Как работает тензорезисторный датчик? Способы диагностики тензорезисторных датчиков.

В различных отраслях промышленности, а также в повседневной жизни достаточно широко используются тензодатчики, представляющие собой несложные приборы электромеханического действия. В каждом из них размещается механическое регистрирующее устройство, деформация которого преобразуется в электрический сигнал. На этом принципе работают тензодатчики веса, схема подключения которых может осуществляться в нескольких вариантах.

Тензодатчики: принцип работы и применение

Все тензодатчики работают на принципе изменяющегося сопротивления в процессе механического воздействия на проводник. Простейшее конструктивное исполнение тензодатчика для весов сделано в виде проводниковой мелкоячеистой сетки, закрепленной на токопроводящей основе. В качестве такой основы может использоваться металлическая фольга. Полученный прибор при ударе или надавливании способен точно определить основные параметры такого воздействия: где, когда и с какой силой был нанесен удар.

Основная роль тензора в подобных ситуациях – своевременная сигнализация о воздействии. Чтобы полученные данные обрели необходимый формат, к тензодатчику веса подключаются дополнительные устройства. В тензорных регистрирующих приборах для исполнительной схемы используется проволочный вариант, в котором присутствуют петли, перемычки и витки. Приборы с более высокой сложностью изготавливаются с применением фольгированных комбинированных схем. Это позволяет получать точные сведения при однокомпонентных, двух- и трехмерных и кольцевых деформациях.

Фиксация изменений сопротивления во время расширения или сжатия полупроводниковых и проводниковых пластин получила название тензорезистивного эффекта. В этом случае деформации подвергается сама атомарная структура какого-либо материала. Благодаря этим свойствам было создано много тензорезистивных приборов, нашедших широкое применение в различных областях.

В первую очередь эти физические свойства используются в тензодатчиках веса, устанавливаемых в бытовых напольных весах, в электронных весах магазинов, а также во многих промышленных установках, предназначенных для взвешивания крупногабаритных грузов. Тензодатчики веса выпускаются в широком ассортименте, что позволяет легко подобрать требующуюся комплектацию для конкретного случая. Кроме различных типов весов, эти приборы используются в балочных весовых регистраторах, измеряющих весовые нагрузки в мостовых и платформенных конструкциях. С их помощью регистрируется величина деформационного сдвига или изгиба.

Схемы подключения тензодатчиков

Тензодатчики веса подключаются к индикатору или весовому терминалу двумя основными способами. Как правило, используется четырехпроводной или шестипроводной вариант. В основном, когда применяются тензодатчики веса, схема подключения бывает с помощью четырех проводов.

На различные типы весов грузоприемных устройств устанавливаются тензодатчики разных типов. Например, в автомобильных весах грузоприемные устройства выполняются в виде сборной конструкции. В этом случае применяются две полуплатформы, размещаемые на восьми тензодатчиках – по четыре на каждую из них. Обе группы приборов подключаются с помощью специальных суммирующих плат, объединяющих сигналы, поступающие с тензодатчиков. Они же выравнивают и угловые нагрузки за счет подключения в цепь дополнительных резисторов.

Подключение диммера: схемы подключения и инструкция по монтажу

Выключатель с подсветкой: установка, подключение, схема

Схема подключения УЗО

Распиновка RJ45 по цветам – обжимка витой пары, все варианты подключения, схемы

Схема подключения светодиодов

Диммер – что это, принцип действия светорегулятора, преимущества и недостатки, область применения, схема подключения устройства

image Колонные тензодатчики / Цилиндрические тензодатчики Тензодатчики колонного и цилиндрического типа используются в бункерных, резервуарных, силосных, автомобильных и железнодорожных весах. image Тензодатчик / S-образный тензометрический датчик Тензометрические датчики используются по несколько штук (обычно три или четыре) в весоизмерительных системах, бункерных и конвейерных производственных… Весовые модули, работающие на растяжение Весовые модули, работающие на растяжение, обеспечивают безопасное преобразование подвесных бункеров и резервуаров в весы. Встроенные функции гарантиру… Датчик растяжения Датчики растяжения используются в таких весоизмерительных системах, как подвесные бункеры и резервуары. Датчик веса / высокоточная весовая ячейка Быстродействующие и высокоточные весовые модули. Разработаны с учетом особых требований производителей машин и оборудования для упрощения процесса инт… Лучшие предложения div > .uk-panel’, row:true}» data-uk-grid-margin data-uk-scrollspy=»{cls:’uk-animation-slide-right uk-invisible’, target:’> div > .uk-panel’, delay:300}»>

Системы сбора данных QuantumX

Датчики веса

Лазерные сканеры scanCONTROL

Инфракрасные камеры thermoIMAGER

Датчики силы

Измерительная электроника

Genesis Highspeed DAQ

Лазерные триангуляционные датчики

Статьи

div > .uk-panel’, row:true}» data-uk-grid-margin data-uk-scrollspy=»{cls:’uk-animation-scale-down uk-invisible’, target:’> div > .uk-panel’, delay:300}»>

Технология индивидуальных измерений: HBK поддерживает ITER в термоядерных экспериментах

Принцип работы современных автомобильных весов

Наши партеры div > .uk-panel’, row:true}» data-uk-grid-margin data-uk-scrollspy=»{cls:’uk-animation-fade uk-invisible’, target:’> div > .uk-panel’, delay:300}»>

Сегодня разберем вопрос сервисного ремонта на примере автомобильных электронных весов. Прогресс в сфере производства тензодатчиков неизбежно ведет за собой рост качества данных элементов, но так или иначе ничто не вечно, особенно кода данный модуль подвергается постоянному механическому воздействию. Опираясь на опыт нашей организации в сервисном обслуживании тензометрических весов, рассмотрим основные причины выхода их из строя:

• Обрыв цепи сигнала, либо питания •Разгерметизация тензометрического модуля • Нарушение изоляции сигнального кабеля, либо кабеля питания может повлечь за собой не только разрыв контактна, но и разгерметизацию самого тензодатчика • Деформация металлоконструкции • Инородные объекты, препятствующие полноценной работке механики конструкции • Неисправность весового преобразователя • Брак соединительной коробки тензодатчиков

Разберем каждую неисправность подробнее.

Обрыв цепи сигнала, либо питания

Довольно часто случается так, что весы не подвергались преждевременному износу, не перегружались и обслуживались согласно инструкции, предписанной производителем, однако в самый неподходящий момент просто перестали работать. Бить тревогу и судорожно обзванивать сервисные организации не стоит, если эта ситуация произошла не в гарантийный период, необходимо взять на вооружение вольтметр, набор отверток и попытаться выяснить причину неисправности.

Первым делом необходимо найти и раскрутить соединительную коробку, (как правило, она находится под весами, либо в специально отведенном под нее лючке) обнаружить ее довольно просто, из нее выходит сигнальный кабель, непосредственно ведущий к весовому терминалу. Далее записываем, либо фотографируем последовательность цветов сигнала и питания, затем раскручиваем клеммы и «прозваниваем» питание (как правило это черный «-» и красный «+» провода) и сигнал ( часто белый «-» и зеленый «+»). В случае подобной диагностики нет необходимости обладать специальными техническими знаниями, достаточно проанализировать показания всех датчиков и сделать очевидный вывод, если один из датчиков не «звонится», соответственно проблема в нем. Чаще всего причиной подобной неприятности служит перебитый либо надорваный кабель, останется лишь скоммутировать его по цветам, (в идеале пропаять) заизолировать и снова проверить его мультиметром, скорее всего проблема разрешится.

Разгерметизация тензометрического модуля

Разгерметизация тензодатчика подразумевает под собой попадание влаги на чувствительный элемент (тензорезистор), что выводит датчик из строя, без возможности какого-либо восстановления.

Довольно часто, но все же на порядок реже, первой причины, встречается проблема разгерметизации тензометрического датчика. Это происходит как по вине производителя – производственный брак, так и по вине пользователя – несоблюдение предписанных инструкций.

Производственный брак тензодатчика – явление довольно редкое, ведь перед его отправкой конечному потребителю, датчик проходит множество проверок как на герметизацию, так и на механические воздействия, после которых ему присваивается индивидуальный номер и паспорт с соответствующими характеристиками.

Эксплуатация весов не должным образом, в свою очередь, явление довольно распространенное, спустя год-два беспроблемной эксплуатации, многие забывают о том, что недопустима эксплуатация весов транспортом с перегрузом, так же как и превышение установленного скоростного режима авто на грузоприемной платформе. Ярким примером последствий данных пренебрежений служит деформация корпуса тензодатчика с последующей разгерметизацией. Подобное случается нередко и для того, чтобы этого избежать разгерметизации тензометрического датчика, следует придерживаться установленным требованиям эксплуатации. Так же не лишним будет периодический осмотр тензодатчиков, если к ним есть открытый доступ без применения подъемной техники, в ином случае подобные манипуляции лучше доверить компетентным лицам.

Нарушение изоляции сигнального кабеля, либо кабеля питания может повлечь за собой не только разрыв контактна, но и разгерметизацию самого тензодатчика.

Еще одним неприятным моментом в неисправности весов может послужить попадание влаги на чувствительные элементы тензодатчика (тензорезисторы) за счет нарушения изоляции кабеля датчика. Данная ситуация довольно нетривиальна, хоть и встречается нередко. Особенность данной поломки заключается в том, что при повреждении изоляции кабеля тензодатчика, сам датчик может подсасывать влагу, через каналы коммутации, идущие к тензомосту. Самое коварное в выявлении данного факта – это поведение тензодатчика. Он может какое-то время выдавать вполне адекватные показания и даже при замере номинального сопротивления мультиметром, значения не будут выходить за рамки нормы, однако при все при этом обрабатываемый сигнал будет «прыгать» вверх и вниз от -170% до +170% показаний массы. Выявить такую проблему довольно сложно и для точо, чтобы верно определить неисправный датчик, необходимо иметь специальное оборудование, однако подобные опереции может выполнять весовой терминал NEWTON-2, достаточно зайти в режим диагностики и следовать инструкциям.

Остальные неисправности автомобильных электронных весов

8-938-135-69-74 — ЗВОНИТЕ!  МЫ ПОМОЖЕМ В ЛЮБОЕ ВРЕМЯ

БЕСПЛАТНАЯ КОНСУЛЬТАЦИЯ !

На уровень выходного сигнала датчика, установленного в конструкцию влияет множество факторов. Для получения надежной оценки уровня выходного сигнала необходимо выполнить простые вычисления на базе изменения максимальной нагрузки внутри конструкции и в области поперечного сечения элемента или балки, в которой установлен тензодатчик.

Минимальный выходной сигнал.

Необходимо убедиться, что датчик воспринимает достаточные нагрузки во всем рабочем диапазоне для обеспечения достаточного и применимого уровня сигнала. Практическое правило: тензодатчик должен подвергаться изменениям нагрузки на единицу площади поперечного сечения не менее 15Н/мм2 для стали (5Н/мм2 для алюминия).

Максимальный выходной сигнал.

Как правило, несущие конструкции действующих объектов в нормальных рабочих условиях не могут подвергнуть встраиваемый датчик чрезмерным нагрузкам, которые приведут к его повреждению. При встраивании датчика в металлические элементы конструкции необходимо, чтобы изменение нагрузки на единицу площади поперечного сечения не превышало 75Н/мм2 для стали (25Н/мм2 для алюминия).

Оценка выходного сигнала.

Сжатие/Растяжение

Сдвиг

Тензометрические датчики подразделяются:

  • -по типам (балочные, S-образные, таблеточные, сдвоенная балка и т.п.);
  • -по максимальной нагрузке ( от нескольких грамм до десятков и сотен тонн);
  • -по чувствительности (1..2..3 mV выходного сигнала на 1 V питающего напряжения);
  • -по классу точности (количество поверочных интервалов) и т.д.

Основные характеристики тензодатчиков.

Наибольший предел измерения (НПИ). НПИ- это максимальное усилие которое может воспринимать тензодатчик. Фактически датчик имеет дополнительный запас прочности, но при выборе тензодатчика номинальная нагрузка на него не должна превышать НПИ. Для особо ответственных конструкций рекомендуется выбирать НПИ тензодатчика с дополнительным запасом.

Конструкция тензодатчика. Наиболее распространенные конструкции тензодатчиков: балочный, мостовой, сильфонный, одноточечный (single point), колонный, шайбовый, S — образный. Выбор типа конструкции обуславливается назначением весовой системой, в которой применяется тензометрический датчик и конструктивными особенностями места его установки.

Схема подключения тензодатчика. Самая распространенная это так называемая «четырехжильная» схема подключения, такая схема используется в обычных случаях. В случаях, когда имеется существенная разница сопротивлений кабелей смежных тензодатчиков, используется «шестижильная» схема подключения, такая схема позволяет компенсировать электрическое сопротивление кабелей тензодатчиков.

Класс точности тензодатчика. В соответствии с OIML R 60 классы точности датчиков распространяются в очень широком диапазоне, но в реальности классы точности тензодатчиков соответствуют от D1 до С6. Наибольшее применение нашел класс точности C3, что примерно соответствует комбинированной погрешности 0.02%. Использование более точных датчиков требует обоснования. Также влияет на точность весовой терминал.

Материал тензодатчика. Чаще всего датчики изготавливаются из легированной стали, нержавеющей стали и алюминия. Обычно одноточечные (single point) датчики производятся из алюминия, а остальные из легированной стали. Нержавеющая сталь более дорогая и предлагается как опция, чаще применяется в пищевых производствах.

Другие характеристики тензодатчиков. Также при выборе тензодатчика следует обратить внимание на: рабочий диапазон температур, рабочий коэффициент передачи (РКП), рекомендуемое и максимальное напряжение питания, класс защиты, входное и выходное сопротивление, длину и диаметр кабеля.

Чувствительный элемент тензодатчика.

Принцип измерения деформаций с помощью тензорезисторов состоит в том, что при деформации изменяется их активное сопротивление. Конструктивно тензорезистop представляет собой элемент из тензочувствительного материала на подложке, закрепляемой с помощью связующего (клея, цемента и т. п.). При этом деформация исследуемой конструкции, переданная материалом связующего подложки на чувствительный элемент, приводит к изменению его сопротивления, функционально зависимого от деформации вдоль главной оси тензорезистора. Однако использование в качестве связующей основы с металлом полимерного материала, обладающего не только упругими, но и высокими эластичными и пластическими свойствами, приводит к зависимости констант упругости связующей основы от времени — релаксационным явлениям. При этом соответственно изменяются во времени возникающие при передаче деформации сдвиговые напряжения и их распределение по длине чувствительного элемента. Следовательно, при этом меняется коэффициент передачи деформации и выходной сигнал датчика. Причем, изменения во времени вносят заметный вклад в погрешность измерения, что затрудняет создание датчиков высокой точности. Релаксационные процессы в связующем полимерном слое определяют такие характеристики, как ползучесть и механический гистерезис, которые искажают измеряемые значения чувствительности, приводят к нелинейности статической характеристики преобразования. А при длительной деформации в полимерном материале протекают процессы перемещения внутри молекул, комплексных групп и т. д., а также перемещения самих молекул, частиц и целых комплексов, которые приводят к необратимым пластическим течениям материала и связанной с этим длительной ползучести. Из теории полимеров известно, что гистерезисные явления в них определяются различными причинами, важнейшими из которых являются релаксационные процессы, связанные с временными процессами вязкоупругости и текучести. И такой вид гистерезиса проявляется при любом цикле нагрузкиразгрузки. Кроме этих явлений гистерезис в полимерных связующих может определяться также механическими процессами, связанными о разрушением молекул и молекулярных связей, а также тепловыми эффектами при деформации. Все это в совокупности ограничивает чувствительность и точность тензодатчиков, у которых тензорезисторы прикреплены к упругому элементу с помощью полимерных материалов.

Чтобы определить степень влияния, которое оказывает приклеивание тензорезистора на точность метода оценки напряжений и деформаций, проведем следующий расчет. Пусть в результате силового воздействия в образце упругого элемента толщиной ?ду появилось нескомпенсированное напряжение, которое вызывает изгибающий момент ДМ. Тогда в соответствии с теорией упругости изгибающее напряжение Ду на поверхности упругого элемента равно:

здесь J — момент инерции поперечного сечения образца, который определим из выражения:

Относительная деформация Де на поверхности, соответствующая Ду, будет равна:

При присоединении к упругому элементу с помощью клея толщиной дк тензорезистора толщиной дT общая толщина в месте приклейки составит дy + дк + дT. Деформация элемента Де1 в этом случае составит:

Здесь J1 — момент инерции для сечения сложного профиля — находится по известным соотношениям теории сопротивления материалов:

Совершенно очевидно, что относительная ошибка, обусловленная приклеиванием тензорезистора о, имеет систематический характер и определяется как

Для различных размеров упругих элементов, толщины слоя клея и толщины тензорезисторов ошибка, рассчитанная по формулам для о, J и J1, колеблется от 4% до 10%.

Целью нашей работы является выбор тензодатчика, обладающего более высокой чувствительностью и точностью измерений.

Выбор датчиков для автомобильных весов должен быть обоснован техническими требованиям к точности взвешивания на автомобильных весах. Поэтому наиболее подходящий датчик для автомобильных весов с вышеизложенными техническими характеристиками — тензодатчик LPA.

Чертеж тензодатчика.

Характеристика тензодатчика LPA.

Встройка датчика в автомобильные весы.

Узел встройки (тип В)

Важные моменты при установке.

  • 1. Датчик должен быть изолирован от воздействия моментов изгиба и кручения конструкции, если они не являются объектами измерений.
  • 2. Датчик должен быть расположен кА можно ближе к нейтральной оси силы или сил , которые не являются объектом измерений.
  • 3. Для дополнительной защиты места установки датчика от коррозий используется грунт, краска или другие антикоррозионные вещества.

Выбор промежуточных преобразователей.

Измерительной установкой называется совокупность функционально и конструктивно объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для рациональной организации измерений. Измерительная установка позволяет предусмотреть определенный метод измерения и заранее оценить погрешность.

Измерительными приборами называют средства измерений, предназначенные для выработки сигналов, функционально связанных с измеряемыми физическими величинами, в форме, доступной для восприятия наблюдателем.

Измерительная установка автомобильных весов.

Выбор весового индикатора.

Под весовым индикатором понимают весоизмерительные устройства, предназначенные для измерения электрического аналогового сигнала весоизмерительных тензодатчиков и применяющиеся как комплектующее изделие в весах, весодозирующих и весоизмерительных (силоизмерительных) устройствах.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий