они являются основным элементом в приборах по измерению деформации твёрдых тел (например, деталей машин, конструкций, зданий).
Устройство и принцип работы
Основу тензодатчика составляет тензорезистор, оснащенный специальными контактами, закрепленными на передней части измерительной панели. В процессе измерения чувствительные контакты панели соприкасаются с объектом. Происходит их деформация, которая измеряется и преобразуется в электрический сигнал, передаваемый на элементы обработки и отображения измеряемой величины тензометрического датчика.
В зависимости от сферы функционального использования датчики различаются как по типам, так и по видам измеряемых величин. Важным фактором является требуемая точность измерения. Например, тензодатчик грузовых весов на выезде с хлебозавода совершенно не подойдет к электронным аптекарским весам, где важна каждая сотая часть грамма.
Рассмотрим более предметно виды и типы современных тензометрических датчиков.
Датчики крутящего момента
Датчики крутящего момента предназначены для измерения крутящего момента на вращающихся частях таких систем, как коленвал двигателя или рулевой колонки. Тензодатчики крутящего момента могут определять как статический, так и динамический момент контактным либо бесконтакным (телеметрическим) способом.
Тензодатчики балочного, консольного и кромочного типов
Эти типы датчиков изготавливают обычно на основе параллелограммной конструкции со встроенным элементом изгиба для высокой чувствительности и линейности измерений. Тензорезисторы в них закрепляются на чувствительных участках упругого элемента датчика и соединяются по схеме полного моста.
Конструктивно балочный тензодатчик имеет специальные отверстия для неравномерного распределения нагрузки и выявления деформаций сжатия и растяжения. Для получения максимального эффекта тензорезисторы по специальным меткам строго ориентируют на поверхности балки в ее самом тонком месте. Высокоточные и надежные датчики этого типа используют для создания многодатчиковых измерительных систем в платформенных или бункерных весах. Нашли они свое применение и в весовых дозаторах, фасовщиках сыпучих и жидких продуктов, измерителях натяжения тросов и других измерителях силовых нагрузок.
Тензодатчики силы растяжения и сжатия
Тензодатчики силы растяжения и сжатия, как правило, имеют S-образную форму, изготавливаются из алюминия и легированной нержавеющей стали. Предназначены для бункерных весов и дозаторов с пределом измерения от 0,2 до 20 тонн. S-образные тензодатчики силы растяжения и сжатия могут использоваться в станках по производству кабелей, тканей и волокон для контроля силы натяжения этих материалов.
Тензорезисторы проволочные и фольговые
Проволочные тензорезисторы делают в виде спирали из проволоки малого диаметра и крепят на упругом элементе или исследуемой детали с помощью клея. Их отличает:
- простота изготовления;
- линейная зависимость от деформации;
- малые размеры и цена.
Из недостатков отмечают низкую чувствительность, влияние температуры и влажности среды на погрешность измерения, возможность применения только в сфере упругих деформаций.
Фольговые тензорезисторы в настоящее время являются наиболее распространенным типом тензорезисторов из-за их высоких метрологических качеств и технологичности производства. Это стало доступным благодаря фотолитографической технологии их изготовления. Передовая технология позволяет получать одиночные тензорезисторы с базой от 0,3 мм, специализированные тензометрические розетки и цепочки тензорезисторов с широким рабочим температурным диапазоном от –240 до +1100 ºС в зависимости от свойств материалов измерительной решетки.
Преимущества и недостатки тензодатчиков
Широкое применение тензодатчики получили благодаря своим свойствам:
- возможности монолитного соединения датчика деформации с исследуемой деталью;
- малой толщине измерительного элемента, что обеспечивает высокую точность измерения с погрешностью 1-3 %;
- удобстве крепления, как на плоских, так и на криволинейных поверхностях;
- возможности измерения динамических деформаций, меняющихся с частотой до 50000 Гц;
- возможности проведения измерений в сложных условиях окружающей среды в температурном интервале от -240 до +1100˚С;
- возможности измерений параметров одновременно во многих точках деталей;
- возможности измерения деформации объектов, расположенных на больших расстояниях от тензометрических систем;
- возможностью измерения деформаций в движущихся (крутящихся) деталях.
Из недостатков следует отметить:
- влияние метеоусловий (температуры и влажности) на чувствительность датчиков;
- незначительные изменения сопротивления измерительных элементов (около 1%) требует применение усилителей сигналов.
