Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Весовой измерительный датчик для весов

Занимаясь ремонтом весоизмерительной техники приходится сталкиваться с некоторым непониманием со стороны механиков такого важного понятия, как принцип работы весового измерительного датчика. Постепенно собралась небольшая коллекция частозадавемых вопросов и ответов на них.

В принципе в интернете и на книжной полке есть достаточно материалов, но, как правило, это в основном информация для инженеров проектировщиков, вызывающая зевоту у инженеров ремонтников.

Ответы на вопросы делались на основе практических умозаключений и на основании полученных знаний на лекциях по метрологии, но вполне допускаются ошибки в оконечных выводах, фактически все ответы подкреплены практическими данными. Вопросы будем рассматривать от простого к сложному.

  •   Как правильно называть весовой измерительный датчик для весов.
  • Работая с весами уже более 20 лет, ответ на этот вопрос так и не был найден, поэтому просто перечислим встречавшиеся термины.
  • Датчик ХХХХ (где ХХХХ маркировка датчика), чувствительный элемент — Масса-К
  • Тензометрический датчик (тензодатчик) – CAS
  • Балка – жаргон
  • Мы же будем дипломатично называть — весовой измерительный датчик для весов.
  • Устройство весового измерительного датчика для весов.

Вопрос довольно глобальный, постараемся упростить материал как можно больше, и не вдаться в теоретические выкладки. В самом конце подборки мы все-таки рассмотрим весовой измерительный датчик для весов в более расширенном варианте. А пока, максимально упрощенный вариант.

Классический весовой измерительный датчик для весов на выходе имеет четыре разноцветных провода два — питание (+Ex, -Ex), два — измерительные концы (+Sig, -Sig).

  1. Для справки. Встречаются несколько вариантов обозначения выводов весового измерительного датчика для весов
  2. Питание
  3. +Ex, Ex+, Exc+, Excitation+, +Питания, +Питания датчика
  4. -Ex, Ex-, Exc-, Excitation-, — Питания, -Питания датчика
  5. Выход
  6. Sig+, LC-Sig+, +Signal, +Сигнал, +Сигнал датчика
  7. Sig-, LC-Sig-, -Signal, -Сигнал, -Сигнал датчика
  8. Цепи компенсации (только для 6-проводного варианта)
  9. +Sense, +Sen, Sen+, Обратная связь+
  10. -Sense, -Sen, Sen-, Обратная связь-

Иногда встречается вариант с пятью проводами, где пятый провод служит экраном для остальных четырех. Суть работы весовой измерительный датчик для весов проста, на вход подается питание, с выхода снимается напряжение. Выходное напряжение меняется в зависимости от приложенной нагрузки на весовой измерительный датчик для весов (балку).

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

  • Упрощенная электрическая схема весового измерительного датчика для весов
  • Основное отличие 6-проводного весового измерительного датчика от 4-проводного.
  • При большой длине проводов от весового измерительного датчика до блока АЦП, сопротивление самих проводов начинает влиять на показания весов.
  • Существует два решения этой проблемы:

1. Делать длину проводов одной и той же длины,  тогда погрешность от сопротивления проводов вносимая в цепь измерения будет заранее известна, и будет скомпенсирована на уровне АЦП.

Для справки. На весах Масса-К серии ВТ было использовано оригинальное решение, АЦП был установлен прямо на весовом измерительном датчике, что позволяло решить проблему сопротивления проводов. Но был допущен серьезный инженерный просчет – переключатель калибровки не был вынесен за переделы весового измерительного датчика, и как результат усложненная процедура калибровки.

2. Добавить измерительную цепь, с помощью которой можно измерить сопротивление провода (а точнее падение напряжения) и в динамике подкорректировать погрешность от сопротивления проводов вносимую в цепь измерения.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Измерительная цепь +Sen, -Sen позволяет измерить падение напряжения на соединительных проводах

 Для этих целей добавляют два провода +Sen, -Sen которые и позволяют измерить падение напряжения на проводах, теперь достаточно вычесть это значение  из общих измерений и мы получим показания только с тензорезисторов.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Упрощенный алгоритм работы обратной связи для компенсации падения напряжения на проводах

Вывод: Из вышесказанного следует, для 4-проводной схемы подключения весового измерительного датчика категорически не рекомендуется изменять (удлинять или укорачивать) длину кабеля от датчика до АЦП. В принципе при изменении длины соединительного кабеля можно сделать повторную калибровку, но вот калибровку термокомпенсации, вряд ли удастся, если это не предусмотрено конструкцией весов

Зачем в балке весового измерительного датчика для весов сделаны отверстия?

