Что такое датчик нагрузки и как он работает? ОбъясненоТензодатчик — это преобразователь, который преобразует силу в измеримый электрический сигнал. Несмотря на то, что существует множество разновидностей датчиков силы, тензометрические тензодатчики являются наиболее распространёнными. За исключением некоторых лабораторных применений, где до сих пор используются прецизионные механические весы, тензометрические тензодатчики преобладают в весовой промышленности. Пневматические тензодатчики иногда используются там, где требуется безопасность и гигиена, а гидравлические тензодатчики применяются в отдалённых местах, поскольку они не требуют источника питания. Тензодатчики обеспечивают точность от 0,03% до 0,25% от полной шкалы и подходят практически для всех областей промышленного применения.

Как работают тензодатчики?

Тензодатчик преобразует механическую силу в цифровые значения, которые пользователь может считывать и записывать. Принцип работы тензодатчика зависит от выбранного вами типа — например, существуют гидравлические тензодатчики, пневматические тензодатчики и тензодатчики с деформационным элементом. Благодаря широкому спектру функций и возможностей тензодатчики с деформационным элементом являются наиболее распространёнными из трёх типов, особенно для взвешивания, в том числе на промышленных, медицинских и даже торговых весах. Тензодатчики содержат внутри себя тензометры, которые при нагрузке выдают отклонения напряжения. Степень изменения напряжения отображается в цифровом виде в виде веса.

Когда следует использовать тензодатчик

Тензодатчик измеряет механическую силу, в основном вес предметов. Сегодня почти все электронные весы используют тензодатчики из-за точности, с которой они могут измерять вес. Тензодатчики находят свое применение в самых разных областях, требующих точности. Существуют различные классы тензодатчиков (класс A, класс B, класс C и класс D), и с каждым классом изменяется как точность, так и пропускная способность.

Типы тензодатчиков

Тензодатчики стали первым крупным изменением в конструкции весовых технологий. На современных перерабатывающих предприятиях в большинстве случаев предпочтение отдается электронным датчикам силы. Типы тензодатчиков можно разделить в зависимости от типа генерируемого выходного сигнала (пневматический, гидравлический, электрический) или от способа определения веса (изгиб, сдвиг, сжатие, растяжение и т. д.).

Гидравлические Тензодатчики

Гидравлические тензодатчики представляют собой устройства для балансировки усилий, измеряющие вес в зависимости от изменения давления внутренней заполняющей жидкости. В гидравлических датчиках усилия вращающегося мембранного типа нагрузка или усилие, действующее на загрузочную головку, передается на поршень, который, в свою очередь, сжимает заполняющую жидкость, заключенную в камере эластомерной мембраны.

По мере увеличения силы давление гидравлической жидкости возрастает. Это давление может отображаться локально или передаваться для удалённого отображения или управления. Выходной сигнал является линейным и практически не зависит от количества рабочей жидкости или её температуры.

Если тензодатчики правильно установлены и откалиброваны, точность может составлять 0,25% от полной шкалы или выше, что приемлемо для большинства технологических процессов взвешивания. Поскольку этот датчик не содержит электрических компонентов, он идеально подходит для использования во взрывоопасных зонах.

Типичные гидравлические системы определения нагрузки включают взвешивание резервуаров, бункеров и бункерных установок. Для максимальной точности вес резервуара следует определять путем размещения по одному датчику усилия в каждой точке опоры и суммирования их выходных данных.

Пневматические Тензодатчики

Пневматические тензодатчики также работают по принципу балансировки усилий. В этих устройствах используется несколько камер демпфирования, что обеспечивает более высокую точность, чем гидравлические тензодатчики. В некоторых конструкциях первая камера демпфирования используется в качестве камеры для взвешивания тары.

Пневматические тензодатчики часто используются для измерения относительно небольших масс в отраслях, где чистота и безопасность имеют первостепенное значение.

К преимуществам тензодатчиков этого типа относятся их взрывозащищенность и нечувствительность к перепадам температуры. Кроме того, они не содержат жидкостей, которые могли бы загрязнить технологический процесс в случае разрыва мембраны. К недостаткам относятся относительно низкая скорость срабатывания и потребность в чистом, сухом, регулируемом воздухе или азоте.

Тензометрические тензодатчики

Тензометрические датчики нагрузки — это тип датчиков нагрузки, в которых тензометрический узел расположен внутри корпуса датчика нагрузки для преобразования действующей на него нагрузки в электрические сигналы. Для измерения деформации эти типы датчиков нагрузки должны быть подключены к электрической цепи, способной измерять малейшие изменения сопротивления, соответствующие деформации. В тензометрических датчиках нагрузки обычно используются четыре тензометрических элемента, электрически соединённых в мостовую схему Уитстона.

Вес, воздействующий на тензодатчик, измеряется по колебаниям напряжения, возникающим при деформации тензодатчика.

Сами датчики крепятся к балке или конструктивному элементу, который деформируется под воздействием веса. В современных тензометрических датчиках для повышения точности измерений установлено 4 тензодатчика. Два датчика обычно работают на растяжение, а два — на сжатие, и они подключены с помощью компенсационных настроек.

При отсутствии нагрузки на тензодатчик сопротивление каждого тензодатчика будет одинаковым. Однако при нагрузке сопротивление тензодатчика меняется, вызывая изменение выходного напряжения. Изменение выходного напряжения измеряется и преобразуется в считываемые значения с помощью цифрового измерителя.

Пьезорезистивные Тензодатчики

Пьезорезистивные датчики силы, аналогичные по своей работе тензометрическим датчикам, генерируют выходной сигнал высокого уровня, что делает их идеальными для простых систем взвешивания, поскольку их можно подключать непосредственно к измерителю показаний. Однако доступность недорогих линейных усилителей уменьшила это преимущество. Дополнительным недостатком пьезорезистивных устройств является их нелинейный выходной сигнал.

Индуктивные и Реактивные Тензодатчики

Оба этих устройства реагируют на пропорциональное весу смещение ферромагнитного сердечника. Одно из них изменяет индуктивность катушки соленоида за счёт движения его железного сердечника, а другое изменяет сопротивление очень маленького воздушного зазора.

Магнитострикционные Тензодатчики

Работа этого датчика силы основана на изменении проницаемости ферромагнитных материалов под действием приложенного напряжения. Он построен из стопки пластин, образующих несущую колонну вокруг набора первичных и вторичных обмоток трансформатора. При приложении силы напряжения вызывают искажения в схеме потока, генерируя выходной сигнал, пропорциональный приложенной нагрузке.

Это прочный датчик, который по-прежнему используется для измерения силы и веса на прокатных и листопрокатных станах.