- при работе тензодатчиков в условиях высокотемпературной или агрессивной среды необходимы специальные меры их защиты.
Основные схемы подключения
Рассмотрим это на примере подключения тензометрических датчиков к бытовым или промышленным весам. Стандартный тензодатчик для весов имеет четыре разноцветных провода: два входа — питание (+Ex, -Ex), два других — измерительные выходы (+Sig, -Sig). Встречаются также варианты с пятью проводами, где дополнительный провод служит в качестве экрана для всех остальных. Суть работы весового измерительного датчика балочного типа довольно проста. На входы подается питание, а с выходов снимается напряжение. Величина напряжения зависит от приложенной нагрузки на измерительный датчик.
Если длина проводов от весового тензодатчика до блока АЦП значительна, то сопротивление самих проводов будет влиять на показание весов. В этом случае целесообразно добавить цепь обратной связи, которая компенсирует падение напряжения путем корректировки погрешности от сопротивления проводов, вносимую в измерительную цепь. В этом случае схема подключения будет иметь три пары проводов: питания, измерения и компенсации потерь.
Примеры использования тензометрических датчиков
- элемент конструкции весов.
- измерение усилий деформации при обработке металлов давлением на штамповочных прессах и прокатных станах.
- мониторинг напряженно-деформационных состояний строительных конструкций и сооружений при их возведении и эксплуатации.
- высокотемпературные датчики из жаропрочной легированной стали для металлургических предприятий.
- с упругим элементом из нержавеющей стали для измерений в химически агрессивной среде.
- для измерения давления в нефте и газопроводах.
Простота, удобство и технологичность тензодатчиков — основные факторы для дальнейшего активного их внедрения, как в метрологические процессы, так и использования в повседневной жизни в качестве измерительных элементов бытовой техники.
Тензометрический мост — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Тензометрический мост
Cтраница 2
На работу тензометрических мостов, питаемых постоянным током, могут оказать влияние термоэлектрическое и гальваническое напряжения, возникающие в местах соприкосновения двух различных металлов.
[16]
В контуре тензометрического моста существует восемь соединений ( рис. 149) между медными проводами и выводами тензометров или мостовыми сопротивлениями, которые выполнены и должны всегда выполняться из специального оплава для проволочных сопротивлений.
[17]
Поэтому большинство постоянных тензометрических мостов имеет встроенный переключатель полярности источника.
[18]
Используя в тензометрическом мосте в качестве нуль-индикатора СД, можно наиболее просто автоматизировать такой мост. Схемы автоматических тензометрических мостов бывают самые различные.
[19]
По принципу работы тензометрический мост переменного напряжения аналогичен амплитудному модулятору, причем глубина модуляции определяется величиной динамической составляющей процесса. При малых ее величинах, как упоминалось выше, определение характеристик при обработке результатов измерений затруднено. Для устранения трудоемкого процесса балансировки применяется неуравновешенный мост.
[20]
Электрический сигнал с тензометрического моста подается на вход микровольтметра 8, сигнал с которого поступает на электронный автоматический потенциометр 9; на этом потенциометре записывается кривая релаксации механического напряжения.
[21]
Достоинством потенциометра с тензометрическим мостом является его универсальность. Он может работать как на постоянном, так и на переменном токе.
[22]
Для регистрации усилий применен тензометрический мост. Сигнал с этого моста поступает в тензоусилитель ТУ типа УТЧ-1, а затем через масштабный делитель напряжения ( МДН) — в блок регистрации усилий БУ, где записывается автоматическим потенциометром СПУ типа КСП-4. Имеется также выход на шлейфовый осциллограф для регистрации быстрых процессов релаксации напряжения.
[24]
Беклемищев А, Н, Тензометрические мосты с дискретным уравновешиванием.
[25]
В книге [55] приводится расчет тензометрических мостов постоянного и переменного тока с учетом влияния распределенных емкостей кабеля.
[27]
В промышленных тензометрических весах применяют несколько тензометрических мостов, соединенных последовательно или параллельно. При последовательном соединении тензодатчиков увеличивается напряжение на выходе схемы пропорционально числу последовательно включенных датчиков. При последовательном соединении каждый датчик должен иметь индивидуальный источник питания. При параллельном соединении пропорционально возрастает сила тока в цепи, но не меняется величина выходного, сигнала.