Если бы в балке не было отверстий, то вся нагрузка была бы распределена по всей поверхности в равной степени, и выявить деформацию было бы очень трудно.

Так как тензорезисторы должны размещаться в местах наибольшего напряжения, то место установки последних делают специально тонким, нагрузка приложенная на конец балки, была максимально выражена в этих самых местах.

Для максимального эффекта тензорезисторы строго ориентируют на поверхности балки, строго под самым тонким местом.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Тензорезистор установлен строго по меткам на поверхности балки и в соответствии с метками на подложке.

Двумя отверстиями расположенными рядом достигается эффект – на одной плоскости один датчик работает на сжатие другой на растяжение.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Работа тензорезисторов под нагрузкой

Устройство тензорезистора.

Как правило, тензорезистор весового измерительного датчика для весов представляет собой длинный проводник выполненный в виде змейки. При сжатии длина проводника уменьшается и сопротивление уменьшается, при растяжении длина увеличивается и сопротивление увеличивается.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Основной тензорезистор, его положение строго позиционировано, в примере 265 Ом

Измерительный тензорезистор устанавливается строго по меткам, позиционные метки расположены по трем сторонам.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Компенсационный тензорезистор, требования к позиционированию менее жесткие, в примере 20 Ом  

Китайский тензодатчик.

Несмотря на привычный образ для китайской продукции – товар плохого качества. Китайские тензодатчики обладают довольно хорошими измерительными параметрами, и это не просто цифра на бумажке, а реальная цифра снимаемая с тензодатчика при измерениях. Но без ложки дегтя не обойтись, именно на китайских  датчиках первый раз довелось увидеть деформацию балки, видимую даже невооруженным взглядом.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Тензодатчик 6кг (Китай) деформация видна без линейки

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

  1. Тензодатчик 150кг (Китай) и снова деформация видна без измерительных приспособлений
  2. Не то что бы тензодатчики других производителей (не Китай) работают безотказно, например при наезде на тензодатчик машиной, тензодатчик конечно выходит из строя, но на нем просто срезает резьбу, нарезаем новую резьбу и датчик снова исправен. 
  3. Определяем маркировку проводов для измерительного датчика  весов.

Применяем  теорию на практике.  В качестве образца рассмотрим датчик с весов CAS DB H, у которого нам надо определить  назначения контактов с датчика, а именно входные/выходные цепи.

Для справки.  Весы CAS DB H со старым АЦП, дисплей люминесцентный с накалом. Напряжение питания может отличаться от весов с черным АЦП.

Провода имеют  цветовую маркировку и их 5 – черный, синий, зеленый, красный, белый. Черный откидываем сразу, он ни с чем не звонится – это экран. Будем отталкиваться от того факта, что большинство  датчиков имеют выходное сопротивление измерительного моста кратным 350 Ом, а сами датчики подключены по мостовой схеме.  Измеряем сопротивления между всеми выводами, получаем 6 значений:

  1. красный-белый 422 Ом
  2. синий-зеленый 350 Ом
  3. синий-красный 335 Ом
  4. зеленый-красный 335 Ом
  5. синий-белый 261 Ом
  6. зеленый-белый 261 Ом

Способ №1 классический.

Более быстрый, но дающий результат, в случае если датчик имеет выходное сопротивление измерительного моста кратное 350 Ом.

Как можно увидеть синий и зеленый провод  являются контактами  выходного сопротивления измерительного моста, так как сопротивление между ними кратно 350 Ом. Соответственно  оставшиеся два контакта красный и белый  — это контакты питания датчика.

Рис. Определяем входные и выходные цепи датчика с весов CAS DB H.

Для справки. Остальные данные по сопротивлению проводов весового датчика весов CAS DB H можно посмотреть здесь. Допускается отклонение сопротивления от указанных +-1 Ом. Стандартное напряжение питания датчика – это  +5В, но датчики обычно рассчитываются на 12В.  

Способ №2 альтернативный.

Проверялся только на мостовой схеме, для других схем подключения может не подойти.

Находим контакты с максимальным  сопротивлением, красный и белый провод имеют сопротивление больше всех , 422 Ом – это контакты для входного напряжения. Соответственно оставшиеся два синий и зеленый, есть контакты выходного сопротивления измерительного моста.

 Мы намеренно опустили определение полярности входных и выходных групп контактов, что бы не перегружать материал информацией.

Определение полярности контактов для измерительного датчика весов (в разработке).

