В строение электронных весов используются промышленные датчики различных видов: тензорезисторный, индуктивный, емкостной, пьезоэлектрический, волоконно-оптический. Больше всех популярны среди производителей электронных весов тензорезисторные датчики - тензодатчики. Именно тензодатчики производит и поставляет по всему миру компания «ZEMIC USA Inc.».
Тензодатчики являются основным первичным устройством преобразования физической величины веса в нормированный электрический сигнал. Который впоследствии обрабатывается вторичными преобразователями (весовой индикатор, весопроцессор, аналого-цифровой преобразователь и т.д.) Рассмотрим основные компоненты, из которых состоит тензорезисторный датчик на примере модели BM14A.
Рисунок 1. Тензодатчик «ZEMIC USA Inc.» BM14A
- Упругий элемент - тело воспринимающее нагрузку, изготавливается преимущественно из легированных углеродистых сталей предварительно термообработанных, для получения стабильных характеристик. Конструктивно изготовлен в виде стержня. Помимо стержня, упругий элемент может иметь вид кольца консоли;
- Тензорезистор, приклеенный к упругому элементу (стержень), изменяющий свое сопротивление пропорционально деформации упругого элемента, которая в свою очередь пропорциональна нагрузке. Тензорезисторы бывают фольговыми или проволочными;
- Элементы корпуса датчика - предназначены для защиты упругого элемента и тензорезисторов от механических повреждений и влияния окружающей среды. Корпус имеет различное исполнение IP (Ingress Protection Rating) в соответствии с международным стандартом IEC529;
- Герметичный ввод (кабельный разъем) - предназначен для подключения тензодатчика ко вторичному прибору (весовой индикатор, электронный усилитель, АЦП) при помощи кабеля. Возможны варианты подключения по 6-ти и 4-х проводной схеме. Тензодатчики комплектуются, кабелями различной длины, существуют конструкции с возможностью замены кабеля;
- Место приложения нагрузки. Для правильного функционирования весов, важно соблюдать характер приложения нагрузки. Вектор силы, воздействующий на датчик, должен быть строго в направлении оси датчика (упругий элемент тензодатчика стержень, кольцо). Для исключения бокового влияния нагрузки, применяют самоустанавливающиеся (самоцентрирующиеся) конструкции. Поверхность опор таких тензодатчиков имеет сферическую выпуклую форму.
Принцип действия тензодатчика основан на измерении изменения сопротивления тензорезисторов наклеенных на упругое тело, которое под действием силы (вес груза), деформируется и деформирует размещенные на нем тензорезисторы.
Рисунок 2. Схема конструкции тензорезистора
- Проволочная или фольговая решетка - изготавливается из металлической нити диаметром 20-25 мкм из константана, манганина;
- Подложка - основание, на которое наносится решетка тензорезистора, выполнено из бумаги, пленки, синтетического материала стойкого к деформациям;
Электрическое соединение тензорезисторов
Рисунок 3. Мост Уитстона
Широкое применение получила мостовая схема включения тензорезисторов – мост Уитстона. Схема представляет собой 4 тензорезистора, соединенных в электрический мост (Рисунок 3).
Uпит – напряжение питания измерительного моста, как правило в интервалах 3-30В напряжения переменного или постоянного тока, Uсигн – напряжение измерительной диагонали моста, R1, R2, R3, R4 – сопротивления плеч измерительного моста, Rк – добавочное сопротивление, необходимое для компенсации изменения температуры окружающей среды и выравнивания чувствительности.
Чувствительность - это отношение выходного напряжение сигнала Uсигн [мВ (милиВольт)] к входному напряжению питания тензометрического моста Uпит [В (Вольт)]. В паспортных данных к тензодатчикам компании «ZEMIC USA Inc.» чувствительность (номинальная) обозначается Full Scale Output. К примеру, если указано Full Scale Output=2мВ/В и номинальная нагрузка Emax=10т (тонн), то следует понимать, что при Uпит=10В и воздействии груза массой 1 т., Uсигн=2мВ.
В настоящее время существует множество наработок в области тензометрии, технологиях изготовления тензорезисторов и тензодатчиков. Нормирующим документом для производителя тензодатчиков является Рекомендации МОЗМ (OIML) Р60 (R60). Производители весового оборудования применяют в конструкциях своих весов различные типы тензодатчиков, в зависимости от предназначения и условий эксплуатации весового оборудования.
От выбора типа тензодатчика, узла встройки, конструкции платформы, качества фундамента зависит надежность и качественная работа весовых систем. Приобретая тензодатчики или клапан «Бабочка» от компании «ZEMIC USA Inc.», вы получаете качественные и надежные комплектующие для производства весоизмерительного оборудования.