[28]
В последующих главах будут рассмотрены различные схемы тензометрических мостов, главным образом с точки зрения степени приближения определенной функции ( деформации, относительного удлинения, относительного изменения сопротивления) к заданному значению.
[29]
При подаче стабилизированного напряжения ию на диагональ питания тензометрического моста в его измерительной диагонали развивается напряжение, пропорциональное деформации пружины.
[30]
Страницы:
1
&ens
Тензометрический мост — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4
Тензометрический мост
Cтраница 4
Здесь для регистрации силы Ру в любом положении шлифовального круга относительно обрабатываемой детали тензометрические мосты монтируются на переднем и заднем центре — по два плеча ( растяжение — сжатие) на противоположных сторонах каждого центра.
[46]
Устройство состоит из общего источника ( 2 кгц) для итания всех шести тензометрических мостов и общего мпуль сного генератора, который питает шесть элек-зонно-лучевых трубок, предназначенных для регистра-ли на фотографической бумаге. Каждая электронно — / чевая трубка имеет собственный усилитель для сиг-зла Де ( /) от отдельных тензометрических мостов.
[47]
Датчик применяется в комплекте с аппаратурой типа ЭК-2, состоящей из высокочастотного генератора, питающего тензометрический мост, и усилителя ( фиг.
[48]
Таким образом, табл. 8 — 6 и 8 — 7 действительны для всех типов переменных тензометрических мостов.
[49]
Усилители электрических сигналов и микро ЭВМ с встроенным восьми канальным аналого-цифровым преобразователем преобразуют электрические сигналы от тензометрических мостов в десяти разрядный двоичный код. Прибор обеспечивает цифровую регистрацию параметров с частотой дискретизации до 3000 Гц по каждому каналу, что позволяет изучать силовые параметры, изменяющиеся с частотой до 1500 Гц.
[50]
Многофункциональный измеритель параметров МИКС-2М оснащен датчиками тока ( поясом Роговского) и силы ( измерительной скобой с тензометрическим мостом), имеет двухстрочный алфавитно-цифровой дисплей, на котором все измеряемые параметры фиксируются одновременно.
[51]
Фирмой Миннеаполис Хонуэл выпускаются безреохордные электронные самопишущие потенциометры Электроникс-17 [70], в которых в качестве уравновешивающего устройства используется специальный тензометрический мост. В плечи моста включены тензодатчики ТД ( фиг. Сопротивление каждого тензо-датчика примерно 600 ом. Тензодатчики выполнены из манганинового провода.
[52]
Обычно принимается система из двух или четырех тензо-чувствительных решеток, работающих дифференциально и образующих два внешних плеча или полный тензометрический мост. Существует несколько способов натяжения решеток: с помощью натяжных винтов, смещением массы в перпендикулярном к плоскости решеток направлении или при помощи фиксированного натяга в пределах зазора в ограничителе.
[53]
Для предотвращения влияния давления жидкости в скважине, которое зависит от глубины спуска и плотности промывочной жидкости, на показания тензометрических мостов внутренняя полость измерительного участка прибора заполнена инертной жидкостью и соединена через компенсатор давления 14 с затрубным пространством. Герметичный контейнер 9, осевые 4, 10 и радиальные 6 амортизаторы обеспечивают защиту электронной части прибора от воздействия промывочной жидкости и вибраций.
[54]
Напряжение разбаланса Us усиливается усилителем У и подается на вход СД, питаемого от того же источника напряжения, что и тензометрический мост. Величина и знак выходного напряжения С / ьЫх СД определяется величиной и знаком усилия F. Выходное напряжение СД при статических испытаниях является напряжением постоянного тока и измеряется прибором постоянного тока. При динамических испытаниях напряжение на выходе СД С / ных изменяется в соответствии с изменением усилия F. На выход СД включают осциллограф для наблюдения и регистрации характера изменения F ( t) и поведения испытуемой конструкции.
[55]
Фирмой Миннеаполис выпускаются безреохордные электронные самопишущие потенциометры Электроник-17 [ Бутусов, 1963а; Elektronic, 1961 ], в которых в качестве уравновешивающего устройства используется специальный тензометрический мост.
[57]
Так как относительная точность декад сопротивлений ( субнормалей) редко бывает больше 0 01 %, при обычных измерениях тензометрами сопротивления относительное изменение сопротивления представляет существенную часть измерительного диапазона, поэтому практически невозможно получить шкалу тензометрического моста тарировкой с помощью нормальных сопротивлений. Поэтому градуировку прибора Необходимо производить с помощью расчета.
