В различных современных сферах жизнедеятельности человека существует необходимость контроля разных конструкций путем замера параметров и текущего состояния данного элемента. Незаменимыми помощниками в таком деле выступают тензометрические датчики.
Ведущие технологии все чаще используют электронные тензодатчики, среди которых наибольшее распространение получили тензорезистивные модели устройства. Тензометрические элементы могут измерять вес, силу, давление, передвижение и т.п.
Широкое применение нашли тензодатчики для весов, промышленных станков, различных двигателей, используются в строительной области и многих других направлениях.
Виды датчиков
В различных промышленных отраслях применяется огромное множество тензометрических преобразователей. Различают следующие типы устройств:
- средства измерения силы – датчики сканируют изменения параметров усилия и нагрузки;
- приборы для измерения проекции ускорения – акселерометры;
- измерительные средства перемещения испытуемых материалов;
- тензометрические устройства давления – характеризуются контролем параметров давления различных элементов в разных средах;
- тензометрические преобразователи крутящего момента.
Для весов тензодатчики являются наиболее типичным конструктивным элементом. В зависимости от применения структуры грузовой принимающей поверхности используются датчики следующих видов:
- приборы консольного типа;
- средства измерения в виде латинской литеры S;
- тензодатчики в форме шайбы;
- приборы измерения, отдаленно напоминающие форму бочки.
Существует классификация измерительных тензодатчиков, зависящая от конструктивной особенности – элемента чувствительности. Исходным материалом определены такие модели:
- проволочные – создаются в форме проволоки, материалом служит двухкомпонентный нихром, элементальное соединение фехраль, термостабильный сплав константан;
- тензометрические датчики из фольги – используются тонкие полоски фольги;
- полупроводниковые датчики – изготавливаются из таких химических элементов, как кремний, галий, германий.
Принцип функционирования
В основе принципа устройства использован тензоэффект. Его суть заключается в изменении рабочего противодействия полу- и проводниковых элементов во время их растяжения или сжатия – механической деформации.
Тензодатчики представляют собой конструктивный набор из тензорезистора, который имеет коммуникативную точку на панели. Последняя соединяется с материалом для измерения. Функциональная схема срабатывания тензометрического датчика заключается в том, что происходит воздействие на элемент чувствительности. Подсоединение прибора к источнику питания проводится при помощи электроотводов, которые имеют контакт с чувствительной пластиной.
Контактные места характеризуются наличием постоянного напряжения. Тензодатчик принимает на себя деталь через специальную подложку. Масса материала прерывает цепь за счет деформационных искажений. Полученный процесс трансформируется в электрический сигнал тока.
Тензометрический датчик давления зачастую используется с тензоусилителями переменного тока. В данной системе совершается амплитудная модуляция напряжения, которая подается непосредственно на преобразовательные датчики.
Устройство тензодатчика
Тензометрическое средство измерения состоит из:
- упругого элемента;
- тензорезистора;
- корпуса прибора;
- герметичного разъема.
Под упругим элементом подразумевается тело, принимающее на себя нагрузку. В основном производится из специальных марок стали, которые заранее прошли термическую обработку. Это оказывает влияние на получение стабильных показаний. Форма изготовления представлена в виде стержня, кольца или консоли. Стержневая конструкция более востребована и широко распространена.
Тензорезистор – это проволочный или фольговый резисторный узел, который приклеивается к стержню. Данная деталь тензометрического датчика меняет свое сопротивление относительно деформации стержня, а деформационное искажение, в свою очередь, пропорционально нагрузке.
Корпус измерительного прибора предохраняет внутреннюю конструкцию от всевозможных механических повреждений, в том числе и от негативных воздействий окружающей обстановки. Корпус соответствует нормам международного стандарта и имеет различные формы.
Герметичный разъем необходим для коммуникации датчика с дополнительным оборудованием (весы, усилители и т.п.) посредством кабеля. Существуют вариативные схемы соединения. Конструктивные особенности некоторых тензодатчиков предусматривают замену кабеля.
Датчики измерения силы
Тензометрические датчики силы имеют другое распространенное название – динамометры. Данные средства измерения являются составной частью весового оборудования. Их необходимость трудно переоценить, так как они функционируют во всех автоматизированных технологических системах любого производства. Они нашли применение в сфере сельского хозяйства, медицине, металлургии, автомобилестроении и т.д.
В данном методе измерений происходит множество манипуляций, и в соответствии с этим различают несколько типов тензодатчиков:
- тактильные – подразделяются на преобразователи усилия, проскальзывания и касания;
- резистивные – используют тензорезистор и имеют линейный сигнал выхода;
- пьезорезонансные – характеризуются прямым и обратным эффектом, который обеспечивает специальный датчик – резонатор;
- пьезоэлектрические – устойчивы к окружающей температуре, высокопрочные, используется непосредственный пьезоэффект;
- магнитные – функционируют на явлении магнитострикции, изменяющей геометрию размеров в магнитной области;
- емкостные – средства измерения параметрического типа, являющиеся конденсатором.
Датчики измерения веса
Тензометрические датчики веса состоят из трех элементов:
- Тензорезистор.
- Балка изгиба.
- Кабель.
Датчики используются в весовом оборудовании промышленного назначения и личного пользования. Более популярны данные средства измерения в производственных сферах и имеют такие типы:
- консольные устройства – алюминиевые или стальные заготовки. Стальные могут быть исполнены в форме бочки или шайбы, обладают высокой герметичностью;
- балочные устройства – измеряют нагрузки на платформенных и мостовых конструкциях.
Преимущества тензодатчиков
Они следующие:
- Высокоточные замеры параметров.
- Не допускают искажения информации.
- Совместимость с замерами напряжений.
- Компактные габаритные размеры.
Недостатком можно считать потерю чувствительности функционирующих элементов при критических перепадах температуры.
