Тензометрические весы что это такое
Тензометрические железнодорожные весы
Тензометрические железнодорожные весы занимают все больший сегмент рынка весового оборудования, используемого на предприятиях и железных дорогах для взвешивания рельсового подвижного состава.
Производительность весов, их НПВ, иные существенные параметры определяются, в первую очередь, моделью тензометрического датчика, установленного в весах.
Тензометрические датчики
Назначение и принцип работы
Тензометрические датчики активно востребованы при производстве различного оборудования и приборов, в том числе и весоизмерительных. В конструкциях железнодорожных весов используются тензометры металлические.
Принцип их работы заключается в том, что гибкое тело тензометрического датчика под действием массы взвешиваемого груза деформируется. Закрепленные на его теле чувствительные элементы – тензометры – представляют собой резистивный элемент, который меняет свое электрическое сопротивление при механических деформациях сжатия или растяжения.
Чаще всего на теле каждого датчика размещают 4 тензометра и включают их в единую мостовую систему, что облегчает определение фактических изменений сопротивления.
Параметры, определяющие рабочие характеристики датчика
Работу датчика определяют следующие параметры:
Классификация датчиков
По принципу восприятия нагрузки:
По области применения. Здесь нас интересуют только датчики, используемые в конструкциях весов для взвешивания ж.д. вагонов.
В железнодорожных тензометрических весах используются только специальные модели датчиков, имеющие соответствующую грузоподъемность. Например:
Тензометрические железнодорожные весы для взвешивания в динамике модельного ряда «Вектор 4»
Весы являются классическим вариантом весоизмерительного оборудования, о котором речь идет в настоящей статье.
Чаще всего весы модельного ряда «Вектор 4»применяются для отпуска и приема продукции (выполнение учетных операций).
Взвешивание вагона предварительной расцепки состава не требует.
Параметры
Тензометрические железнодорожные весы Д231
Продукция компании «Технические системы», весы Д231, позволяют выполнять взвешивание подвижного состава ж/д в статике и в динамике. Статические измерения выполняются как с расцепкой состава, так и без таковой. Взвешивание в динамике проводится потележечно.
Модель проста в монтаже, для нее не требуется строительство тяжелого фундамента из бетона. Весы легко разобрать и переместить в другое место.
Виды исполнения весов
Чем отличают механические и электронные лабораторные весы и какие из них лучше покупать? Узнайте об этом здесь.
Хотите качественные конвейерные весы? Описание оборудования от надежного производителя по https://kilogramus.ru/vzveshivanie-v-promyshlennosti/vesy-konvejernye-siemens.html ссылке.
Параметры
Комплектация
Весы поставляются в торговые сети в следующей комплектации:
Применение тензометрических железнодорожных весов являются правильным выбором для решения разных задач весового контроля и учета на предприятии любой отрасли.
Тензометрические датчики: описание, инструкция по применению, характеристики и отзывы
Измерение напряжений и усилий в действующих узлах и конструкциях оборудования считается одной из наиболее сложных задач. Между тем в процессе эксплуатации техника подвергается разным видам нагрузок, которые определяют долговечность и надежность оборудования. Решение поставленных задач возможно с помощью тензометрических датчиков. Установка подобных устройств целесообразна тогда, когда в дополнение к производственным факторам добавляются остаточные напряжения, постепенно накапливаемые в ходе работы.
Тензометрический датчик: принцип действия
Основным элементом устройства является тензорезистор, закрепленный на упругой конструкции. Тензодатчики калибруют, ступенчато нагружая заданным возрастающим усилием и измеряя при этом величину электрического сопротивления. Затем по его изменению можно будет определить значения приложенной неизвестной нагрузки и пропорциональной ей деформации.
В зависимости от типа датчики позволяют измерить:
Даже при самой сложной схеме нагружения конструкции действие на тензорезистор сводится к растяжению или сжатию его решетки вдоль длинного участка, называемого базой.
Устройство и принцип работы
По типу воздействия на исполнительные элементы конструкции различают тактильные, резистивные, пьезорезонансные, пьезоэлектрические, магнитные и емкостные датчики.
Тактильные
Срабатывают в результате механического действия на чувствительную поверхность. Позволяют устанавливать минимальные деформации, но при неточных настойках могут подавать и ложный сигнал.
Резистивные
Наиболее распространенный тип датчиков. Требуют подключения к слаботочной управляющей цепи, поскольку включают в себя тензорезисторный контур. Надежны при любом состоянии окружающей среды.