Тут все несколько неоднозначно, по крайней мере,  для нас. Поэтому выкладываем только данные практических экспериментов. В качестве объекта измерения выбраны весы CAS DB 1H с тензодатчиком BC-150DB.  Зная паспортные данные тензодатчика,  имея 4 варианта   подключения и зная правильную ориентацию на станине – снимем показания с выходного датчика. Правильное подключение по паспорту. 

Читайте также:  Датчик скорости ВАЗ 2114: где находится, признаки неисправности, как проверить, схема подключения, как снять датчик

Вариант 1. (паспортное подключение)

Рис.   Подключение тензодатчика по заводским параметрам.

Питание от 5В

  • 0кг, на выходе  0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен  1,160
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен  5,956
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен  10,751

Давление на датчик снизу вверх — дает на выходе отрицательное напряжение.

Вариант 2. (перевернутое подключение)

Рис.   Подключение тензодатчика наоборот, на входе плюс подключаем к минусу, на выходе плюс соединяем к минусу.

Питание от 5В

  • 0кг, на выходе  0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен  1,150
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен  5,916
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен  10,679

Давление на датчик снизу вверх — дает на выходе отрицательное напряжение.

Как видно из показаний, данные АЦП несколько отличаются. В рабочем режиме  весы начинают «врать», то есть показывать меньший вес, но если весы откалибровать — показания становятся правильными и весы становятся полностью работоспособными.

Вывод.

Фактически подключение не влияет на работоспособность весов в целом, но показания при разных подключениях имеют небольшое отличие. Тензодатчик можно заставить работать в обоих подключениях.  Два других варианта подключения рассматривать не будем, так как показания вольтметра на выходе получаются отрицательными, а соответственно нас не интересуют.

Как проверить тензодатчик или диагностика неисправностей в работе тензодатчиков

Указанные в статье параметры диагностики тензодатчиков относятся к продукции группы компаний VPG выпускаемые под брендами: CELTRON, REVERE TRANSDUCERS, SENSORTRONICS, TEDEA-HUNTLEIGH. При диагностике тензодатчиков других производителей следует использовать параметры тестирования указанные в техническом паспорте тестируемого тензодатчика.

Тензодатчики предназначены для определения силы или веса в широком диапазоне неблагоприятных условий. Они не толькосамая важная часть системы электронного взвешивания, но и наиболее уязвимая.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверкаВозможные причины выхода из строя тензодатчиков:- перегрузка- попадание молнии- скачки напряжения- воздействие химических веществ или влаги- неправильная установка- вибрации- ударные нагрузкиЭти причины могут привести к дрейфу нуля, неустойчивой передаче данных или её отсутствию вообще.К снижению точности показаний приводит обрезка длины стандартного кабеля тензодатчика, так как его сопротивление учитывается в общем сопротивлении указанном в паспорте тензодатчика.

Данная статья рассматривает типовые проблемы при эксплуатации тензодатчиков и способы тестирования для выявления мест поломки комплекса весоизмерительного оборудования.

Тщательно проверьте целостность весоизмерительной системы:• Проверьте систему на наличие замыканий (может быть вызвано загрязнением, механическими повреждениями)• Проверьте на наличие повреждений, коррозии или значительного износа металлоконструкций платформы.• Проверьте кабельные соединения с распределительной коробкой и весовым терминалом.

• Проверьте работоспособность и точность показаний индикатора или весового терминала на исправном тензодатчике.Проведите визуальный осмотр весоизмерительного оборудования перед началом выполнения тестов описанных далее.

Особое внимание следует уделить признакам коррозии (особенно в местах установки тензодатчиков), целостностикабелей ( разрывы, разрезы, замокания ) и состоянию кабельных вводов и разъемов.

Для тестирования тензодатчиков необходимо следующее оборудование:• Высокоточные, откалиброванные, цифровые вольтметр и омметр с точностью измерения ± 0,1 мВ и ± 0,5 Ом, для измерения баланса нуля и целостности мостовой схемы.• Мегаомметр, с прелом измерения 5000 МОм с точностью 500 МОм при напряжении 50 вольт, для измерения сопротивления изоляции.

Не используйте мегомметры с рабочим напряжением более 50 вольт, чтобы не допустить выхода из строя тензодатчика!

• Для измерения баланса нуля потребуется подъемное устройство для снятия нагрузки (кран, гидравлический домкрат и т. д.)

Для сравнения используйте данные параметров тензодатчика указанные в сертификате калибровки, которым укомплектован каждый тензодатчик. В сертификате калибровки указываются точные значения входного и выходного сопротивления, сопротивление изоляции, баланс нуля, номинальная нагрузка и схема подключения.

Тестовые процедуры и анализ

На приведенной ниже диаграмме представлена предлагаемая последовательность действий при тестировании комплекса весоизмерительного оборудования. Для определения  места неисправности необходимо произвести измерения на каждом тензодатчике отдельно.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Тест №1: Баланс нуля

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Анализ результатов.

Изменения в нулевом балансе обычно возникают, если тензодатчик постоянно испытывает деформирующие перегрузки и/или ударные нагрузки. Тензодатчики у которых показания измеренного напряжения меняются, скорее всего имеют повреждение тензорезистора в следствии воздействия химических веществ или влаги, соответственно так же вероятно повреждение изоляции и герметизирующего слоя.

Тест №2: Сопротивление изоляции

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Сопротивление изоляции измеряется между контурами электрических цепей тензодатчика, корпусом датчика и экрана кабеля. Пред началом измерений отключить весовой индикатор от тензодатчика или тензодатчик от распределительной коробки в зависимости от схемы включения, далее соединить вместе все входы и выходы тензодатчика. Произвести замер сопротивления изоляции с помощью мегаомметра между соединенными проводами (четырьмя или шестью) и корпусом тензодатчика. Повторите измерение между теми же 4 или 6 выводами и экраном кабеля. Затем измерьте сопротивление изоляции междукорпус тензодатчика и экраном кабеля.Никогда не используйте мегаомметр для измерения входного сигнала иливыходного сопротивление тензодатчика, так как он работает с использованием величины напряжении которое превышает максимальное допустимое напряжение для цепей тензорезистора.

  • Анализ результатов.
  • Стабильность измерений параметров сопротивления изоляции так же может зависеть от окружающей температуры.

Сопротивление изоляции всех тензодатчиков должно быть не менее 5000 МОм между тензорезистором и корпусом тензодатчика, тензорезистором и корпусом тензодатчика и экрана кабеля. Если сопротивление ниже этого значения, то это скорей всего это связано с губительным воздействием химических веществ или влаги на тензодатчик или кабель. Чрезвычайно низкие значения измерения (≤1 кОм) указывают на короткое замыкание, а не на воздействие влаги.

Тест №3: Целостность моста

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверкаЦелостность моста проверяется путем измерения входного и выходного сопротивления, а также баланса моста. Отсоедините тензодатчик от соединительной коробки или весового терминала.Сопротивление на входе и выходе измеряется с помощью омметра для каждой пары входных и выходных сигналов. Сравните измеренное значение с значением указанным в сертификате калибровки тензодатчика или в технической документации к нему. Техническую документацию на тензодатчик вы можете найти на нашем сайте на странице тензодатчика вашей модели на вкладке «Документация».Баланс моста получается путем измерения значения сопротивления между:• минусовым выводом ВЫХОД и минусовым выводом ВХОД • минусовым выводом ВЫХОД и плюсовым выводом ВХОДРазница между обоими значениями измерений должна быть меньше или равна 1 Ом.

Анализ результатов.

Изменения мостового сопротивления или баланса моста чаще всего вызвано оборванным или или отгоревшим проводом, отказом электрического компонента или внутренним коротким замыканием.

Чаще всего это происходит из-за бросков напряжения (молния или сварка), физического разрушения от ударной нагрузки, вибрации или усталости металла, воздействия высокой температуры или при использовании не совместимых компонентов в системе весоизмерительного оборудования.

Тест №4: Сопротивление удару

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Анализ результатов.

Неустойчивые и случайные показания могут указывать на повреждение электрических соединение или поврежденный клеевого слоя тензорезистора. Если Вы не нашли ответ на интересующий вас вопрос, возможно он есть на форуме нашего сайта.

Универсальный тестер тензодатчиков LCT-Ultimate

Для профессиональной работы по диагностике и проверке тензодатчиков рекомендуем универсальный тестер тензодатчиков LCT-Ultimate который является автономным ручным устройством, которое было специально разработано для проверки и выявления неисправностей тензорезисторных элементов тензодатчиков. Отличительной особенностью данного тестера является наличие возможности проверки тензодатчика на усталость металла.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Вам так же могут быть интересны статьи:

  • Цветовая маркировка проводов тензодатчиков
  • Схема электрической цепи тензодатчика с описанием

  Тензодатчики

Диагностика, проверка тензодатчика на исправность

Главная / Поддержка / Диагностика тензодатчика

Внимательно проверьте 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;

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверка

Тестер HY-LCT – с помощью данного устройства  возможно выполнение  всех необходимых замеров.