Тензодатчик с мостом Уитстона
Цепи тензодатчика с мостом Уитстона
широко используются внутри преобразователя для преобразования механической деформации в электрический выходной сигнал.
Базовая схема состоит из четырех резистивных элементов, соединенных вместе в ромбовидную конфигурацию. Обычно все 4 резистивных элемента являются активными тензодатчиками, чтобы максимизировать чувствительность преобразователя, но в некоторых случаях вместо них используются 2 фиксированных резистора с 2 тензодатчиками.
Схема тензодатчика на мосту Уитстона создается путем установки пары тензодатчиков на материал, который будет подвергаться напряжению, так что при приложении силы они растягиваются по своей ширине. Другая пара идентичных тензодатчиков установлена под углом 90 ° к другой паре, где приложенная сила будет растягивать их по длине.
Самый простой способ получить конфигурацию моста Уитстона — установить все четыре тензодатчика на измерительную поверхность в радиальной конфигурации, разделенных на 90 градусов, при этом все тензодатчики указывают в одном направлении.
Измерительные приборы на основе тензодатчиков
Запросите информацию о продуктах для измерения тензодатчиков для вашего приложения.
Два тензодатчика, которые указывают тангенциально, будут растянуты по своей ширине, что уменьшит сопротивление. Два других тензодатчика, которые направлены радиально, будут растянуты по своей длине, что увеличит сопротивление.
Затем каждый тензодатчик подключается к следующему, образуя ромбовидную форму, и точки ромба становятся точками соединения, обеспечивающими питание цепи и измеряющим генерируемый сигнал.
Если затем подать напряжение на две противоположные точки подключения схемы моста Уитстона, а к оставшимся двум противоположным точкам подключения подключить вольтметр, будет обнаружено падение напряжения, которое будет варьироваться в зависимости от напряжения, приложенного к поверхности, которая схема моста Уитстона смонтирована.
Измерительные приборы на основе тензодатчиков
Запросите информацию о продуктах для измерения тензодатчиков для вашего приложения.
Справка
У меня есть красный, черный и белый провода от тензодатчиков (SG) на стороне сжатия консольной балки. Сопротивление между красно-белым проводом и черно-красным проводом составляет 1 кОм. Сопротивление между черным и белым проводом составляет 2 кОм. Как выводы связаны с мостом Уитстона (WSB)? Есть ли 2 WSB? Как они связаны? Покажите принципиальную схему, на которой все четыре лучевых SG подключены к мосту, а они — к выходной цепи.Укажите типичные дискретные компоненты с маркировкой для выхода 0–5 В.
Мост Уитстона обычно имеет 4 тензодатчика (см. Диаграмму выше), из которых 2 находятся под давлением (C), а 2 — под растяжением (T). Цепь формируется путем соединения тензодатчиков вместе встык, чтобы создать петлю в следующем порядке
C1 ↔ e ↔ T1 ↔ f ↔ C2 ↔ g ↔ T2 ↔ h ↔ C1.
Если точка «e» подключена к положительному источнику питания (supp +), а точка «g» подключена к отрицательному источнику питания (supp-), равный ток будет течь через обе стороны контура, если каждый из тензодатчиков имеет одинаковое сопротивление. без какого-либо напряжения.
Если к тензодатчикам приложить напряжение, сопротивление в C1 и C2 уменьшится, а T1 и T2 увеличатся. Это создает дисбаланс между точками «f» и «h», создавая разность потенциалов (V из ), которая пропорциональна приложенной деформации.
Выходной сигнал цепи тензодатчика моста Уитстона обычно представляет собой сигнал низкого напряжения, измеряемый в милливольтах. Следовательно, необходимо усилить выходной сигнал милливольта с помощью блока преобразования сигнала тензодатчика для генерации выходного сигнала 0-5 В.
Измерительные приборы на основе тензодатчиков
Запросите информацию о продуктах для измерения тензодатчиков для вашего приложения.
Термины, связанные с сенсорной технологией
Дополнительные страницы, посвященные техническим терминам сенсорной техники.
.
Приводные датчики тензометрического моста с
Аннотация: Тензодатчики — надежные, воспроизводимые и точные — широко используются в производстве, управлении технологическими процессами и в исследовательских отраслях. Они преобразуют (преобразуют) деформацию в электрический сигнал для использования в датчиках давления, измерениях веса, измерениях силы и крутящего момента и анализе материалов. Тензодатчик — это просто резистор, значение которого зависит от деформации материала, к которому он прикреплен. В статье рассматривается формирователь сигнала датчика MAX1452 для температурной компенсации.Гибкий подход MAX1452 к мостовому возбуждению дает пользователю значительную свободу проектирования. В этой статье основное внимание уделяется приводу напряжения с повышением тока и без него, но могут быть реализованы многие другие конфигурации мостового привода. Другие конструктивные соображения включают использование внешних датчиков температуры в контуре управления и достижение линеаризации сенсора (т.е. нелинейности по отношению к измеряемому параметру) путем подачи сигнала OUT в этот контур.
Доступные тензодатчики обладают большим диапазоном сопротивления нулевой деформации.Материалы и технологии сенсоров учитывают широкий диапазон, но некоторые значения (например, 120 Ом и 350 Ом) стали заметными благодаря широкому использованию. В прошлом стандартные значения упрощали измерения деформации, позволяя легко подключить к базовому магнито-отклоняющему измерителю, который включал соответствующие цепи входного сопротивления.
Типы и состав фольгированных манометров
При изготовлении толщиномера из фольги используется ограниченное количество сплавов, выбранных для минимизации разницы между температурными коэффициентами измерительного прибора и материала, подвергаемого деформации.Сталь, нержавеющая сталь и алюминий составляют большинство материалов сенсора. Также используются бериллий, медь, чугун и титан, но «большинство» сплавов приводят к массовому и дешевому производству терморегулирующих датчиков деформации. Тензорезистор из константановой фольги на 350 Ом, вероятно, самый распространенный.
Толстые и тонкопленочные калибры, надежность и простота изготовления которых привлекательны для автомобильной промышленности, обычно производятся на керамической или металлической подложке с изолирующим материалом, нанесенным на поверхность.Измерительный материал наносится поверх изоляционного слоя методом осаждения из паровой фазы. Датчики и соединительные линии вырезаются на металле с помощью лазерного испарения или фотомаски и методов химического травления. Иногда добавляется защитный изолирующий слой для защиты датчиков и межсоединений.
Материалы для манометров обычно включают запатентованную смесь металлов, выбранную для получения желаемого сопротивления манометра, изменения сопротивления в зависимости от напряжения и (для температурной стабильности) наилучшего соответствия температурного коэффициента датчика и основного металла.Для этой технологии были разработаны номинальные сопротивления манометра и моста от 3 кОм до 30 кОм, которые использовались для изготовления датчиков давления и силы.
Методы возбуждения моста
Мост Уитстона обычно используется в тензометрических датчиках на основе фольги, тонкой или толстой пленки. Мост Уитстона преобразует вызванные деформацией изменения сопротивления датчика в дифференциальное напряжение (, рис. 1, ). Когда напряжение возбуждения подается на клеммы + Exc и -Exc, на клеммах + V OUT и -V OUT появляется пропорциональное деформации дифференциальное напряжение.
Рис. 1. Тензодатчики, подключенные по схеме моста Уитстона.
В полуактивной схеме моста Уитстона (, рис. 2, ) только два элемента моста являются датчиками, которые реагируют на деформацию материала. Выходной сигнал для этой конфигурации (обычно 1 мВ / В при полной нагрузке) составляет половину от полностью активного моста.
Рис. 2. Тензодатчики, подключенные к полуактивному мосту Уитстона, конфигурация
.
ШТАМ  Напряжение Большинство Штамм Полный Некоторые из Большинство производителей Они также поставляют все необходимые аксессуары, включая подготовку Такое устройство Типичная деформация Такой требовательный Как правило, Как расстояние Штамм Пока это Потому что Есть Если все, что мы хотим сделать, это измерить деформацию, это плохо.Мы Резисторы R1 Если температура изменится, сопротивление обоих датчиков изменится Хотя Пример Без силы Оба полумоста Если возможно, Лучшая линейность или пропорциональность этих мостовых схем Тензодатчики Эта статья Как записаться приклейте тензодатчик  Установка тензодатчика, наверное, самая важная Для статьи «Основные измерения деформации» щелкните здесь … Подробнее |
.
