Тензометрические датчики принцип действия: устройство, принцип работы, схема подключения

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:

Консольные. Назначение таких устройств – измерение количества веществ в дозаторах, конвейерных, платформенных, бункерных и напольных весах.
Цилиндрические. Применяются для взвешивания вагонов, автомобилей, баков и емкостей – там, где нужно измерять большие веса.
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:

Общие сведения и принцип работы тензодатчиков -Типы тензодатчиков

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

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

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

Существуют разные типы тензодатчиков, в зависимости от сферы применения:

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

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

тензодатчики консольные или балочные тензодатчики;
тензодатчики s-образные;
тензодатчики «шайба» или тензодатчики мембранного типа;
тензодатчики «бочка» или тензодатчики колонного типа.

Конструкция тензодатчиков.

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

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

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

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

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

Рассмотрим последовательность выполнения тестов лоя проверки тензодатчика.

1. Проверка нулевого баланса.

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

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

2. Проверка сопротивления изоляции

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

3.Проверка целостности тензометрического моста (Мост Уитстона)

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

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

4. Проверка под нагрузкой

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

Датчики силы: описание, применение, монтажные приспособления

Монтажные приспособления	Применимые датчики силы
Нагрузочная площадка FA	Датчик силы сжатия	CLB-NA, CLA-NA, CLP-NB, CLG-NB, CLM-NB, CLU-NA, CLR-NAH
Нагрузочная площадка FA	Универсальный датчик силы растяжения/сжатия	TCLN-NA, TCLB-NA, TCLA-NB, TCLP-NB, TCLK-NA, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB
Монтажный фланец FB	Датчик силы сжатия	CLB-NA, CLA-NA, CLP-NB, CLG-NB, CLM-NB, CLU-NA, CLR-NAH
Монтажный фланец FB	Универсальный датчик силы растяжения/сжатия	TCLB-NA, TCLM-NB
Скользящая опора FC	Датчик силы сжатия	CLA-NA, CLP-NB, CLG-NB, CLM-NB, CLU-NA, CLR-NAH
Поворотное приспособление FD	Универсальный датчик силы растяжения/сжатия	TCLB-NA, TCLZ-NA TCLU-NA, TCLM-NB
Проушина FE	Универсальный датчик силы растяжения/сжатия	TCLN-NA, TCLB-NA, TCLA-NB, TCLA-NB, TCLP-NB, TCLK-NA, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB
Проушина FE	Датчик силы растяжения	TLJ-NA
Рым-болт FF	Универсальный датчик силы растяжения/сжатия	TCLP-NB, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB
Нагрузочный болт FG	Универсальный датчик силы растяжения/сжатия	TCLB-NA, TCLP-NB, TCLK-NA, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB
Скоба FH	Универсальный датчик силы растяжения/сжатия	TCLP-NB, TCLZ-NA, TCLU-NA, TCLM-NB
Скоба FH	Датчик силы растяжения	TLP-NB

Тензометрические системы

Тензометрия – способ экспериментальной оценки напряженно-деформированного состояния конструкции. Используется для измерения фактических значений напряжений в конструкции и автоматизации процесса идентификации вида дефекта по данным акустико-эмиссионного контроля и других методов контроля, применяемых в системе диагностического мониторинга.

«НПП «МИКС Инжиниринг» предлагает следующие решения в области тензометрии:

Тензометрия элементов конструкций (измерение деформаций элементов конструкций, расчет напряжений)
Определение нагрузок, приложенных к элементам конструкций (определение сил и моментов)
Построение многоканальных систем сбора информации на базе оборудования различных производителей (Kyowa, HBM, Vishay, National Instruments и др.)
Разработка прикладного программного обеспечения под различные тензометрические задачи

Основные цели организации систем диагностического мониторинга:

своевременное обнаружение дефектов;
сбор, хранение и анализ данных технического диагностирования и прогнозирование изменения технического состояния объектов во времени;
автоматизация технического диагностирования и устранение человеческого фактора при оценке результатов диагностирования.

Датчики, используемые для оценки напряженно-деформированного состояния

Датчиками деформации и смещения в классическом виде называются датчики, фиксирующие микродеформации и смещения в диапазоне 0,01-10 мкм., которые возникают в различных материалах, деталях машин, элементах конструкций и т.п., при воздействии на них различных физических факторов (давления, силы, температуры и т.п.). Регистрируя микродеформации, можно косвенно судить о физическом воздействии на объект исследования. На этом принципе строятся датчики силы, давления, ускорения, моментов, сейсмодатчики и т.п.

По принципу действия датчики деформации можно классифицировать следующим образом:

тензодатчики;
пьезодатчики;
микромеханические датчики;
интерферометрические датчики;

В свою очередь тензометрические датчики можно разделить на металлические тензодатчики (к которым относятся проволочные тензодатчики, фольговые тензодатчики, пленочные тензодатчики) и полупроводниковые тензодатчики.

Наиболее чувствительными, сложными и дорогими являются интерферометрические датчики деформаций.

Наиболее распространенными, благодаря малым габаритам, массе и низкой стоимости, являются металлические и полупроводниковые тензодатчики и пъезодатчики.

Металлические тензодатчики

Работа металлических тензодатчиков основана на изменении сопротивлении материала проводника при деформации под действием прикладываемой нагрузки (тензоэффекте).

В простейшем случае тензорезистор представляет собой тонкий металлический проводник (кусок проволоки) жестко закрепленный на деформируемой детали.

Деформация детали ведет к деформации проволоки, изменяется ее длина, сечение и удельное электрическое сопротивление, что в конечном счете ведет к изменению электрического сопротивления всего учатка проволоки.

Сопротивление металлического проводника:

Не будем углубляться в рассмотрение зависимостей относительного изменения удельного сопротивления материала под действием деформаций, запишим конечную формулу

Где КТ — коэффициент тензочувствительности (для большинства металлических материалов 2÷2,5, для сплава «пермаллой-вольфрам» — 4,1).

Таким образом, изменение сопротивления металлических проводников в пределах упругих деформаций пропорционально продольной деформации.

Линейность приведенного соотношения сохраняется при

Рассмотрим проволочный и фольговый вариант исполнения тензодатчиков.

В проволочном тензодатчике для большей продольной чувствительности проволока диаметром 20-50 мкм. выполняется в виде меандра (10-20 звеньев) и наклеивается на тонкую (до 0,1мм) подложку из специального материала.

Фольговые и пленочные тензодатчики выполняются с использованием методов фотолитографии и напыления. Для уменьшения поперечной тензочувствительности в топологии фольговых тензодатчиков делаются утолщения. при этом обычно поперечная чувствительность не превышает 0,1-0,2% от продольной.

Фольговые тензодатчики выполняются с высокой точностью и могут быть оптимизированы для решения задач определенного типа. Например, могут применяться тензодатчики с решетками, оси чувствительности которых ортогональны друг другу, что позволяет путем анализа соотношения изменения сопротивлений решеток судить о деформации плоскости образца в любом направлении.

Тензодатчики и датчики, построенные на использования тензометрического принципа действия могут быть использованы как для решения статических, так и для динамических задач.

При этом при выборе размера тензодатчика l0 исходят из того, что датчик должен иметь размер точечного зонда, чтобы регистрировать информацию в локальной точке образца. Следовательно его размеры должны быть меньше, чем деформационная волна в контролируемом образце:

, где — длина деформационной волны, V — скорость распространения ультразвука, f — частота колебаний. Для металла V составляет порядка 5 000 м/с, f max примем равным 50кГц, следовательно l0 должно быть меньше либо равно 10 мм.

При динамических деформациях величины продольных деформаций должны быть существенно ниже, чем при статических измерениях, исходя из соображений усталостной прочности материала.

На тензодатчики, и соответственно на точность измерений, проводимых с их использованием, существенное влияние оказывает температура.

Это обусловлено следующими факторами:

зависимостью удельного сопротивления материала тензодатчика от температуры;
зависимостью коэффициента объемного расширения материала от температуры;
разностью коэффициентов температурного расширения датчика, подложки, материала исследуемого образца.

Таким образом, сопротивление тензодатчика изменяется с изменением температуры даже при отсутствии воздействия сил на исследуемый образец.

Для решения задачи защиты от температурного воздействия используются различные методы термокомпенсации.

При изготовлении тензорезистров, фирмы производители используют специальные сплавы, минимизирующие влияние температурных воздействий в заданных интервалах температур.

Еще одним фактором, существенно влияющем на точность измерений в тензометрии, является способ крепления тензодатчика на образце. В настоящее время широкое распространение получила наклейка тензорезисторов. Для наклейки тензорезисторов используются специальные безусадочные клеи: циакрин, из отечественных — ВН-15Т, В-58Т, зарубежные фирмы предлагают специальные клеи для решения самого широкого спектра задач все они обладают хорошей адгезией в широком диапазоне температур.

В настоящее время также используются привариваемые тензорезисторы (в основном высокотемпературные), с использованием точечной сварки.

Тензорезисторы могут также заливаться в образец (в строительстве тензорезисторы могут заливаться в бетонные конструкции).

В целом, следует отметить, что сегодня тензометрия является высокоточной и высокотехнологичной областью измерений, нашедшей свое применение во многих областях науки и экспериментальной механики.

Грамотное построение тензометрического измерительного комплекса требует сегодня не только поверхностных знаний основных принципов действия датчиков и измерительных усилителей, но и опыта в их использовании.

Принцип работы датчиков силы — Новости

Тензодатчики и другие устройства измерения силы представляют собой специальные приборы, которые нередко служат для проведения различных измерений в лабораторных условиях. Сила представляет собой величину, измеряющееся непрямым путем. Динамическая сила подразумевает собой результат движения тела с необходимым ускорением.

Датчики для замеров показателей силы, как правило, используются для измерения веса благодаря зависимости между массой и силой тяжести. Датчики имеют высокую чувствительность и точность показателей. Тензодатчик стабильно ведет измерения при любой температуре, устойчив к повреждениям и внешнему воздействию, а также работает на неровных поверхностях.

Тензометрический датчик – специальный прибор, который служит для измерения данных напряжения механического типа. Этот датчик создан из тонкого изолирующего слоя, который в последствии прикрепляется к поверхности специальным клеем. Проводники подобных приборов довольно тонкие: величина их диаметра может достигать 1/1000 дюйма. Также, тензодатчики могут быть в виде специальных слоев металлической пленки, которые наносятся на необходимый носитель.

В какой области можно использовать тензодатчики?

Датчик силы, как правило, находит свое применение в системах, где есть тензодатчики. Эти датчики служат для измерения таких показателей, как сила, давление, вес, стресс и т. д. Тензометрические датчики способны осуществлять взаимодействие с 1-8 тензодатчиками, которые соединены между собой параллельным путем. Они дают необходимое электропитание цепи и способны отрегулировать нужную область воздействия.

Тензометрические датчики очень хорошо показывают себя в сфере машиностроения, где их показатели имеют высокую степень важности. Также, одной из важных областей для подобных датчиков служит измерение показателей летательных аппаратов. Тензодатчики небольших габаритов, которые крепятся к любой поверхности, позволяют хорошо измерить уровень напряжения.

Тензодатчики приобретаются как комплект устройств, где в едином корпусе располагаются тензодатчики и резисторы, для обеспечения защиты, и с наличием механических точек крепления к любой конструкции. Цифровой тензодатчик ZET 7010 предназначен для измерения относительной деформации с помощью первичных преобразователей, выполненных на базе тензорезисторов.

Другие новости

Датчики крутящего момента

Выбор датчика крутящего момента компании KYOWA

Имея в основе тензометрический принцип, датчики крутящего момента KYOWA преобразуют кручение, соответствующее крутящему моменту, в электрический сигнал и передают электрический сигнал через контактное кольцо и щетку или вращающийся трансформатор и оптическое устройство. Они гарантируют точное и простое измерение момента, переданного от объекта с высокими частотами вращения. Так как все эти преобразователи используют тензорезисторы как чувствительный элемент, точное и устойчивое измерение достигается даже при длительных режимах действия и тяжелых условиях работы. Таким образом, они могут широко использоваться не только для экспериментов и исследований, но также и для индустриального измерения.

Датчики крутящего момента KYOWA предназначены для использования совместно с тензометрическими усилителями. Статический момент может непосредственно отображаться с использованием аналогового или цифрового тензометрического усилителя/индикатора. Динамический момент измеряется с использованием динамических тензоусилителей и систем сбора данных. Система сбора данных /анализатор KYOWA EDX-2000A позволяет проводить одновременное измерение и цифровую обработку момента и других процессов, таких как температура, электрические сигналы и т.п.

Ряд моделей TPN представляют собой бесконтактный тип, с использованием принципа вращающего трансформатора для передачи сигнала. Конструктив без контактного кольца и щеток позволяет избавиться от проблем трения этих частей и облегчает обслуживание. Таким образом, они могут соответственно быть включены в оборудование как инструмент контроля.

Полностью бесконтактные модели в ряда TPH обеспечивают увеличенную жесткость при кручении и гарантируют очень точное измерение при высоких частотах вращения. Встроенный усилитель позволяет датчикам крутящего момента TPH передавать выходной сигнал непосредственно на измерительный прибор или регистратор.

Датчик силы / Преобразователь силы

Датчик силы измеряет силы натяжения и сжатия, действующие на датчик, его также называют преобразователь силы. Компания WIKA предлагает преобразователи силы, использующие различные методы измерения, которые могут эксплуатироваться в самых разных применениях в диапазонах измерения от 0 … 0,5 Н до 0 … 10000 кН. Изучите наши стандарты надежности и качества.

Датчик силы / Преобразователь силы: наш ассортимент стандартных изделий

Независимо от области применения, будь то портовая логистика, машиностроение, крановое или грузоподъемное оборудование, медицина или сельское хозяйство или даже абсолютно другие области применения: выберите датчик силы WIKA, который наилучшим образом будет отвечать вашим требованиям. В ассортимент изделий WIKA входят преобразователи силы натяжения и сжатия, балочные тензодатчики, весовые модули с проушиной и кольцевые преобразователи силы, а также осевые датчики, тензодатчики натяжения, преобразователи сил натяжения троса и тензодатчики натяжения. Несмотря на наличие различных датчиков в стандартном исполнении, мы с удовольствием приспособим имеющиеся изделия к вашим конкретным требованиям. Наши технические специалисты всегда готовы помочь в выборе подходящего преобразователя силы для конкретного применения.

Датчик силы / Преобразователь силы: индивидуальное решение специально для Вас

Когда индивидуально созданный датчик силы станет наилучшим решением для вашего применения? Это может иметь место, например, при работе с особыми значениями грузоподъемности или диапазонами измерения в соответствии со спецификацией заказчика. Индивидуальные решения часто используются даже в случае осевых датчиков. Мы всегда готовы разрабатывать требуемые преобразователи силы вместе с вами. Наши опытные инженеры и технические специалисты реагируют на ваши нужды и точно знают, что нужно именно для конкретного случая. Для таких проектов мы начинаем с преобразователей силы в качестве компонента, добавляемого к модулю с целью получения оптимального системного решения задачи измерения силы.

Мы оказываем следующие услуги:

Проводим консультации по методам измерения. Например, мы собираем информацию об условиях измерения на объекте. Это обеспечивает надежную основу для досконального анализа проблемы.
Компетентная проектирование. Самые простые решения часто являются наилучшими: часто преобразователь силы из линейки стандартных устройств можно легко приспособить к конкретным потребностям. Если так не получается, мы разработаем соответствующий датчик силы, который будет удовлетворять вашим требованиям на 100 %.
Профессиональный ввод в эксплуатацию. Установка преобразователей силы, ввод системы в эксплуатацию: Вы можете полностью положиться на опыт наших технических специалистов.
Специальная программа послепродажного обслуживания. Повторная калибровка и ремонт датчиков силы: данная категория также входит в перечень наших сервисных услуг.

Тензодатчик: специальная форма датчика силы

В ассортименте изделий WIKA также имеются тензорезистивные датчики. Имеются тензодатчики специальных форм, предназначенные для использования в весовом оборудовании. Тензодатчики обладают очень низкой погрешностью измерений от 0,01 % до 0,05 % от Fном. Данные преобразователи силы, кроме других применений, используются в весовых платформах, фасовочных и упаковочных весах, а также в динамических испытательных системах, электронных высокоточных и промышленных весах.

Датчик силы / Преобразователь силы: разнообразные требования

Преобразователи силы должны удовлетворять многочисленным требованиям – и потребностям компаний среднего размера, и больших корпораций. Для таких компаний требуется быстрая доставка, наивысочайшее качество и высокая точность, обеспечение безопасности при выходе из строя и защита своих инвестиций, также они придают важное значение защите персонала. Компания WIKA является вашим надежным партнером в этом направлении.

Вы можете рассчитывать на нас в вопросе обеспечения функциональной безопасности и решении проблемы эксплуатации в экстремальных рабочих условиях. Мы работаем в соответствии с директивой по охране труда в машиностроении, 2006/42/EC. Мы предлагаем датчики силы, совместимые с уровнем производительности (PL) и уровнем полноты безопасности (SIL), их можно использовать в опасных зонах (ATEX, IECEx, FM, CSA, UL).

Датчик силы / Преобразователь силы: различные технологии

Для производства преобразователей силы компания WIKA использует три технологии: тензометрические датчики деформации, тонкопленочные датчики и гидравлический метод измерения.

Фольговые датчики деформации (FSG) характеризуются большим разнообразием геометрических форм и размеров, они обладают низкой погрешностью 0,01 % от полного диапазона измерения. Такие датчики силы могут надежно измерять даже минимальные силы. Датчики деформации приклеиваются к деформируемому телу, они производят измерения в диапазоне от 0 … 0,5 Н до 0 … 10000 кН.
Тонкопленочная технология – это вариант которому отдают предпочтение во многих применениях, даже в самых сложных. Преимущество заключается в экономической эффективности. Преобразователи силы с тонкопленочными датчиками крайне экономичны по затратам для специальных производств или OEM- применений, а также подходят для применений, связанных с обеспечением безопасности благодаря наличию выходных сигналов с резервированием. Кроме того, эти преобразователи характеризуются надежностью и высокой долговременно стабильностью. Благодаря использованию метода напыления измерительный мост датчика силы имеет контакт с телом измерительной ячейки на атомарном уровне. Данные преобразователи силы могут выполнять измерения в диапазоне от 0 … 1 до 0 … 10000 кН.
Для гидравлического измерения силы в качестве датчика силы используется поршень и корпус с различными уплотнениями. Благодаря легкости эксплуатации, надежности и возможности работы без источника питания данный метод измерения силы по заслугам оценен пользователями. Диапазон измерения от 0 . .. 160 Н до 0 … 10000 кН.

WIKA & tecsis: совместные успех

Благодаря объединению с известным во всем мире производителем измерительных приборов, tecsis, ассортимент изделий WIKA расширился за счет устройств для измерения силы. Tecsis – это символ инновационных решений высочайшего качества в технологии измерения и изготовления датчиков.

Датчики силы выпускаются на предприятиях, расположенных на трех континентах: экономически выгодным способом для получения неизбежно высокого качества и с надежной поддержкой на всех этапах производственно-сбытовой цепочки. Когда речь идет о пребразователях силы, вы можете полностью положиться на компанию WIKA – частную компанию, которая мыслит и действует в долгосрочной перспективе.

Свяжитесь с нами

Вам нужна дополнительная информация? Напишите нам:

Как они работают, области применения и типы

Тензодатчики — это устройства, которые обычно используются инженерами для измерения воздействия внешних сил на объект. Они напрямую измеряют деформацию, которую можно использовать для косвенного определения напряжения, крутящего момента, давления, прогиба и многих других измерений.

В этом посте я расскажу, что такое тензодатчики и как они работают. Затем я углублюсь в различные типы тензодатчиков, приведу несколько примеров их применения, а затем подробно рассмотрю пример одного приложения, в котором я работаю.Если вы заинтересованы в покупке тензорезистора для использования в своем проекте, я также предоставлю несколько мест, где его можно купить.

Что такое тензодатчик и как он работает?

Деформация — это безразмерное измерение, представляющее собой отношение изменения длины к первоначальной длине объекта. Таким образом, положительная деформация возникает в результате растяжения материала, а отрицательная — в результате сжатия. Напряжение — это измерение приложенной силы, деленное на начальную площадь поперечного сечения объекта или внутреннюю сопротивляемость объекта.

Рисунок 1. Слева: Состав тензорезистора (источник) Справа: Пример тензодатчика (источник)

Каждый тензодатчик состоит из металлической фольги, изолированной гибкой подложкой, как показано на рисунке выше. Два провода пропускают ток через датчик, и по мере того, как поверхность измеряемого объекта растягивается или сжимается, измеряется изменение сопротивления. Это изменение сопротивления пропорционально изменению длины на поверхности тестируемого объекта, как показано в приведенном ниже уравнении.Тензодатчики работают, измеряя изменение электрического сопротивления на тонкой проводящей фольге. Коэффициент тензорезистора (или «коэффициент манометра») — это чувствительность тензодатчика (обычно 2). Он преобразует изменение сопротивления в изменение длины.

Уравнение 1: Уравнение калибровочного коэффициента (источник).

Рис. 2. Сжатие и растяжение по данным тензодатчика (источник).

Когда тензорезистор изгибается, растягивается или скручивается, изменение сопротивления металлической фольги измеряется с помощью моста Уитстона.Измеряемое изменение сопротивления пропорционально деформации, испытываемой объектом. Пользователь может определить напряжение, испытываемое объектом, с помощью закона Гука (уравнение, показанное ниже), зная модуль упругости материала.

Уравнение 2: Уравнение закона Гука.

Типы тензодатчиков

Несмотря на то, что существует множество типов тензорезисторов — для различных применений и измеряемой степени свободы, — все они используют мост Уитстона для расчета изменения сопротивления.

Четвертьмостовой тензодатчик

Если вы измеряете одну ось, используется четвертьмостовой тензорезистор, как показано на рисунке ниже. Четвертьмост относится к тому факту, что только один из четырех резисторов является переменным (Rx), а остальные три резистора являются постоянными. Схема определяет номинал переменного резистора так, чтобы цепь была сбалансирована и между точками В и С не проходил ток.

Рис. 3. Схема четверти моста Уитстона (источник изображения: авторское право DEWESoft из их серии PRO Training).

Розетки для тензодатчиков

В некоторых тензодатчиках, называемых тензометрическими розетками, используются дополнительные датчики для измерения деформации в нескольких направлениях. Розетки используются для определения полного деформированного состояния объекта на поверхности. Полное деформированное состояние состоит из нормальных, сдвиговых и главных деформаций. В двухосной розетке используются два датчика, а тензометрические датчики установлены перпендикулярно друг другу. Для трехосной розетки необходимы три степени измерения.Эти датчики устанавливаются под углом 0°-45°-90° или 0°-60°-120° относительно друг друга, в зависимости от требуемых измерений. Ниже приведены некоторые распространенные конфигурации тензометрических розеток (вы можете увидеть исходный номер

Рис. 4. Примеры тензометрических розеток (источник изображения: авторское право DEWESoft из серии PRO Training).

Пьезорезистор

При измерении деформации в небольшом масштабе пьезорезистор часто является лучшим инструментом измерения. Эти измерения часто настолько малы, что их выражают в микродеформациях (µε или ε x 10-6).Когда используются эти датчики, меняется чувствительность, поэтому коэффициент тензорезистора часто выше, чем у обычного тензорезистора из фольги. Хотя эти датчики регистрируют меньшие изменения длины, они также более чувствительны к изменениям температуры и с большей вероятностью сломаются, чем датчики из фольги.

Где купить тензодатчики

Если вы заинтересованы в использовании тензорезистора для вашего приложения, есть множество мест, где его можно приобрести, вот лишь некоторые из них, которые мы обычно используем:

Теперь при работе с тензорезисторами вам также потребуются специальные приборы для питания и обработки выходного сигнала тензодатчика. Вот несколько вариантов от HBM и другие от Omega. Мы знаем, что многие клиенты enDAQ также заинтересованы в добавлении к нашим устройствам возможностей измерения тензодатчиков в дополнение к акселерометрам и другим датчикам, и мы планируем разработать такое решение в течение следующих нескольких лет (подробнее см. в нашей дорожной карте)!

Применение тензодатчиков

В области гражданского строительства и геотехнического мониторинга регулярно используются тензометрические датчики для обнаружения повреждений таких конструкций, как мосты, здания и многое другое.Эти конструкции требуют постоянного наблюдения, поскольку любая значительная деформация может привести к травмам или смерти. Эти датчики широко используются, потому что они имеют высокую точность, хорошо работают на больших расстояниях от объекта испытаний и требуют минимальных усилий для настройки и обслуживания в течение длительных периодов времени.

Испытания в полевых условиях часто сильно отличаются от лабораторных испытаний в идеальных условиях. Одна из причин, по которой тензорезисторы высоко ценятся, заключается в том, что их можно использовать в суровых условиях, давая воспроизводимые результаты с высокой точностью.Когда инженер испытывает объекты неправильной формы в суровых условиях с труднодоступными конфигурациями, часто требуется специализированное устройство, такое как тензодатчик. Например, аэрокосмические приложения используют миллионы тензометров для проверки результатов моделирования CAD (автоматизированное проектирование) и FEA (анализ методом конечных элементов). Эти тесты часто проводятся в динамических условиях, чтобы показать точное представление о том, как различные силы воздействуют на самолет.

Рисунок 5. Слева: мост со стальными фермами в Миннеаполисе, 2006 г. Справа: нижняя часть моста. (Источник)

Тензорезисторы

также часто используются для статических испытаний. Некоторые мосты настроены на использование беспроводной телеметрии, которая передает результаты тестирования через Ethernet. Но другие мосты в первую очередь подвергаются визуальному осмотру или пенетрации для выявления поверхностных дефектов. Хотя эти методы являются экономически эффективными, они не требуют постоянного контроля, что может привести к катастрофическим отказам, например, со стальным ферменным мостом I-35 в Миннеаполисе.Начиная с 1990 года мост был отмечен федеральным правительством как «конструктивно дефектный», а это означало, что он должен был проходить ежегодные проверки. Однако из-за отсутствия постоянного контроля с помощью тензодатчиков, значительного ремонта или замены мост неизбежно рухнул в 2007 году, в результате чего погибли 13 человек. Этот мост — лишь один из примерно 80 000 мостов в Соединенных Штатах, которые в 2007 году были признаны «конструктивно дефектными».

Пример использования тензометра

Здесь, в Midé ( Примечание: enDAQ является подразделением Midé ), мы регулярно используем тензометрические датчики для проектной работы.Недавно мы с коллегой добавили в нашу тестовую установку тензодатчик для косвенного измерения крутящего момента. Проект, над которым мы работали, был сосредоточен на разработке гидрокостюма для глубоководных погружений. В этом эксперименте мы проверили величину крутящего момента, необходимого для вращения упорного подшипника в рукаве скафандра, создав давление на упорный подшипник, чтобы имитировать его использование на глубине до 530 футов.

Рис. 6. Испытательная установка с тензодатчиком, установленным между двигателем и упорным подшипником.

Для этого испытания тензорезистор был установлен на пьедестале между двигателем и герметичным упорным подшипником, как показано на рисунке выше. Эта сборка была помещена в резервуар высокого давления, погружена в воду и находилась под давлением. Двигатель питался от переменного тока, что обеспечивало постоянный выходной крутящий момент. В ходе проведенных испытаний измерялась устойчивость упорного подшипника к осевому вращению как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.

Рис. 7. Полностью собранный рукав гидрокостюма с упорным подшипником.

Во время этого теста мы медленно увеличивали давление, чтобы определить сопротивление упорного подшипника на разных глубинах. Начиная с атмосферного давления в качестве основы, давление было увеличено до 30, 50, 75, 100, 150, 200 и 250 фунтов на квадратный дюйм (или фунтов на квадратный дюйм). Каждый раз, когда мы увеличивали давление, мотор вращался в обе стороны в течение 7-8 секунд. При самом высоком давлении максимальный крутящий момент был измерен тензодатчиком при 35 футо-фунтах в направлении против часовой стрелки (положительный крутящий момент), как показано на графике ниже.

Рис. 8. Измерения крутящего момента в зависимости от времени с использованием тензодатчика.

Заключение

Тензодатчики

— это универсальные геотехнические инструменты с широким спектром применения, которые помогают обеспечить безопасность и производительность. Они особенно ценятся за их точность, простоту установки, низкую стоимость, длительный срок службы и потребность в минимальном техническом обслуживании. Интересно рассмотреть множество будущих применений тензодатчиков в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, вантовые мосты, мониторинг рельсов (для железнодорожных систем), а также измерение крутящего момента и мощности в широком диапазоне вращающегося оборудования, такого как вентиляторы, генераторы, колеса и гребные винты. .

Я надеюсь, что этот пост помог вам лучше понять различные типы тензорезисторов, принцип их работы и области их применения. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять комментарии или обращаться к нам. И если вам понравился этот пост, не забудьте подписаться на наш блог enDAQ, чтобы узнать больше о сборе данных, датчиках и анализе.

Похожие сообщения:

Для получения дополнительной информации по этой теме посетите нашу специальную страницу ресурсов Датчики окружающей среды. Там вы найдете больше сообщений в блогах, тематических исследований, вебинаров, программного обеспечения и продуктов, ориентированных на ваши потребности в тестировании и анализе окружающей среды.

Тензодатчик: принцип работы и схема

Что такое тензодатчик

Тензодатчик представляет собой резистор, используемый для измерения деформации объекта. Когда на объект действует внешняя сила, из-за которой происходит деформация формы объекта. Эта деформация формы как при сжатии, так и при растяжении называется деформацией и измеряется тензодатчиком. Когда предмет деформируется в пределах упругости, он либо становится уже и длиннее, либо укорачивается и расширяется.В результате этого происходит изменение сопротивления впритык.

Тензорезистор чувствителен к небольшим изменениям геометрии объекта. Измеряя изменение сопротивления объекта, можно рассчитать величину индуцированного напряжения.

Изменение сопротивления обычно имеет очень небольшую величину, и для определения этого небольшого изменения тензорезистор имеет длинную тонкую металлическую полоску, расположенную зигзагообразным узором на непроводящем материале, называемом носителем, как показано ниже, чтобы он мог увеличить небольшое количество напряжения в группе параллельных линий и может быть измерено с высокой точностью. Манометр буквально приклеен к устройству клеем.

Когда объект демонстрирует физическую деформацию, его электрическое сопротивление изменяется, и это изменение затем измеряется прибором.

Мостовая схема тензометрического датчика

Мостовая схема тензометрического датчика показывает измеренное напряжение по степени несоответствия и использует вольтметр в центре моста для обеспечения точного измерения этого дисбаланса:

В этом цепи, R ₁ и R ₃ – равные между собой плеча соотношений, а R ₂ – плечо реостата имеет значение, равное сопротивлению тензодатчика.Когда датчик не нагружен, мост уравновешен, и вольтметр показывает нулевое значение. При изменении сопротивления тензорезистора мост разбалансируется и выдает показания на вольтметре. Выходное напряжение моста может быть дополнительно усилено дифференциальным усилителем.

Изменение температуры тензорезистора

Еще одним фактором, влияющим на сопротивление тензорезистора, является температура. Если температура больше, сопротивление будет больше, а если температура меньше, сопротивление будет меньше.Это общее свойство всех проводников. Мы можем решить эту проблему, используя тензометрические датчики с температурной самокомпенсацией или с помощью метода фиктивных тензорезисторов.

Большинство тензорезисторов изготовлены из константанового сплава, который компенсирует влияние температуры на сопротивление. Но некоторые тензодатчики не из изоэластичного сплава. В таких случаях вместо R ₂ в цепи четвертьмостового тензометрического датчика используется манекен, который действует как устройство температурной компенсации.

При изменении температуры сопротивление будет изменяться в одинаковой пропорции в обоих плечах реостата, а мост остается в состоянии равновесия. Влияние температуры сводится на нет. Хорошо поддерживать низкое напряжение, чтобы можно было избежать самонагрева тензодатчика . Самонагрев датчика зависит от его механического поведения.

Такое расположение считается четвертьмостовым. Есть еще две конфигурации: полумостовая и полномостовая, которые обеспечивают большую чувствительность по четвертьмостовой схеме.Тем не менее четвертьмостовая схема широко используется в системах измерения деформации.

Использование тензодатчиков

В области развития машиностроения.
Для измерения напряжения, создаваемого механизмами.
В области испытаний компонентов самолетов, таких как; соединения, структурные повреждения и т. д.

Тензорезисторы: конструкция, принцип работы и распространенные типы

Тензодатчик представляет собой устройство, которое изменяет сопротивление под воздействием силы; он преобразует физические величины, такие как сила, давление, напряжение и вес, в изменения сопротивления для измерения этих физических величин.Когда внешняя сила действует на неподвижный объект, возникают напряжение и деформация. Сила реакции (внешняя сила), создаваемая внутри объекта, представляет собой напряжение, а создаваемые смещения и деформации — деформацию.

Каталог

I. Структура

Тензорезистор состоит из чувствительной сетки, основания, свинцового покрытия и свинцового покрытия. Чувствительная сетка вклеивается между подложкой и покровным слоем с помощью клея.Типичная конструкция проволочного тензорезистора показана на рисунке ниже.

1. Чувствительная сетка

Чувствительная сетка представляет собой сетку из проволоки или фольги из сплава. Он может преобразовывать поверхностную деформацию измеряемого компонента в относительное изменение сопротивления. Поскольку она очень чувствительна, ее называют чувствительной сеткой. Он состоит из двух частей: вертикальной сетки и горизонтальной сетки. Центральная линия вертикальной сетки называется осью тензорезистора.

Чувствительная сетка является основным компонентом тензорезистора, и ее характеристики оказывают решающее влияние на работу тензорезистора. Чтобы улучшить характеристики тензодатчиков сопротивления, люди исследовали характеристики сопротивления деформации различных материалов, тем самым разработав чувствительные материалы затвора, включая металлы, полупроводники и оксиды металлов. В настоящее время обычно используемые чувствительные к металлам материалы сетки в основном включают медно-никелевые сплавы, никель-хромовые сплавы, никель-молибденовые сплавы, сплавы на основе железа, сплавы на основе платины и сплавы на основе палладия.Коэффициенты чувствительности тензорезисторов с металлическими материалами в качестве чувствительных сеток в основном составляют от 2,0 до 4,0. Полупроводниковые материалы, такие как кремний и германий, обладают пьезорезистивным эффектом, и все материалы также используются в качестве чувствительных затворов. Коэффициент чувствительности тензорезисторов с полупроводниковыми материалами в качестве чувствительных затворов в основном составляет около 150, что намного выше, чем у металлических материалов в качестве чувствительных затворов.

2. Подложка

Подложка является неотъемлемой частью тензорезистора.Его функция заключается в постоянном или временном размещении чувствительной сетки на образце перед установкой тензорезистора, а также в изоляции чувствительной сетки и образца, к которому прикреплен тензорезистор. К материалам подложек тензорезисторов, как правило, предъявляются следующие требования: мягкость и определенная механическая прочность, хорошие адгезионные и изоляционные свойства, малая ползучесть и гистерезис, отсутствие влагопоглощения, способность работать при различных температурах.

3.Токопроводящий провод

Токопроводящий провод тензорезистора представляет собой проволоку или ленточный металлический провод, вытянутый из чувствительной сетки. Обычно выводной провод подключается к чувствительной сетке и становится частью тензорезистора при его изготовлении. Есть также некоторые тензорезисторы из фольги, которые не имеют подводящего провода, когда они покидают завод. Токоподводящий провод должен иметь низкое и стабильное удельное сопротивление и небольшой температурный коэффициент сопротивления. Материал тензорезистора с нормальной температурой в основном красная медь.Для облегчения сварки поверхность медного стержня можно залужить. Выводы среднетемпературных тензорезисторов и высокотемпературных тензорезисторов могут быть посеребренными, никелированными, нержавеющими или серебряными, никель-хромовыми (или модифицированными), никелевыми, железохромоалюминиевыми, платиновыми, или платиново-вольфрамовый. Тензорезисторы с высокой усталостной долговечностью могут использовать бериллиевую бронзу в качестве свинца.

4. Защитный слой

Защитный слой тензорезистора используется для защиты чувствительной сетки от механических повреждений или для предотвращения окисления при высоких температурах.Он обычно используется для изготовления базовой пленки или ткани из стекловолокна, пропитанной органическим клеем (например, эпоксидной смолой, фенольной смолой и т. д.) в качестве покровного слоя, а клей, используемый при производстве чувствительной сетки, также может быть покрыт как Пол защиты. Материал покровного слоя включает бумагу, пластиковую пленку и ткань из стекловолокна.

II. Принцип работы

Тензорезистор представляет собой высокоточный механический чувствительный элемент с широким спектром применения.Его основная задача заключается в преобразовании деформации поверхности детали в электрический сигнал, который вводится в соответствующие приборы для анализа. В природе все объекты, кроме сверхпроводников, обладают электрическим сопротивлением, а разные объекты имеют разную электропроводность. Сопротивление объекта связано со свойствами материала и геометрией объекта, и тензодатчик сопротивления использует эту характеристику сопротивления проводника.

Наиболее важным компонентом тензорезистора является чувствительная сетка.Чувствительную сетку можно рассматривать как резистивную проволоку, и изменения в свойствах ее материала и геометрии вызовут изменение сопротивления проволочной сетки.

Предположим, что металлическая проволока имеет сопротивление, удельное сопротивление ее материала равно ρ, а исходная длина равна L. Без ограничения общности предположим, что ее поперечное сечение представляет собой круг диаметром D и площадью A, исходная значение сопротивления провода сопротивления R:

Под действием внешней силы провод сопротивления деформируется.Если предположить, что провод сопротивления вытянут в осевом направлении, его поперечный размер соответственно уменьшится, а уменьшение радиуса поперечного сечения приведет к изменению площади поперечного сечения. Исходная площадь поперечного сечения провода:

Его относительное изменение:

Где μ — коэффициент Пуассона материала провода. dL/L — относительное изменение длины металлической проволоки, выраженное в деформации, а именно:

Изменение значения сопротивления, возникающее при удлинении резистивной проволоки:

В формуле первая срок обусловлен изменением удельного сопротивления после деформации металлической проволоки; последний член обусловлен изменением геометрического размера после деформации металлической проволоки. При комнатной температуре для многих металлических материалов в пределах определенного диапазона деформации относительное изменение сопротивления проволоки сопротивления пропорционально относительному изменению осевой длины проволоки. то есть:

В формуле Ks — это коэффициент чувствительности отдельного провода. Это означает, что скорость изменения сопротивления металлической проволоки имеет линейную зависимость от ее осевой деформации. В соответствии с этим законом материалы, которые могут изменять сопротивление при деформации, используются для изготовления тензорезисторов, преобразующих сигналы деформации в электрические сигналы.

III. Общие типы

1. Проволочный тензорезистор

Проволочный тензорезистор имеет высокую усталостную долговечность и предел деформации и может использоваться в качестве элемента преобразования деформации датчика для динамических испытаний. В проволочном тензодатчике используется бумажная основа и бумажная крышка, которые недороги и просты в установке. Однако из-за того, что боковая часть чувствительной сетки тензометрического датчика имеет дугообразную форму, ее боковой эффект велик, а точность измерения низкая.Кроме того, торцевая часть дуги сложна в изготовлении, а форма не обеспечивает такой же формы, что делает работу тензорезистора рассредоточенной. Измерение деформации при комнатной температуре постепенно заменяется другими типами.

2. Тензорезистор короткого замыкания

Существуют также тензорезисторы короткого замыкания на бумажной и резиновой основе. Тензодатчик короткого замыкания закорочен толстыми медными проводами в поперечном направлении, поэтому коэффициент бокового эффекта очень мал (<0,0.1%), что является самым большим преимуществом тензорезистора с коротким соединением. Кроме того, форму чувствительной сетки легче обеспечить в процессе изготовления, поэтому точность измерений высокая. Однако из-за большого количества паяных соединений поперечное сечение резко меняется в местах паяных соединений, поэтому этот тензорезистор имеет короткий усталостный срок службы.

3. Тензометр фольговый

Чувствительная сетка фольгового тензорезистора выполнена из металлической фольги медно-никелевого сплава или никель-хромового сплава толщиной 0.002～0,005 мм, который изготавливается в процессе гравировки, изготовления пластин, фотолитографии и коррозии (см. рис. 2-5). Основа покрывается смоляным клеем с другой стороны фольги и полимеризуется при нагревании. Толщина основания обычно составляет 0,03-0,05 мм.

По сравнению с проволочными тензодатчиками преимущества фольговых тензорезисторов:

— Чувствительная сетка очень тонкая, а площадь контакта между фольгой и клеевым слоем больше, чем у проволоки, поэтому прочно приклеен и способствует передаче деформации, поэтому состояние деформации, которое он ощущает, ближе к состоянию деформации на поверхности образца, высокая точность измерения;

— Чувствительная сетка тонкая и широкая.При условии одинаковой площади поперечного сечения площадь поверхности сетки из фольги больше, чем у проволочной сетки, и рассеивание тепла хорошее, поэтому она позволяет пропускать больший ток, поэтому он может выводить более сильный сигнал. и улучшить измерение Чувствительность

— Боковые концы чувствительной сетки представляют собой более широкие полосы, поэтому боковой эффект невелик;

— Лист из фольги может обеспечить точный размер и однородность линий, поэтому коэффициент чувствительности мал;

— Фольговые тензорезисторы имеют малую ползучесть и длительный усталостный срок службы;

— Хорошая производительность при обработке, из него можно изготовить тензометрические датчики различных форм и размеров, особенно тензометрические датчики с малой длиной сетки или специальным чувствительным рисунком сетки;

— Производственный процесс автоматизирован, возможен серийный выпуск, эффективность производства высокая.

Поскольку тензорезисторы из фольги обладают многими из вышеперечисленных преимуществ, они широко используются в различных областях измерений. Тенденция к постепенному замещению проволочных тензорезисторов при измерении деформации при комнатной температуре.

Что такое тензодатчик?

Введение в тензодатчики

Тензодатчик (иногда называемый тензодатчиком) — это датчик, сопротивление которого изменяется в зависимости от приложенной силы; Он преобразует силу, давление, напряжение, вес и т. , в изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить. Когда внешние силы приложены к неподвижному объекту, результатом являются напряжение и деформация. Напряжение определяется как внутренние силы сопротивления объекта, а деформация определяется как происходящее смещение и деформация.

Тензодатчик является одним из наиболее важных датчиков в технике электрических измерений, применяемых для измерения механических величин. Как следует из их названия, они используются для измерения деформации.Как технический термин «деформация» состоит из деформации растяжения и сжатия, отличающихся положительным или отрицательным знаком. Таким образом, тензометрические датчики могут использоваться как для измерения расширения, так и сжатия.

Напряжение тела всегда вызывается внешним воздействием или внутренним действием. Деформация может быть вызвана силами, давлением, моментами, теплом, структурными изменениями материала и т. п.Если выполняются определенные условия, количество или значение влияющей величины может быть получено из измеренного значения деформации. Эта особенность широко используется в экспериментальном анализе напряжений. Экспериментальный анализ напряжения использует значения деформации, измеренные на поверхности образца или конструктивной детали, для определения напряжения в материале, а также для прогнозирования его безопасности и долговечности. Специальные преобразователи могут быть разработаны для измерения сил или других производных величин, например, моментов, давлений, ускорений, перемещений, вибраций и других.Преобразователь обычно содержит чувствительную к давлению диафрагму с прикрепленными к ней тензорезисторами.

Узнайте больше о тензодатчиках и об истории манометрических датчиков.

Узнайте больше о тензодатчиках

Прецизионные тензодатчики общего назначения

Прецизионные тензодатчики общего назначения представляют собой герметичные тензодатчики из константановой фольги, предлагаемые в широком ассортименте моделей для научного, промышленного и экспериментального анализа напряжений. Эти прецизионные тензорезисторы можно использовать для экспериментального анализа напряжения, контроля промышленного оборудования или различных научных приложений. В разделе тензорезисторов общего назначения вы найдете шаблоны тензорезисторов рядом с номерами деталей, чтобы вы могли увидеть геометрию тензорезисторов. Размеры манометра также указаны в единицах СИ (метрическая система, мм) и в единицах измерения, принятых в США (английские, дюймы). Прецизионные тензометрические датчики общего назначения предлагаются в линейном исполнении, с двойной параллельной решеткой, тройниковой розетке (0/90°), прямоугольной или треугольной (45° или 60°), сложенной или плоской розетке и срезной конфигурации.

Датчики качества преобразователя

Тензометрические датчики качества преобразователя предназначены для заказчиков, которые производят преобразователи или аналогичные сенсорные устройства. Тензорезисторы преобразовательного качества имеют более жесткие допуски на размеры трима держателя, что позволяет при необходимости использовать край держателя для выравнивания тензорезистора. Они также имеют более жесткие допуски на номинальные значения сопротивления. Эти манометры можно отрегулировать с помощью плавной регулировки в соответствии со спецификациями производителя преобразователя, а также их можно настроить в соответствии с уникальными требованиями преобразователя.Они также являются отличными готовыми датчиками для экспериментального анализа напряжений и/или проектов проверки деформации.

Тензорезисторы Karma

Выберите правильный тензодатчик

Предварительно подключенные тензодатчики

Прецизионные манометры с изолированным проводом длиной 1 м или 3 м для простоты установки. Манометры серии KFH доступны с линейными схемами, тройниковыми розетками или планарными розетками 0/45/90.

Тензодатчики для измерения сдвига или крутящего момента

Полумостовые тензорезисторы для измерения сдвига или крутящего момента.Их прочная конструкция, надежность и гибкость делают их подходящими для высокоточных статических и динамических преобразователей.

Часто задаваемые вопросы

Измерительные цепи тензодатчиков

Чтобы измерить деформацию с помощью тензодатчика сопротивления, он должен быть подключен к электрической цепи, способной измерять мельчайшие изменения сопротивления, соответствующие деформации. В тензометрических преобразователях обычно используются четыре тензометрических элемента, электрически соединенных в мостовую схему Уитстона. На рисунке 1 показана типичная диаграмма тензорезистора. Мост Уитстона представляет собой разделенную мостовую схему, используемую для измерения статического или динамического электрического сопротивления. Выходное напряжение моста Уитстона выражается в выходных милливольтах на входной вольт. Схема Уитстона также хорошо подходит для температурной компенсации. Количество активных тензодатчиков, которые должны быть подключены к мосту, зависит от приложения.Например, может быть полезно соединить датчики, которые находятся на противоположных сторонах балки, один на сжатие, а другой на растяжение. При таком расположении можно эффективно удвоить выходную мощность моста при том же напряжении. В установках, где все плечи подключены к тензодатчикам, температурная компенсация осуществляется автоматически, так как изменение сопротивления (из-за колебаний температуры) будет одинаковым для всех плеч моста.

Тензодатчики, изготовленные по индивидуальному заказу

OMEGA может изготовить тензорезисторы по индивидуальному заказу.Мы понимаем, что нашим клиентам может потребоваться индивидуальный шаблон, изготовленный в соответствии с их спецификациями. Тензорезисторы могут быть разработаны для упрощения установки тензорезисторов, для конкретного применения или для среды с ограниченным пространством. Если вы не нашли то, что вам нужно в нашем ассортименте стандартных калибров, сообщите нам об этом. Мы можем настроить ваш тензодатчик в соответствии с вашими потребностями, в том числе:

Модификация стандартного калибра
Создание пользовательской розетки или шаблона тензодатчика
Установка нескольких датчиков на общий держатель
Предусмотреть нестандартную длину провода
Использовать специальный материал
Переместите площадки для пайки или предусмотрите дополнительные точки подключения
Изготовление обшивки определенного размера или формы для устранения препятствий

Мы можем предоставить индивидуальные характеристики ползучести, соответствующие вашему пружинному элементу, чтобы максимизировать производительность вашего датчика. Наша команда будет работать с вами, чтобы изменить компенсацию ползучести в большую или меньшую сторону в соответствии с результатами ваших испытаний. OMEGA может предоставить 1/2 или полные конструкции моста Уитстона или розетки по индивидуальному заказу.

Мы стремимся сделать покупку нестандартного тензорезистора быстрой и легкой. Просто отправьте OMEGA свой индивидуальный чертеж вместе с вашими спецификациями и необходимым количеством тензодатчиков. Команда OMEGA будет работать с вами над вашей заявкой и предоставит предложение для нестандартных тензорезисторов.Мы можем изготовить контрольные образцы нестандартных датчиков всего за 2 недели. Вскоре после этого объемы производства. Для вашего тензорезистора будет создан индивидуальный номер детали, чтобы упростить и ускорить будущие заказы.

Тензодатчик | Сопутствующие товары

↓ Посмотреть эту страницу на другом языке или в другом регионе ↓

Принцип работы тензодатчика

— ваш электрический справочник

Привет, друзья,

В этой статье я собираюсь описать вам принцип работы тензометрического датчика , тензометрический коэффициент и работу тензодатчика.

Тензодатчик представляет собой пассивный преобразователь, преобразующий механическое перемещение в изменение сопротивления. Датчик деформации представляет собой тонкое пластинообразное устройство, которое можно прикрепить к различным материалам для измерения приложенной деформации. Они используются в качестве основного датчика во многих типах датчиков, таких как датчики давления, тензодатчики, датчики крутящего момента и т. д.

Очень распространены тензометрические датчики фольгового типа (рис. 1), в которых резистивная фольга крепится на материале подложки. Они доступны во множестве форм и размеров для различных применений.Сопротивление фольги изменяется по мере того, как материал, к которому прикреплен датчик, подвергается растяжению или сжатию из-за изменения его длины и диаметра.

Это изменение сопротивления пропорционально приложенной деформации. Поскольку это изменение сопротивления очень мало по величине, его влияние можно обнаружить только с помощью моста Уитстона. Это основной принцип работы тензодатчика .

Принципиальная схема показана на рисунке №2. На этой принципиальной схеме тензорезистор подключен к мосту Уитстона.Эта схема устроена так, что когда к тензодатчику не приложено никакой силы, R ₁ равно R ₂, а сопротивление тензорезистора равно R ₃ . В этом состоянии мост Уитстона уравновешен, и вольтметр не показывает отклонения.

Но при приложении к тензодатчику нагрузки сопротивление тензодатчика изменяется, мост Уитстона разбалансируется, через вольтметр протекает ток. Поскольку чистое изменение сопротивления пропорционально приложенной деформации, результирующий ток, протекающий через вольтметр, пропорционален приложенной деформации.Таким образом, вольтметр можно калибровать по напряжению или силе.

В приведенной выше схеме мы использовали только один тензодатчик. Это известно как схема «четверть моста». Мы также можем использовать два или даже четыре тензорезистора в этой схеме. Тогда эта схема называется «полумост» и «полный мост» соответственно. Полномостовая схема обеспечивает большую чувствительность и наименьшие погрешности из-за изменения температуры.

Коэффициент тензорезистора

Коэффициент тензодатчика определяется как единичное изменение сопротивления на единицу изменения длины.

т.е. манометрический коэффициент G _f = (∆R/R)/( ∆l/l)

где R = номинальное манометрическое сопротивление,
∆R = изменение сопротивления,
l = длина образца в ненагруженное состояние,
∆l = изменение длины образца.

Это может быть доказано математически,

Калибровочный коэффициент, G _f = 1 + 2v + (∆ρ/ρ)/(∆L/L)

Если изменение удельного сопротивления из-за деформации почти незначительно , тогда

коэффициент тензодатчика , G _f = 1 + 2v

Где v – коэффициент Пуассона. Его можно определить как отношение деформации в поперечном направлении к деформации в осевом направлении. Коэффициент Пуассона для большинства металлов находится в диапазоне от 0 до 0,5, что дает калибровочный коэффициент приблизительно равный 2.