Принцип работы тензодатчика

Введение
Основным элементом автоматизации БСУ или АБЗ являются весовые дозаторы. Современные системы взвешивания компонентов базируется на тензодатчиках (или датчиках силы). Тензометрический датчик - это прибор представляющий собой металлическую конструкцию, внутри которой помещены резисторы с электрической схемой. Тензодатчик механически связан с корпусом весового дозатора. При изменении веса дозатора, корпус тензодатчика подвергается деформации, которая передается на тензорезисторы подключенные в цепь по мостовой схеме. Электрический сигнал с тензорезисторов передается на тензоизмеритель или тензометр, в роли которого, как правило, выступает весовой терминал.
Современные достижения в конструкциях тензометрических датчиков позволяют создавать компактные и точные датчики из различных материалов с широкой сферой применения и могут быть эффективно использованы в различных типах весовых систем и устройств, обеспечивая высокую точность, надежность и экономичность предложенных решений.
 Принцип работы тезодатчика
Работа тензодатчика основана на простых принципах механики, и если на механическую конструкцию действуют внешние силы, то она изменяет свою форму таким образом, чтобы противостоять воздействию этих сил. Такие изменения могут быть явными и значительными, как в случае изгиба удочки при выуживании пойманной рыбы или могут быть микроскопическими, например – прогиб железнодорожного моста при проезде по нему поезда. Если в данной металлической конструкции сделать небольшое отверстие, оно будет деформироваться в эллипс при деформации самой конструкции, прямо пропорционально приложенной к конструкции силе. Если в это отверстие вклеить пленочный тензорезистор, можно с большой точностью измерить эту деформацию или нагрузку. Таким образом, тензорезистор эффективно превращает всю конструкцию в датчик для измерения силы, нагрузки или положения.
Точность тензоизмерений
Максимальная нагрузка на тензодатчик зависит от конструкции: существующие системы измерений имеют пределы взвешивания от нескольких грамм до сотен тысяч тонн. При этом обеспечивается минимальная чувствительность к колебаниям температуры за счет схемотехнических решений. В современных тензорезисторных датчиках используется двойной мост (мост Кельвина), что позволяет снизить ошибки нелинейности, повторяемости и гистерезиса. Определенная степень точности должна быть обеспечена при выборе места установки датчиков в конструкцию используемого измерительного устройства. Необходимо учитывать, что на точность полученной системы влияют количество датчиков, нагрузка на каждый датчик, материал самой конструкции. Отметим, что минимального уровня ошибок можно достичь только при правильной установки датчиков в конструкцию.
Срок службы тензодатчиков
Тензодатчики для производств бетона изготавливаются из нержавеющей стали и полностью герметичны (IP68), что обеспечивает их длительную эксплуатацию практически в любых внешних условиях, включая высокую температуру, прямое попадание воды, снег, туман, высокую влажность и прямые солнечные лучи. Диапазон рабочих температур – от -40° до 80°C, с минимальными температурными изменениями характеристик. Используя соответствующий прибор, тензоизмеритель, с помощью тензодатчиков можно измерять вес, деформацию, объем и другие физические параметры.
Типичные методы тензоизмерений

(Стрелками показаны линии приложения силы и направления деформации)

        
 
Расчет выходного сигнала тензодатчика
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).
 
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.
Классификация тензодатчиков по области применения:
• тензодатчики для С/Х оборудования;
• тензодатчики для прокатных станов;
• тензодатчики для штамповочных прессов;
• тензодатчики для автопогрузчиков;
• тензодатчики для контроля износа оборудования;
• тензодатчики для охранных систем;
• тензодатчики для измерения нагрузок в конструкциях;
• тензодатчики для измерения моментов;
• тензодатчики для взвешивания емкостей;
• тензодатчики для монорельсовых весовых систем;