Пьезорезонансные
Относятся к устройствам полупроводникового типа, нуждаются в надежном обслуживании и тонкой настройке. Работают по принципу сравнения эталонного сигнала с фактическим.
Пьезоэлектрические
По своему действию подобны измерителям предыдущего типа, но подают сигнал при изменении значений контактных деформаций, прикладываемых к чувствительному элементу.
Магнитные
Изготавливаются из сплавов с переменным значением коэрцитивной силы, используются при измерении усилий в узлах оборудования, работающих в сильных электромагнитных полях.
Емкостные
Предназначены для измерения малых механических напряжений в деталях со сложной конфигурацией, когда изменение длины токопроводящей проволоки изменяет ее электрическую емкость.
Проволочные тензорезисторы
Наиболее простым примером является прямолинейный отрезок тонкой проволоки, который крепят на исследуемой детали. Его сопротивление составляет: r = pL/s, где p — удельное сопротивление, L — длина, s — площадь сечения.
Вместе с деталью упруго деформируется наклеенная проволока. При этом меняются ее геометрические размеры. При сжатии поперечное сечение проводника увеличивается, а при растяжении — уменьшается. Поэтому изменение сопротивления меняет знак в зависимости от направления деформации. Характеристика является линейной.
Низкая чувствительность тензорезистора привела к необходимости увеличения длины проволоки на небольшом участке измерения. Для этого его делают в виде спирали (решетки) из проволоки, оклеенной с обеих сторон пластинками изоляции из пленки лака или бумаги. Для подключения к электрической цепи устройство снабжено двумя медными выводными проводниками. Они привариваются или припаиваются к концам проволочной спирали и достаточно прочны, чтобы подключиться к электрической схеме. Тензорезистор крепится на упругом элементе или исследуемой детали с помощью клея.
Проволочные тензодатчики имеют следующие достоинства:
К недостаткам относятся низкая чувствительность, влияние температуры среды, потребность в защите от влаги, применение только в области упругих деформаций.
Проволока будет деформироваться в том случае, когда сила сцепления с ней клея значительно превосходит усилия, требуемые для ее растяжения. Отношение поверхности склеивания к площади поперечного сечения должно быть 160 к 200, что соответствует ее диаметру 0,02—0,025 мм. Допускается его увеличение до 0,05 мм. Тогда при нормальной работе тензорезистора клеевой слой не разрушится. Кроме того, датчик хорошо работает на сжатие, поскольку нити из проволоки составляют одно целое с пленкой клея и деталью.
Технические особенности
Даже при внушительном разнообразии различных моделей тензометрических датчиков, у них есть технические особенности, объединяющие между собой все разновидности устройств. В первую очередь речь о погрешности результатов замер, которая в той или иной степени присуща любому типу весовых тензодатчиков. Тем не менее, в самых современных устройствах для измерения веса устанавливаются электронные модели, которые отличаются повышенной точностью замер степени деформации. Такие устройства относятся к классу С3, который предлагает возможность проведения измерения с погрешностью всего в 0.02 %. Ещё одной интересной деталью функционала тензометрических датчиков является возможность измерительного устройства с несколькими датчиками сохранять свою работоспособность, если один из них выйдет из строя.
Отдельно стоит подчеркнуть и материалы, из которых выполнены компоненты тензодатчиков. Чаще всего в эксплуатации встречаются изделия на основе легированной стали или алюминия, благодаря которым датчики обладают отличной долговечностью. Для весов, используемых в пищевой промышленности, принято применять датчики из нержавеющей стали, которые отличаются высокой устойчивостью к коррозии и защитой от влаги уровня IP68.
Характеристики тензорезисторов
Что такое тензометрия
Тензометрия (от латинского tensus — напряжённый и греческого μετρέω — измеряю) — это отрасль деятельности, которая изучает механическое напряжение и деформации материала, детали, а также изменение его физических свойств под влиянием нагрузки.
Среди методов, которые использует тензометрия для определения степени деформации объекта, можно выделить:
. Основан на измерении давления газа, подающегося к поверхности деформируемого материала.
. Измеряет изменение физических параметров звуковых волн, а также частоту собственных колебаний тела.
. Основан на измерении малых смещений поверхностей.
. Регистрирует изменение атомной решетки.
. Измеряет физические параметры объекта при изменении механического напряжения или возникающие при деформации.
Тензометрию нельзя назвать наукой в чистом виде, скорее это сфера деятельности человека и отрасль, основные принципы которой базируются на физических свойствах материала и объекта, а именно — на изменении физических свойств материального тела при его деформации.