В случае отсутствия специализированного оборудования для проверки тензодатчиков, ее можно произвести с помощью следующих устройств:

  • Вольтомметр с пределом измерения ≤0.5Ω и ≤0.1 mV (на крайний случай качественный мультиметр) для измерения нулевого баланса, и целостности тензометрического моста;
  • Мегомметр 1000 МОм не более 50В постоянного тока, для измерения сопротивления изоляции;
  • Грузоподъёмное устройство (домкрат, кран и т.д.), необходимое для поднятия грузоприемного устройства и освобождения тензодатчика от воздействия нагрузки;
  • Подготовить таблицу для фиксации значений снимаемых при замере;
Читайте также:  ДМРВ Газель: как проверить датчик, распиновка ДМРВ cименс

Для выявления неисправности тензодатчика достаточно провести 4 основных типа испытаний. Рассмотрим последовательность их выполнения и для чего они необходимы:

1)  Проверка сопротивления изоляции.

Для выполнения данного теста, необходимо подключить мегомметр к кабелю тензодатчика и проверить на наличие тока утечки между корпусом тензодатчика и токоведущими частями. Для проверки тензометрических цепей Keli  допускается применение мегомметра напряжением не более 50В постоянного тока.

Для функционирующего тензодатчика значение снятых замеров не должно быть ниже  5 Мом. Если значение сопротивления изоляции меньше 1кОм – это свидетельствует о явном коротком замыкании.

Короткое замыкание может быть между корпусом тензодатчика и токоведущими частями (тензорезисторами), а также в кабеле.

При коротком замыкании в кабеле, его можно заменить, если это предусматривает конструкция тензодатчика.

2)  Проверка тензометрического моста – Уитстона.

Тензометрический датчик: что это, подключение, проверкаОтсутствие повреждений моста проверяется путем измерения входного и выходного сопротивления, а также сопротивления баланса моста. Отсоедините датчик из коробки или измерительного прибора. Входные (EXC+, EXC-) и выходные (SIG+, SIG-) сопротивления измеряется омметром, подключаемом к каждой паре входных и выходных проводов тензодатчика. Затем производится сравнение входного и выходного сопротивления со значениями в калибровочном паспорте (выдается производителем) или с техническими данными из каталога. 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.

Расхождения входного и выходного сопротивления тензодатчика от паспортных значений, говорит  о неисправности тензометрического моста,  как следствие — появление сопротивления разбаланса, оно свидетельствует о неработоспособности тензодатчика и необходимости его замены. Данные неисправности, как правило возникают вследствие электрического воздействия (сварка, статическое поле, электрический пробой), физического (динамические удары, прокручивание, боковые нагрузки).

3) Проверка нулевого баланса (в ненагруженном состоянии).

Данный тест проводится  для проверки состояния тензодатчика в ненагруженном состоянии,  для этого тензодатчик извлекают из узла встройки и убирают с датчика веса всю приложенную нагрузку.

Далее необходимо подключить источник питания, рекомендуемый производителем для правильной работы тензодатчика,  в цепь возбуждения тензодатчика, а с выходной цепи снять сигнал в мВ, и сравнить со значением указанным  в паспорте на датчик.

Для тензодатчиков Keli Sensing рекомендуемое напряжение питания составляет 5-12V(DC).

Пример: при чувствительности тензодатчика 2мВ/В и питании 10В, напряжение нулевого баланса не должно превышать +- 0.02 мВ.

Если  значения выходного сигнала существенно отличаются от паспортных значений, можно судить о деформации упругого элемента тензодатчика, также возможна отклейка или нарушение изоляционного слоя тензорезисторов.

4) Проверка тензодатчика в нагруженном состоянии.

Для данного теста тензодатчик должен быть подключен к весовому индикатору или к прибору со стабильным источником питания от 5Vдо 12V.

С помощью милливольтметра, подключенного к выходу тензодатчика, нагружают датчик и фиксируют показания выходного сигнала, при снятии нагрузки показания выходного сигнала должны вернуться к исходным.

При проведении данного теста необходимо проводить несколько циклов нагружения-разгружения тензодатчика  различным весом, но не менее 50% от НПВ датчика. Также необходимо удержание веса не менее 30 мин. в каждом из циклов и анализ изменения показаний в течении данного периода времени.

В случае если при проведении теста показания будут отличаться от значения постоянно прикладываемой нагрузки,  а также не будут возвращаться к исходным значениям, можно судить о нарушении контакта в клеевом слое между тензорезисторами и упругим элементом. Такой тензодатчик требует замены.

Тензодатчики – устройство, классические схемы подключения, маркировка, полезная информация для ремонта

Главная / Поддержка / Диагностика тензодатчика

Внимательно проверьте 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;
  • Для выполнения диагностики Вам понадобится:
  • Тестер HY-LCT – с помощью данного устройства возможно выполнение всех необходимых замеров.
  • В случае отсутствия специализированного оборудования для проверки тензодатчиков, ее можно произвести с помощью следующих устройств:
  • Вольтомметр с пределом измерения ≤0.5Ω и ≤0.1 mV (на крайний случай качественный мультиметр) для измерения нулевого баланса, и целостности тензометрического моста;
  • Мегомметр 1000 МОм не более 50В постоянного тока, для измерения сопротивления изоляции;
  • Грузоподъёмное устройство (домкрат, кран и т.д.), необходимое для поднятия грузоприемного устройства и освобождения тензодатчика от воздействия нагрузки;
  • Подготовить таблицу для фиксации значений снимаемых при замере;

Для выявления неисправности тензодатчика достаточно провести 4 основных типа испытаний. Рассмотрим последовательность их выполнения и для чего они необходимы:

Что такое тензометрия и для чего нужны тензодатчики

Тензометрия (от лат. tensus — напряжённый) — это способ и методика измерения напряжённо-деформированного состояния измеряемого объекта или конструкции. Дело в том, что нельзя напрямую измерить механическое напряжение, поэтому задача состоит в измерении деформации объекта и вычислении напряжения при помощи специальных методик, учитывающих физические свойства материала.

В основе работы тензодатчиков лежит тензоэффект — это свойство твёрдых материалов изменять своё сопротивление при различных деформациях.

Тензометрические датчики представляют собой устройства, которые измеряют упругую деформацию твердого тела и преобразуют её величину в электрический сигнал. Этот процесс происходит при изменении сопротивления проводника датчика при его растяжении и сжатии.

Они являются основным элементом в приборах по измерению деформации твёрдых тел (например, деталей машин, конструкций, зданий).

Описание

Тензодатчики классифицируются не только по своей форме, но и по конструктивным особенностям. Конструкция прибора зависит от типа чувствительного элемента. Для контроля деформации используются следующие типы контактов:

  1. Фольговые;
  2. Пленочные;
  3. Проволочные.

Индикатор с фольговым элементом используется как наклеиваемый тензодатчик. Это очень удобная система, которая представляет собой фольговую ленту, толщиной до 12 мкм. Часть пленки имеет плотную форму, а часть – решетчатую. Данная модель отличается от остальных тем, что можно припаивать дополнительные контакты, к тому же они нормально переносят низкие температуры.

Фото — фольговый преобразователь

Пленочные являются аналогом фольговых, за исключением материала, из которого изготовлены.

Производители изготавливают такие модели из тензочувствительных пленок с особым напылением, которое увеличивает чувствительность системы.

Такие измерительные узлы удобно использовать при необходимости измерить динамические нагрузки. Производство пленок выполняется из таких материалов, как титан, висмут, германий.

Проволочные способны измерить нагрузку от нескольких сотых грамма до целых тонн (скажем, весовой бункер и прочие). Их называют одноточечные, т. к в отличие от пленочных и фольговых моделей, они измеряют в одной точке, а не площади. Такая конструкция позволяет использовать проволочные тензодатчики для измерения деформации сжатия и растяжения.

Фото — проволочная модель

Устройство и принцип работы

Основу тензодатчика составляет тензорезистор, оснащенный специальными контактами, закрепленными на передней части измерительной панели.

В процессе измерения чувствительные контакты панели соприкасаются с объектом.

Происходит их деформация, которая измеряется и преобразуется в электрический сигнал, передаваемый на элементы обработки и отображения измеряемой величины тензометрического датчика.

В зависимости от сферы функционального использования датчики различаются как по типам, так и по видам измеряемых величин. Важным фактором является требуемая точность измерения. Например, тензодатчик грузовых весов на выезде с хлебозавода совершенно не подойдет к электронным аптекарским весам, где важна каждая сотая часть грамма.

Как подключить

Подключение тензодатчика легко выполняется своими руками, если под рукой есть схема. Для начала Вам нужно будет купить устройство, при этом, учитывайте, какой длины нужен кабель для тензодатчиков.

Его можно будет удлинить при острой необходимости, но тогда у индикатора значительно упадет точность.

Нормализовать этот параметр путем встройки поможет контроллер se 01 тензодатчика, работающий как модуль-усилитель.

Фото — схема подключения

Читайте также:  Gsm-сигнализация для дачи: с gsm-модулями, камерой, как выбрать

  Что такое шинопровод: назначение, классификация, типы

Если в весах используется несколько индикаторов, то их при помощи соединительных коробок нужно подключить параллельно.

Независимо от типа питания также нужно заземлить провода датчиков.

Монтаж заземления должен производиться в одной общей точке, для этого также может использоваться разветвительная коробка, например, CAS.

После производится исследование датчиков на правильность соединения. Перед выходом рекомендуется проверить все контакты и заземляющие петли. Установка приборов производиться при помощи экранированного кабеля, который глушит помехи, поэтому дополнительные модули не понадобятся. Аналогичным путем подключается преобразователь в дозатор.

Фото — стандартное подключение

От чрезмерного усилия преобразователь может сломаться, в таком случае не пытайтесь проводить его ремонт вручную.

Очень популярны модели тензодатчиков производства Utilcell, Zemic, Ацп, KELY (Кели), HBM (НВМ), НСК К-Б-12А и ДСТ. У моделей разные технические характеристики и применение, поэтому перед покупкой внимательно изучайте параметры.

Тензодатчики силы растяжения и сжатия

Тензодатчики силы растяжения и сжатия, как правило, имеют S-образную форму, изготавливаются из алюминия и легированной нержавеющей стали.

Предназначены для бункерных весов и дозаторов с пределом измерения от 0,2 до 20 тонн.

S-образные тензодатчики силы растяжения и сжатия могут использоваться в станках по производству кабелей, тканей и волокон для контроля силы натяжения этих материалов.

Тензорезисторы проволочные и фольговые

Проволочные тензорезисторы делают в виде спирали из проволоки малого диаметра и крепят на упругом элементе или исследуемой детали с помощью клея. Их отличает:

  • простота изготовления;
  • линейная зависимость от деформации;
  • малые размеры и цена.

Тензодатчики веса

Прежде всего, это тензодатчики веса.

Будь то напольные весы в спальне посадивших себя на диету женщин, неизменные электронные атрибуты современных магазинов, промышленные установки взвешивания автомобилей на стройплощадках или балочные платформенные весы, без тензорезисторов не обойтись.

В настоящее время ассортимент тензодатчиков веса настолько велик, что любой заинтересованный потребитель сможет без особого труда выбрать требуемую именно для его случая комплектацию. Остановимся на нескольких конструктивных типах промышленных тензодатчиков веса.

Консольные устройства в алюминиевом или стальном исполнении. Диапазон весовых нагрузок этих приборов достаточно широк, а разнообразие вариантов корпусного решения позволяет использовать их во многих хозяйственных и бытовых сферах.

Стальные тензодатчики типа «бочка» или «шайба». Обладают хорошими показателями по герметичности и защите устройства от внешних воздействий. Это касается и материала оболочки и изоляции электропровода.

Балочные весовые регистраторы. Область применения – измерение весовых нагрузок на мостовые и платформенные конструкции. Регистрируют деформации изгиба и сдвига. Фиксировать натяжение крепежных элементов помогут тензодатчики на растяжке, а допустимость подвесного груза на стройке S-образные.

Преимущества и недостатки тензодатчиков

Широкое применение тензодатчики получили благодаря своим свойствам:

  • возможности монолитного соединения датчика деформации с исследуемой деталью;
  • малой толщине измерительного элемента, что обеспечивает высокую точность измерения с погрешностью 1-3 %;
  • удобстве крепления, как на плоских, так и на криволинейных поверхностях;
  • возможности измерения динамических деформаций, меняющихся с частотой до 50000 Гц;
  • возможности проведения измерений в сложных условиях окружающей среды в температурном интервале от -240 до +1100˚С;
  • возможности измерений параметров одновременно во многих точках деталей;
  • возможности измерения деформации объектов, расположенных на больших расстояниях от тензометрических систем;
  • возможностью измерения деформаций в движущихся (крутящихся) деталях.

Из недостатков следует отметить:

  • влияние метеоусловий (температуры и влажности) на чувствительность датчиков;
  • незначительные изменения сопротивления измерительных элементов (около 1%) требует применение усилителей сигналов.
  • при работе тензодатчиков в условиях высокотемпературной или агрессивной среды необходимы специальные меры их защиты.

Микросхема INA125

Здесь так же показана схема подключения тензодатчика мостового типа к данной микросхеме. Кроме инструментального усилителя в состав данной микросхемы сходит ИОН – источник опорного напряжения для питания моста тензодатчика. Выходное напряжение ИОН можно изменять дискретно, подключая к соответствующим выводам микросхемы, вывод 4.

Эти же напряжения можно использовать в качестве опорного напряжения для АЦП при оцифровке выходного напряжения сигнала. Это уменьшает ошибки оцифровки при флуктуациях напряжения питания устройства.

Еще одним из достоинств этой микросхемы является и то, что требуемый коэффициент усиления инструментального усилителя (масштабирующего), устанавливается всего одним резистором, на схеме – R1.

Микросхема и резистор, задающий коэффициент усиления инструментального усилителя установлены на небольшой печатной плате, рисунок 3.

Для проверки всей схемы был использован наспех собранный цифровой вольтметр, состоящий из АЦП преобразователя и микроконтроллера с индикатором. В качестве АЦП была применена микросхема ADS1286, это 12 разрядный АЦП, позволяющий оцифровывать напряжение сигнала на выходе INA125 с точностью до 0,001В. В программу контроллера была введена подпрограмма коррекции нуля.

И так, выяснилось, что зона чувствительности моего датчика начинается с пятидесяти граммов, примерно. Потом идет нелинейный участок до 370 граммов. Далее начинается линейный участок. Точность линеаризации проверить не удалось за неимением точных разновесов. Таким образом, в случае использования датчика в составе цифровых весов, последний должен быть преднагружен 370 граммами.

Повторяемость показаний в принципе не плохая. Дрейф показаний при длительных нагрузках особо не проверял. Но при нагрузке в 1000 граммов через 9 часов непрерывного взвешивания показания изменились на 1 грамм. Это мое первое знакомство с данными датчиками, поэтому сделать однозначный конкретный вывод не могу.

Но думаю, что существуют определенные места, где можно будет использовать эти «сверхточные» устройства.

Основные схемы подключения

Рассмотрим это на примере подключения тензометрических датчиков к бытовым или промышленным весам. Стандартный тензодатчик для весов имеет четыре разноцветных провода: два входа — питание (+Ex, -Ex), два других — измерительные выходы (+Sig, -Sig).

Встречаются также варианты с пятью проводами, где дополнительный провод служит в качестве экрана для всех остальных. Суть работы весового измерительного датчика балочного типа довольно проста. На входы подается питание, а с выходов снимается напряжение.

Величина напряжения зависит от приложенной нагрузки на измерительный датчик.

1) Проверка сопротивления изоляции

Для выполнения данного теста, необходимо подключить мегомметр к кабелю тензодатчика и проверить на наличие тока утечки между корпусом тензодатчика и токоведущими частями. Для проверки тензометрических цепей Keli допускается применение мегомметра напряжением не более 50В постоянного тока.

Для функционирующего тензодатчика значение снятых замеров не должно быть ниже 5 Мом. Если значение сопротивления изоляции меньше 1кОм – это свидетельствует о явном коротком замыкании.

Короткое замыкание может быть между корпусом тензодатчика и токоведущими частями (тензорезисторами), а также в кабеле.

При коротком замыкании в кабеле, его можно заменить, если это предусматривает конструкция тензодатчика.

Примеры использования тензометрических датчиков

  • элемент конструкции весов.
  • измерение усилий деформации при обработке металлов давлением на штамповочных прессах и прокатных станах.
  • мониторинг напряженно-деформационных состояний строительных конструкций и сооружений при их возведении и эксплуатации.
  • высокотемпературные датчики из жаропрочной легированной стали для металлургических предприятий.
  • с упругим элементом из нержавеющей стали для измерений в химически агрессивной среде.
  • для измерения давления в нефте и газопроводах.

Простота, удобство и технологичность тензодатчиков — основные факторы для дальнейшего активного их внедрения, как в метрологические процессы, так и использования в повседневной жизни в качестве измерительных элементов бытовой техники.

2) Проверка тензометрического моста – Уитстона

Отсутствие повреждений моста проверяется путем измерения входного и выходного сопротивления, а также сопротивления баланса моста. Отсоедините датчик из коробки или измерительного прибора. Входные (EXC+, EXC-) и выходные (SIG+, SIG-) сопротивления измеряется омметром, подключаемом к каждой паре входных и выходных проводов тензодатчика.

Затем производится сравнение входного и выходного сопротивления со значениями в калибровочном паспорте (выдается производителем) или с техническими данными из каталога. 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.

Расхождения входного и выходного сопротивления тензодатчика от паспортных значений, говорит о неисправности тензометрического моста, как следствие — появление сопротивления разбаланса, оно свидетельствует о неработоспособности тензодатчика и необходимости его замены. Данные неисправности, как правило возникают вследствие электрического воздействия (сварка, статическое поле, электрический пробой), физического (динамические удары, прокручивание, боковые нагрузки).

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *