Как работает тензодатчик – Класс точности с3 тензодатчик – Что такое тензодатчики и чем они отличаются — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Тензодатчик: принцип работы. | Статьи

Тензодатчик представляет собой резистор, сопротивление которого изменяется при деформации (нагрузке). Как правило, используются блоки тензорезисторов, соединённые по мостовой схеме. Тензорезисторы приклеиваются к поверхности металлической балки, размеры и форма которой соответствуют диапазону внешних нагрузок и области применения (тензодатчики балочного типа, S-образного типа, мембранного типа и т.п.). Кроме балки могут быть использованы и другие типы упругих элементов.

К одной диагонали моста подводится постоянное напряжение питания (от 5 до 15)В. С другой диагонали моста снимается напряжение (от 0 до 10)мВ, пропорциональное силе воздействия (растяжения, сжатия, изгиба и т.п.).

Так как пассивная гравитационная масса показывает с какой силой тело взаимодействует с внешним гравитационным полем, а вес — это сила с которой тело действует на горизонтальную опору или подвес, то есть является гравитационным свойством тела, то в современной метрологии измерение массы (в г, кг, т) осуществляется взвешиванием.

Тензорезисторные датчики (первичные измерительные преобразователи), а так же весовые индикаторы (весовые терминалы, весовые контроллеры), или вторичные измерительные преобразователи, являются ключевыми элементами весоизмерительных систем.

Весовые индикаторы осуществляют питание мостовой схемы тензорезисторных преобразователей, следят за стабильностью питающего напряжения, а так же осуществляют преобразование напряжения, снимаемого с моста тензодатчика, в цифровой код, а также преобразование его в показания веса, посредством соответствующей процедуры калибровки по эталонному весу.

Учитывая достаточно высокую скорость первичного и вторичного преобразования информации, указанные весоизмерительные системы широко используются как для статического взвешивания (платформенные, автомобильные, бункерные, конвейерные весы), так и для автоматизации технологических процессов (фасовка, упаковка, многокомпонентное смешивание и дозирование) в производстве жидких и сыпучих продуктов, где требуется контроль и измерение веса.

В этой связи наряду с поставкой весовых индикаторов (весовых терминалов, весовых контроллеров) мы предлагаем к поставке широкий спектр тензорезисторных датчиков, как со склада, так и под заказ.

Предлагаемые тензорезисторные датчики совместимы с нашими вторичными весовыми преобразователями и преобразователями тензосигналов в цифровой код (ПТЦ-001).

Что такое тензодатчик?! Разница между тензометрическим датчиком и тензорезисторным датчиком.. Статьи. Поддержка. РАЗНОВЕС.РУ

Тензодатчик веса – это основной и, пожалуй, главный весоизмерительный элемент, который применяется практически во всех типах оборудования, применяемого для измерения массы. Именно от тензодатчика напрямую зависит точность и скорость измерений веса.

Общие сведения

Принцип работы системы измерения веса с использованием тензодатчика предельно прост: под действием массы груза, в тензодатчике возникает механическая деформация, которую и учитывает датчик, преобразует её в электрический аналоговый или цифровой сигнал, и передаёт на индикатор веса, на котором и отображается масса взвешиваемого груза.

Современные тензодатчики прекрасно справляются со своей работой даже в достаточно жестких условиях, поскольку обладают хорошей влаго- и пылезащитой. Спектр применения тензометрического оборудования довольно широк — от самых простых весоизмерительных элементов, до сложнейших технологических промышленных комплексов динамического взвешивания.

Отвечая на вопрос, который был поставлен в шапке статьи, можно сказать, что понятия «тензорезисторного» и «тензометрического» датчика отличаются также, как «ксерокс» и «копировальный аппарат». Дело в том, что тензометрические датчики – это наиболее широкое понятие, включающее в себя все виды весоизмерительных датчиков. Существуют различные способы измерения деформаций: тензорезистивный, пьезорезистивный, оптико-поляризационный, волоконно-оптический, и механический — простое считывание показаний с линейки механического тензодатчика. Каждый из этих способов дал название виду тензодатчика. А поскольку, наибольшее распространение среди электронных тензодатчиков получили тензорезистивные датчики, то это название стало практически нарицательным.

Тензодатчик

Итак, тензодатчик – это силоизмерительный элемент в оборудовании, принцип действия которого основывается на измерении деформации. Тензодатчики используются в бункерных и крановых весах, весовых дозаторах и др. Тензодатчики используются практически во всех современных электронных весоизмерительных системах и системах дозирования.

Тензодатчик

Тензодатчики обеспечивают высокую точность измерений, устойчивы к воздействию окружающей среды, а современные технологии позволяют добиться систематизации и автоматизации всего процесса измерения, используя оборудование с электронными тензодатчиками.

Следует отметить высокие показатели таких основных аспектов, как:

  • Высокая точность измерения. Современные тензодатчики обладают практически безупречной точностью. Самыми распространенными тензодатчиками являются датчики класса точности C3, что соответствует комбинированной погрешности 0.02%. Существуют тензодатчики и с более высоким классом точности.
  • Разнообразие конструкций. Современные тензодатчики обладают огромным разнообразием конструкций: S-образный, мостовой, балочный, шайбовый, сильфонный, одноточечный и колонный. Применение конкретного типа датчика зависит от назначения и конструкции весовой системы, места и способа его установки. Благодаря огромному разнообразию конструкций тензодатчиков, можно выбрать оборудование, наиболее подходящее для конкретных производственных нужд заказчика.
  • Надежность материалов. Большинство тензодатчиков изготовлены из алюминия, нержавеющей или легированной стали, что обеспечивает долгий срок службы оборудования. Водонепроницаемые тензодатчики, которые изготавливаются из нержавеющей стали, обладающие классом защиты IP68, особенно востребованы в пищевой и рыбной промышленности.

Примечательно, что даже в условиях неисправности одного из датчиков, весы с несколькими тензодатчиками сохраняют работоспособность и точность измерений.

Тензометрические датчики (тензодатчики) – конструктивно представляет собой металлическую конструкцию, внутри которой расположены резисторы с электросхемой. Тензодатчик связан с корпусом весового дозатора или весовой платформы, и, при изменении веса, корпус тензодатчика подвергается деформации, после чего результат деформации передается на тензорезисторы, а оттуда, информация о массе — на весовой терминал.

Среди многообразия форм, типов тензометрических датчиков, среди датчиков, различных по цене и качеству сложно сделать правильный выбор.

При выборе тензодатчика следует учитывать следующие показатели:

  • Наибольший предел измерения (НПИ) — следует учитывать, что предполагаемая номинальная нагрузка на тензодатчик не должна превышать НПИ. Хотя фактически датчик имеет дополнительный запас прочности, некоторые конструкции весов требовательны к наличию дополнительного запаса НПИ.
  • Материал тензодатчика – как мы уже писали выше, наибольшее распространение получили тензометрические датчики из нержавеющей и легированной стали, а также алюминия. Как правило, только одноточечные тензодатчики изготавливаются из алюминия, все остальные выполнены из стали.
  • Класс точности тензодатчика – на практике класс точности тензодатчика может лежать в диапазоне от D1 до С6, хотя, в соответствии с OIML R 60, класс точности тензометрического датчика может быть и в более широком диапазоне. Наиболее распространен класс точности C3. Необходимость применения более точных датчиков требует обоснования, поскольку с классом точности цена растет в геометрической прогрессии.
  • Схема подключения тензодатчика – обычно для подключения тензодатчиков используется «четырехжильная» схема подключения. Однако в частных случаях, и в случаях, когда присутствует большая разница в сопротивлении кабелей смежных тензодатчиков, применяется «шестижильная» схема подключения.

Выбирая тип тензометрического датчика, также, обратите внимание на следующие характеристики: рабочий диапазон температур, рабочий коэффициент передачи, класс защиты, диаметр и длину кабеля, входное и выходное сопротивление, рекомендуемое и максимальное напряжение питания.

Выделяют следующие виды тензодатчиков

Одноточечные тензодатчики — главным их как преимуществом, так и недостатком является возможность создания весоизмерительной системы используя лишь один датчик. Такие датчики применяются в фасовочном и дозирующем оборудовании, а также в конструкциях небольших платформенных весов с малой нагрузкой на платформу.

Одноточечный тензодатчик.

Консольные тензодатчики (консольная балка сдвига) напротив, используются как чувствительные элементы в весах и весоизмерительных системах с общим НПВ в 5-7 тонн.

Консольный тензодатчик.

S-образные тензодачтики (балка на растяжение-сжатие) — предназначаются для использования в подвесных и бункерных весах. Датчики укомплектованы шарнирными подвесами, за счет которых снижается затрачиваемое время на установку и запуск оборудования. В основе работы таких тензодатчиков лежит принцип преобразования механической силы растяжения/сжатия в электрический сигнал, пропорциональный этой механической силе.

S-образный тензодатчик.

Цилиндрические тензодатчики работают по принципу преобразования показаний механической деформации при сжатии в пропорциональный электрический сигнал. Чаще всего применяются при выпуске новых или модернизации старых вагонных, автомобильных или многотонных бункерных весов, а также в испытательных стендах.

Цилиндрический тензодатчик.

 

Высокотемпературные тензодатчики применяются при необходимости измерения веса в условиях высокой температуры. Чаще всего такие датчики встречаются в металлургической отрасли и на промышленных предприятиях.

Датчики, выполненные из нержавеющей стали, как правило, рассчитаны на долгий срок эксплуатации в агрессивных условиях, поэтому чаще всего встречаются на предприятиях пищевой или химической промышленности.

Подводя итоги, можно сказать, что тензодатчик – это важный элемент, составляющий основу механизма любого электронного весоизмерительного оборудования. Электронное весовое оборудование, в отличие от механического оборудования, благодаря применению датчиков силы, стало менее громоздким, более точным и намного более функциональным. Электронная система с применением тензодатчиков позволила перейти на качественно новый уровень работы и полностью автоматизировать контрольно-измерительные процессы.

Принцип работы тензодатчика

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

Двухопорные тензодатчики

Двухопорные тензодатчики: с цилиндрическими опорами и с плоскими опорами.

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

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

Коэффициент тензочувствительности.

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

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

Формула может быть представлена в виде:

Второй вариант формулы коэффициента тензочувствительности.

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

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

Конструктивная схема исполнения ненаклеиваемого тензодатчика

Рисунок 1. Конструктивная схема исполнения ненаклеиваемого тензодатчика.

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

 

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

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

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

Конструктивная схема наклеиваемого тензодатчика.

Рисунок 2. Конструктивная схема наклеиваемого тензодатчика.

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

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

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

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

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

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

Схема подключения тензодатчиков к индикатору веса

Подключение тензодатчика к индикатору веса, на первый взгляд кажется простой задачей, но неправильное соединение может вызвать уменьшение точности измерения или некорректную работу весовой системы. Тензодатчики различных производителей имеют либо 4-х проводный, либо 6-ти проводный кабель для подключения к весовому индикатору.

Ниже приведены схемы подключения для этих двух типов тензодатчиков:

Большинство промышленных весовых систем используют несколько тензодатчиков, в этом случае они должны быть подключены параллельно. Обычно эту связь делают не простой скруткой, а с применением специализированных соединительных коробок. Дополнительно, некоторые модели таких коробок позволяют «подогнать» сопротивление датчиков друг под друга, т.е. сбалансировать систему из множества датчиков.

Тензодатчики поставляются с кабелем определенной длины. При удлинении соединительного кабеля следует учитывать, что это может привести к падению точности измерения. Также при изменении длины кабеля следует производить перекалибровку весового индикатора, к которому подключен тензодатчик.

Как подключить тензодатчик к весовому терминалу

Большинство тензодатчиков поставляется с документацией, в которой указывается цветовая маркировка идущих от него проводов и их назначение. 4-х проводные тензодатчики, судя по названию, имею 4 соединительных линии:

   +EXC — +Питание
   -EXC — -Питание
   +SIG — +Сигнал
   -SIG — -Сигнал

Т.е. две линии это цепи питания и две это выходной сигнал датчика. Для корректной работы необходимо подать питающее напряжение на линии +EXC и –EXC, в соответствии с техническими характеристиками датчика, обычно оно составляет от 5 до 12 вольт. После подачи питания на сигнальных линиях SIG меняется напряжение, и это изменение необходимо фиксировать весоизмерительным прибором.


На рисунке приведена схема подключения тензодатчика четырёхпроводного типа, на примере датчика фирмы Zemic и весоизмерительного прибора КВ-001.

Некоторые тензодатчики могут иметь не четыре, а шесть соединительных проводов. Две дополнительные линии называются – линиями обратной связи, и имеют маркировку SENSE. Эти две дополнительные линии позволяют осуществлять компенсацию потерь на длинных проводах. Как видно из рисунка выше, в случае подключения четырехпроводного тензометрического датчика, функция компенсации потерь не используется, и необходимо использовать перемычки для подключения тензодатчика к прибору.

Четырехпроводные тензодатчики датчики лучше использовать на короткие расстояния передачи сигнала. Шестипроводные датчики, благодаря линиям обратной связи, обладают большей точность и их можно использовать для больших расстояний, т.к. эти две дополнительные линии позволяют осуществлять компенсацию потерь на длинных проводах.


На рисунке приведена схема подключения тензодатчика шестипроводного типа, на примере датчика фирмы Zemic и весоизмерительного прибора КВ-001.

Определение маркировки проводов тензодатчика без документации

Если у вас отсутствует описание тензодатчика, для определения маркировки проводов можно использовать обыкновенный мультиметр, при условии, что датчик аналоговый, а не цифровой.

  • Измерьте сопротивление между всеми проводами. В 4-проводном тензодатчике имеется шесть комбинаций проводов, следовательно, вы получите 6 значений сопротивлений, одна пара проводов будет иметь сопротивление больше, чем все остальные.
  • Пара с самым большим сопротивлением – это линия питания, оставшаяся пара проводов – линия сигнала.
  • Подключите линию питания к весоизмерительному прибору, или подайте напряжение.
  • Измерьте напряжение на линии сигнала, определив тем самым полярность подключения.

Подключение нескольких тензодатчиков при помощи соединительной (балансировочной) коробки

Как подключать несколько тензодатчиков при помощи балансировочной коробки можно посмотреть на видео

Заземление и экранирование при подключении тензодатчика.

Организация заземления и экранирования важный вопрос успешного создания весовой системы с использованием тензодатчиков. Надёжное решение данной задачи — ключ к правильной работе тензометрического датчика, генерирующего слаботочные сигналы. Кабели тензодатчиков должны иметь экранирующую оплетку, которая, при правильном подключении, обеспечивает защиту от электростатических и других помех.

Основное правило, которое нельзя нарушать: необходимо избегать «земляных» петель, т. е. заземлять устройства нужно в ОДНОЙ общей точке. Петли могут возникать если экран кабеля подключать к заземляющему контуру с двух концов. Поэтому, если корпус датчика надёжно заземлён и одновременно соединён с экраном — этого достаточно, в противном случае — соединить экран с заземлением только с любого ОДНОГО конца, например, в электрощите, где установлен прибор отдельным жёлто-зелёным проводом. Под «заземлением» мы понимаем защитное заземление, желто-зелёный провод. Использовать «нейтраль» в качестве «земли» очень нежелательно.

Если датчики соединяются параллельно, то необходимо не забывать соединять друг с другом и экранные оплётки кабелей через соответствующий контакт клеммы в соединительной коробке, и тут же их заземлять вместе с корпусом коробки. Общий кабель, идущий от соединительной коробки к прибору, соединять с заземлением также с ОДНОЙ стороны, как описано выше, не допуская образования «земляной» петли, желательно возле входа в измерительный прибор, то есть заземлять со стороны приёмника.

На кабель датчика, прямо поверх изоляции, на расстоянии 4-5 см от клеммы измерительного прибора, желательно защёлкнуть ферритовый фильтр для блокировки возникающих в цеху разнообразных помех по «земле». Такие фильтры производятся под кабели разных диаметров. Фильтры желательно защёлкнуть и на других длинных линиях, например RS-485, на приёмном и передающем устройстве. Если индуктивности одного фильтра недостаточно для надёжного уменьшения уровня помехи, такие фильтры можно защёлкивать последовательно на небольшом расстоянии друг от друга, наращивая тем самым индуктивность до необходимого уровня.

описание, инструкция и принцип работы

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

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

Особенности работы

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

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

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

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

Формула также может быть представлена в следующем виде:

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

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

Наклеиваемый тензодатчик

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

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

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

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

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

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

Как работает тензодатчик? — Блог о строительстве

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

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

Особенности работы

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

    Изменением геометрических размеров.Изменением удельного сопротивления материала.

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

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

Формула также может быть представлена в следующем виде:

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

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

Наклеиваемый тензодатчик

Наклееваемый тензодатчик также пользуется популярностью.

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

Тензодатчики способны воспринимать все деформации наружного волокна детали и реагировать на сжатие или растяжение.

Проволочные тензодатчики имеют небольшие размеры и поэтому являются безынерционными. В большинстве случаев подобные датчики размещают в труднодоступных местах. Благодаря ряду достоинств эти устройства действительно приобрели значительную популярность.

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

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

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

Чтобы регистрировать сложные деформации тензодатчика специалисты применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты.

Например, изучить сложные деформации можно с помощью оциллогрофа. Теперь вы знаете, как работает тензодатчик и его разновидности. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Тензодатчиком называется датчик, преобразующий измеряе­мую деформацию твердых тел в электрический сигнал. Рассмотрим принцип действия и устройство тензодатчика сопротив­ления, преобразующего деформацию (растяжение или сжатие) в изменение электрического сопротивления проводников или полу­проводников.Двухопорные тензодатчики: с цилиндрическими опорами и с плоскими опорами.Изменение сопротивления проводника тензодатчика при действии деформации объясняется 2-мя причинами: изменением гео­метрических размеров (длины, диаметра проволоки) и измене­нием удельного сопротивления материала тензодатчика.Работа тензодатчика характеризуется коэффициентом тензочувствительности (S), который равен частному от деления относи­тельного изменения сопротивления тензодатчика на его относи­тельную деформацию:где Lи R— соответственно длина и сопротивление датчика при отсутствии механического напряжения;?Lи?R— соответственно изменение длины и сопротивления в результате воздействия внешнего деформирую­щего усилия.Формула может быть представлена в виде:Коэффициент тензочувствительности является безразмерной величиной и может быть как положительным (для материалов, у которых сопротивление при растяжении увеличивается), так и отрицательным (для материалов, у которых сопротивление при растяжении уменьшается).

Для различных металлов значение Sколеблется от —12,6 (никель) до +6 (платино-иридий). Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах 50—1000 Ом.Проводниковые тензодатчики делают из металлической проволоки (никель, копель, константан и др.) диаметром 0,015 – 0,05 мм.Конструктивно они выполняются ненаклеиваемыми и наклеиваемыми.Рисунок 1. Конструктивная схема исполнения ненаклеиваемого тензодатчика.На рис.

1 приведено конструктивное исполнение ненаклеиваемого тензодатчика. Чувствительным элементом в нем являет­ся круглая проволока.Наклеиваемый тензодатчик представляет собой тонкую про­волочку, сложенную в виде решетки (рис. 2) и обклеенную с обеих сторон изоляционными пластинками из папиросной бумаги, пленки лака или клея.Для определения растяжения или сжатия пластинка прочно наклеивается на поверхность детали при помощи специального клея (например, БФ-2, БФ-4, бакелитового клея и др.), тензодатчики воспринимают деформации наружного во­локна детали и реагируют на растяжение и сжатие.

В случае pacтяжения сопротивление проволочки тензодатчика увеличивается, а при сжатии – уменьшается.Проволочные датчики имеют малый вес и габариты, практически безынер­ционны и потому могут измерять быстро меняющиеся деформации.Рисунок 2. Конструктивная схема наклеиваемого тензодатчика.Проволочные тензодатчики можно размещать в труднодоступных местах, они просты по конструкции и дешевы. Все перечислен­ные достоинства тензодатчиков вызвали их широкое распространение.К недостаткам проволочных тензо­датчиков следует отнести малую вели­чину относительного изменения сопро­тивления и, следовательно, малую чувствительность.

В связи с этим при использовании тензодатчиков следует применять измерительные схемы высо­кой чувствительности и сложности.Проволочные тензодатчики применя­ют при измерении деформаций в деталях механизмов в качестве главных элементов датчиков усилий, веса, давления, крутящего момента и т. п.Тензодатчик является составной частью электрического тензо­метра — прибора для измерения в твердых телах деформаций, возникающих под воздействием нагрузок.Для измерения дефор­маций датчики включаются в мостовые или потенциометрические схемы. Тензодатчики позволяют измерять как статические, так и динамические деформации.При необходимости регистрации сложных деформаций применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты; регистрация при этом производит­ся, например, на осциллографе, что делает установку значительно сложнее.Поделитесь полезной статьей:

Главная» Электромонтаж» КИПиА» Как работает тензодатчик?

Содержание

    1Особенности работы2Наклеиваемый тензодатчик

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

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

Особенности работы

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

    Изменением геометрических размеров.Изменением удельного сопротивления материала.

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

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

Формула также может быть представлена в следующем виде:

Коэффициент тензоустойчивости считается безразмерной величиной и поэтому он может быть, как положительным, так и отрицательным показателем.

Для разнообразных металлов значение S может колебаться от – 12.6 до +6. Величина номинального сопротивления тензодатчика находится в пределах от 50 до 1000 Ом.Важно знать! Проводниковые тензодатчики изготовляют из металлической проволоки. Их диаметр составляет от 0.015 до 0.05 мм.

Наклеиваемый тензодатчик

Наклееваемый тензодатчик также пользуется популярностью.

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

Тензодатчики способны воспринимать все деформации наружного волокна детали и реагировать на сжатие или растяжение.

Проволочные тензодатчики имеют небольшие размеры и поэтому являются безынерционными. В большинстве случаев подобные датчики размещают в труднодоступных местах. Благодаря ряду достоинств эти устройства действительно приобрели значительную популярность.

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

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

Благодаря использованию тензодатчиков у вас появится возможность измерять не только статические, но и динамические деформации.Чтобы регистрировать сложные деформации тензодатчика специалисты применяют питание измерительных мостов напряжением высокой частоты.Например, изучить сложные деформации можно с помощью оциллогрофа. Теперь вы знаете, как работает тензодатчик и его разновидности. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Источники:

  • dekormyhome.ru
  • fazaa.ru
  • vse-elektrichestvo.ru

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

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

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

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

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

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

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

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о