Описание процедуры испытания тензометрического моста
Аландские острова
Афганистан
Албания
Алжир
Американское Самоа
Андорра
Ангола
Ангилья
Антарктида
Антигуа и Барбуда
Австрия
Австралия
Австралия
Австралия
Австралия Азербайджан
Багамы
Бахрейн
Бангладеш
Барбадос
Беларусь
Бельгия
Белиз
Бенин
Бермуды
Босния
Босния
Болзивия
Британская территория в Индийском океане
Бруней-Даруссалам
Болгария
Буркина-Фасо
Бурунди
Камбоджа
Камерун
Канада
Кабо-Верде
Каймановы острова
Центральноафриканская Республика
Чад
Чили
Китай
Остров Рождества
Кокосовые острова (Килинг)
Колумбия
Коморские острова
Конго, Демократическая Республика (бывший Заир)
Коста-Конго, Республика
9000 Рика
Кот-д’Ивуар
Хорватия (местное название: Hrvatska)
Куба
Кипр
Чешская Республика
Дания
Джибути
Доминика
Доминиканская Республика
Экваториальная Гвинея
Эритрея
Эстония
Эфиопия
Фолклендские (Мальвинские) острова
Фарерские острова
Фиджи
Финляндия
Франция
Французская Гвиана
Французская Гвиана
9000 Французская Гвиана
Французская Гвиана
Гамбия
Грузия
Рост любая
Гана
Гибралтар
Греция
Гренландия
Гренада
Гваделупа
Гуам
Гватемала
Гвинея
Гвинея-Бисау 9000 9000 9000 Гайя-Бисау
Гвинея-Бисау
Гонконг
Венгрия
Исландия
Индия
Индонезия
Иран (Исламская Республика)
Ирак
Ирландия
Израиль
Италия
Ямайка
000 Япония
Ямайка Иордания
Казахстан
Кирибати
Корея, Народно-Демократическая Республика
Корея, Республика
Кувейт
Киргизия
Лаосская Народно-Демократическая Республика
Латвия
Ливан
Лесото
ahirtein
ahirya
Арабская Джозия
ahiria
Литва
Люксембург
Макао
Македония, бывшая югославская Республика
Мадагаскар
Малави
Малайзия
Мальдивы
Мали
Мальдивы
Мали
9000 Мавританские острова
9000 Мавританские острова
9000 Мавританские острова
Майотта
Мексика
Микронезия, Федеративные Штаты
Молдова, Республика
Монако
Монголия
Монтсеррат
Марокко
Мозамбик
Нидерланды
0003
Намибия
Намибия
Нидерланды
Намибия Антильские острова
Новая Каледония
Новая Зеландия
Никарагуа
Нигер
Нигерия
Ниуэ
Остров Норфолк
Северные Марианские острова
Норвегия
Пакистан
Норвегия
Пакистан
02 Оккупированная территория Палестины
Панама
Папуа-Новая Гвинея
Парагвай
Перу
Филиппины
Питкэрн
Польша
Португалия
Пуэрто-Рико
Россия
Россия
Россия Руанда
Сент-Хелена
Сент-Китс и Невис
Сент-Люсия
Сен-Пьер и Микелон
Сент-Винсент и Гренадины
Самоа
Сан-Марино
Сао-Томе и Принсипи
Саудовская Аравия
Саудовская Аравия
Сербия и Черногория
Сейшельские острова
Сьерра-Леоне
Сингапур
Словакия
Словения
Соломоновы Острова
Сомали
Южная Африка
Южная Грузия
Южная Джорджия Испания и Южные Сандвичевы острова
Суринам
Острова Шпицберген и Ян-Майен
Свазиленд
Швеция
Швейцария
Сирийская Арабская Республика
Тайвань
Таджикистан
Танзания, Объединенная Республика
Тогте
Тогте
Таиланд
Тимор
Тонга
Тринидад и Тобаго
Тунис
Турция
Туркменистан
Острова Теркс и Кайкос
Тувалу
Уганда
Украина
00020003
Соединенные Штаты
Соединённые Штаты
Соединённые Штаты
Соединённые Штаты
Соединённые Штаты
Соединённые Штаты Америки
Внешние острова
Уругвай
Узбекистан
Вануату
Ватикан-государство (Святой Престол)
Венесуэла
Вьетнам
Виргинские острова (Британские)
Виргинские острова (Великобритания).S.)
Острова Уоллис и Футуна
Западная Сахара
Йемен
Замбия
Зимбабве
.