Схемы включения тензометрических датчиков
Для измерения малых электрических сигналов наилучшим вариантом является мостовое включение, в центре которого находится вольтметр. Простейшим примером будет тензометрический датчик, схема которого собрана по принципу электрического моста, в одно из плеч которого он подключен. Его сопротивление в ненагруженном состоянии будет таким же, как и у остальных резисторов. В этом случае прибор покажет нулевое напряжение.
Принцип работы тензометрического датчика заключается в увеличении или снижении величины его сопротивления в зависимости от того, будут усилия сжимающими или растягивающими.
На точность показаний значительное влияние оказывает температура тензорезистора. Если в другое плечо моста включить аналогичное тензосопротивление, которое не будет нагружаться, оно будет выполнять функцию компенсационного при тепловых воздействиях.
В измерительной схеме также должны учитываться значения электрических сопротивлений проводов, подключенных к резистору. Их влияние уменьшается за счет добавления еще одного провода, подключенного к какому-либо выводу тензорезистора и вольтметру.
Если на упругий элемент наклеить оба датчика таким образом, чтобы их нагрузки отличались по знаку, сигнал усилится в 2 раза. При наличии в схеме четырех датчиков с нагрузками, обозначенными на схеме выше стрелками, чувствительность значительно возрастет. При таком подключении проволочных или фольговых тензорезисторов обычный микроамперметр даст показания без усилителя электрических сигналов. Важно точно подобрать номиналы сопротивлений с помощью мультиметра, чтобы они были равны между собой в каждом плече электрического моста.
Проверка тензодатчика
Проверка весовых тензодатчиков является обязательным этапом подготовки измерительного прибора к работе и проводится сразу после подключения всех контактов устройства. Исправность изделия проверяется тремя способами:
Применение тензометрических датчиков в технике
Стандартные тензометрические датчики выполняются в виде шайб, колонн, простых или двусторонних балок, S-образные. Для всех конструкций важно, чтобы сила прикладывалась в одном направлении: сверху вниз или наоборот. При тяжелых условиях работы специальные конструкции дают возможность устранить действие паразитных сил. От этого в большой степени зависят их цены.
На тензометрические датчики цена составляет от сотен рублей до сотен тысяч. Многое зависит от производителя, конструкции, материалов, технологии изготовления, величин измеряемых параметров, дополнительного электронного оборудования. Большей частью они являются составными частями весов разных типов.
Схемы подключения
Влияние описанного фактора уменьшается, если для измерения напряжений, крутящих моментов или усилий использовать фольговые силоизмерительные датчики. По аналогии с печатными схемами, измерительная фольговая решетка, которая расположена на пластмассовой подложке, может быть получена в результате травления тонкой металлической фольги. Кроме того, токовая нагрузка на тензометрические датчики фольгового типа больше, чем на проволочные, вследствие чего тепло от фольговых тензометров отводится лучше.
Тензорезисторы часто приклеиваются к исследуемому конструктивному элементу. Клеевое соединение обеспечивает постоянную передачу деформации через подложку на измерительную решетку. Поэтому к клеям предъявляется также и ряд особых требований:
Наибольшую эксплуатационную надежность проявляют эпоксидные смолы холодного твердения. Для экспериментального определения многосторонней деформации используют розеточную систему данных устройств, которые образуют измерительный мост. При этом образованная схема состоит из не менее, чем четырех закрепленных на подложке датчиков, которые размещаются крестообразно, треугольником, т-образно, в виде звезды. Благодаря многолучевому размещению тензорезисторов их удлинения измеряются в двух, трех или четырех направлениях.
Классификация тензометрического оборудования
Все тензооборудование можно поделить на классы, характеризующие сложность и уровень вложенности технического устройства:
. Является базовой единицей тензометрического оборудования. Именно на основании его измерений строится весь последующий цикл работ. При этом сам тензорезистор в большинстве случаев не является полноценным измерительным прибором и для того, чтобы он начал работать, требуется тензодатчик.
. Это первичный прибор измерения. Представляет собой тензорезистор в специальном корпусе, который изменяет свою форму в соответствии с требованиями к его работе. Корпус сделан из специальной стали, которая обеспечивает достаточную пружинистость, возвращаемость тензорезистора в исходное положение и линейность показаний. Качество корпуса тензодатчика — это один из самых главных критериев работоспособности тензометрического оборудования. Достаточно сказать, что именно состав и марку стали корпуса держат в секрете все производители тензометрических датчиков, а не его устройство.
. Вторичный прибор учета, преобразующий выходной сигнал с тензодатчиков в результат измерения и выводящий его на цифровое табло. Терминал может работать в ограниченном диапазоне точности, как и тензодатчики, поэтому необходимо подбирать модель, которая будет правильно интерпретировать показания измерительного устройства. Цифровые терминалы вообще привязаны к нескольким видам датчиков через протокол передачи данных и не могут быть использованы в других измерительных системах. Равно как и наоборот.
. Это комплекс промышленного оборудования, состоящий из тензодатчиков, грузоприемной платформы и терминала, установленный на конкретном объекте — весах, дозаторе, динамометре, машине, прессе. При этом измерительное устройство является единственным видом измерительной техники, которая сертифицируется на измерение массы груза. Нельзя группу тензодатчиков назвать весами, если она не прошла поверку и калибровку даже в том случае, если сертифицированы датчики и терминал.
. Сюда относятся выносные табло, видеокамеры фиксации результатов взвешивания, программное обеспечение. Они расширяют возможности тензометрического оборудования, но напрямую в процессе измерения не участвуют.
Виды тензометрического оборудования
Тензометрическое оборудование получило очень широкое распространение в метрологии. Так как силу нельзя измерить напрямую, тензорезистивные датчики стали основным способом измерения приложенной нагрузки, составив конкуренцию пружинным и торсионным весам и динамометрам. Тензометрическое оборудование можно поделить на следующие сферы использования:
Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение
«Точность – вежливость королей!» В наше время актуальность этого средневекового французского афоризма только растет. Для проведения точных измерительных вычислений на производстве и в быту все шире используются приборы на основе тензометрических датчиков.
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).
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.
Рассмотрим более предметно виды и типы современных тензометрических датчиков.
Датчики крутящего момента
Датчики крутящего момента предназначены для измерения крутящего момента на вращающихся частях таких систем, как коленвал двигателя или рулевой колонки. Тензодатчики крутящего момента могут определять как статический, так и динамический момент контактным либо бесконтакным (телеметрическим) способом.
Тензодатчики балочного, консольного и кромочного типов
Эти типы датчиков изготавливают обычно на основе параллелограммной конструкции со встроенным элементом изгиба для высокой чувствительности и линейности измерений. Тензорезисторы в них закрепляются на чувствительных участках упругого элемента датчика и соединяются по схеме полного моста.
Конструктивно балочный тензодатчик имеет специальные отверстия для неравномерного распределения нагрузки и выявления деформаций сжатия и растяжения. Для получения максимального эффекта тензорезисторы по специальным меткам строго ориентируют на поверхности балки в ее самом тонком месте. Высокоточные и надежные датчики этого типа используют для создания многодатчиковых измерительных систем в платформенных или бункерных весах. Нашли они свое применение и в весовых дозаторах, фасовщиках сыпучих и жидких продуктов, измерителях натяжения тросов и других измерителях силовых нагрузок.
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:
Из недостатков отмечают низкую чувствительность, влияние температуры и влажности среды на погрешность измерения, возможность применения только в сфере упругих деформаций.
Фольговые тензорезисторы в настоящее время являются наиболее распространенным типом тензорезисторов из-за их высоких метрологических качеств и технологичности производства. Это стало доступным благодаря фотолитографической технологии их изготовления. Передовая технология позволяет получать одиночные тензорезисторы с базой от 0,3 мм, специализированные тензометрические розетки и цепочки тензорезисторов с широким рабочим температурным диапазоном от –240 до +1100 ºС в зависимости от свойств материалов измерительной решетки.
Преимущества и недостатки тензодатчиков
Широкое применение тензодатчики получили благодаря своим свойствам:
Из недостатков следует отметить:
Основные схемы подключения
Если длина проводов от весового тензодатчика до блока АЦП значительна, то сопротивление самих проводов будет влиять на показание весов. В этом случае целесообразно добавить цепь обратной связи, которая компенсирует падение напряжения путем корректировки погрешности от сопротивления проводов, вносимую в измерительную цепь. В этом случае схема подключения будет иметь три пары проводов: питания, измерения и компенсации потерь.
Примеры использования тензометрических датчиков
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.
Что такое КИП и А и чем занимаются специалисты службы: слесарь и инженер КИП и А
Термометр сопротивления — датчик для измерения температуры: что это такое, описание и виды
Как подключить и настроить датчик движения для управления освещением: электрические схемы подключения и настройка датчика
Что такое электроконтактный манометр, назначение, принцип работы, схема подключения и обзор популярных моделей
Что такое датчик Холла: принцип работы, устройство и способы проверки на работоспособность
Что такое термопара, принцип действия, основные виды и типы