Тензодатчики. Общие сведения и принцип работы.

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.

Тензодатчики. Общие сведения и принцип работы.

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.