Как работают тензодатчики: практическое руководство

Тензодатчики широко распространены. Их можно найти в промышленных машинах, кранах и даже в домашних весах. Они необходимы для измерения силы и веса с невероятной точностью. Для обслуживания и устранения неисправностей в системах, использующих тензодатчики, важно понимать, как они работают, как их тестировать и как подключать. Давайте подробно рассмотрим мир тензодатчиков.

Как работают тензодатчики

По сути, тензодатчики являются датчиками силы. Они работают по принципу, что приложение силы или нагрузки изменяет электрическое сопротивление датчика. Большинство современных тензодатчиков используют тензометрические датчики. Эти крошечные устройства растягиваются при приложении силы. Это изменение влияет на их сопротивление. Эти изменения чрезвычайно малы, но при усилении и обработке они обеспечивают очень точное измерение нагрузки.

Базовый тензодатчик обычно входит в состав цепи моста Уитстона, которая отлично подходит для обнаружения небольших изменений сопротивления. При приложении нагрузки тензодатчики внутри слегка деформируются. Эта деформация изменяет их сопротивление, вызывая изменение выходного напряжения моста. Затем это напряжение считывается дисплеем или контроллером, который отображает вес или силу.

Как работают тензодатчики сжатия?

Тензодатчики сжатия измеряют силы сжатия. Эти силы толкают или давлят на тензодатчик. Когда вес давит на тензодатчик сжатия, внутренние тензодатчики испытывают сжатие (укорочение), что приводит к изменению их электрического сопротивления.

Тензодатчики сжатия обычно имеют цилиндрическую или дисковую форму. Они измеряют силу в вертикальных приложениях.

Они обычно используются в следующих областях:

• Машины для испытания материалов
• Контроль конструкций
• Промышленные весы
  

Их конструкция обеспечивает правильное приложение нагрузки. Это позволяет сохранять точность показаний в течение длительного времени.

Как работает тензодатчик для кранов?

Краны работают с огромными силами, поэтому тензодатчики для кранов специально разработаны для безопасного и надежного измерения больших нагрузок. Обычно тензодатчик для кранов устанавливается между крюком крана и грузом. Это может быть грузовой скоба (скоба со встроенным тензодатчиком) или грузовой звеньевой соединитель.

В кране, когда груз поднимается, сила передается через весоизмерительную ячейку. Тензодатчики внутри измеряют растяжение, а не сжатие, как тензодатчики сжатия. Они преобразуют это растяжение в электрический сигнал. Это позволяет крановщику контролировать груз в режиме реального времени и убедиться, что он не превышает пределы безопасной рабочей нагрузки крана. Это важная функция безопасности, которая может предотвратить опасные перегрузки.

Как работают датчики весоизмерительных ячеек

Все датчики весоизмерительных ячеек основаны на одной и той же базовой идее: деформация под воздействием силы. Тензодатчики прочно прикреплены к конструкции внутри весоизмерительной ячейки. Эта конструкция обычно представляет собой металлический корпус. Когда конструкция изгибается или деформируется под воздействием приложенной нагрузки, тензодатчики также деформируются.

Физическая деформация незначительна, часто составляет всего несколько микрон. Тем не менее, сопротивление тензометрического датчика изменяется настолько, что создается читаемый выходной сигнал напряжения. Это небольшое изменение напряжения усиливается и отображается в виде веса или силы.

Высококачественные датчики веса снижают погрешности. Они помогают компенсировать температурный дрейф, ползучесть и гистерезис. Ползучесть означает изменения во времени при постоянной нагрузке. Гистерезис относится к различиям между нагрузкой и разгрузкой. Некоторые датчики веса даже имеют встроенные функции температурной компенсации.

Как проверить тензодатчик

Проверка тензодатчика помогает убедиться в его правильной работе. Вот простой способ сделать это:

1. Визуальный осмотр: проверьте наличие физических повреждений — вмятин, коррозии, обрывов проводов.
2. Проверка нулевого баланса: отсоедините тензодатчик от системы. С помощью мультиметра измерьте напряжение между сигнальными линиями (обычно зеленый и белый провода). Без нагрузки выходной сигнал должен быть близок к нулю (милливольтам).
   
3. Проверка сопротивления моста: проверьте сопротивление между проводами возбуждения, обычно красным и черным. Также измерьте сопротивление по сигнальным проводам. Сравните результаты с техническими характеристиками производителя. Значительные отклонения могут означать внутреннее повреждение.
4. Приложите известную нагрузку: если возможно, приложите к тензодатчику известный вес и проверьте, соответствует ли выходной сигнал ожидаемому значению.

Если во время этих шагов что-либо выглядит не так, тензодатчик может быть неисправен.

Как проверить 4-проводной тензодатчик

4-проводной тензодатчик имеет два провода для питания (возбуждения) и два провода для сигнала. Чтобы проверить 4-проводной тензодатчик:

1. Определите провода: как правило, красный провод предназначен для возбуждения (+), черный — для возбуждения (-), зеленый — для сигнала (+), а белый — для сигнала (-).
   
2. Проверьте сопротивление возбуждения: измерьте сопротивление между красным и черным проводами. Оно должно соответствовать входному сопротивлению, указанному производителем (например, 350 Ом).
3. Проверьте сопротивление сигнала: измерьте выходное сопротивление между зеленым и белым проводами. Оно должно быть близким к входному сопротивлению.
4. Проверьте изоляцию: убедитесь, что между проводами и корпусом тензодатчика нет целостности (нет коротких замыканий).
   

4-проводные тензодатчики просты в использовании. Однако у них нет чувствительных проводов. Это означает, что они не могут компенсировать падение напряжения в кабелях. В результате при использовании длинных кабелей может снизиться точность.

Как проверить 6-проводной тензодатчик

6-проводной тензодатчик имеет два дополнительных провода, называемых чувствительными. Они помогают компенсировать изменения сопротивления кабеля или температуры.

Чтобы проверить 6-проводной тензодатчик:

1. Определите провода: красный (возбуждение +), черный (возбуждение -), зеленый (сигнал +), белый (сигнал -), синий (чувствительный +), коричневый (чувствительный -).
2. Измерьте сопротивление возбуждения и сигнала: как и в случае с 4-проводной конструкцией, проверьте сопротивление красного и черного проводов, а также зеленого и белого.
3. Проверьте чувствительные провода: измерьте сопротивление между чувствительными проводами и проводами возбуждения; при подаче питания разница напряжений должна быть минимальной.
   
4. Проверьте изоляцию: убедитесь, что ни один из проводов не закорочен на корпус.

6-проводные тензодатчики более точны, особенно в тяжелых условиях эксплуатации, поскольку они автоматически компенсируют небольшие отклонения.

Как подключить тензодатчик

Правильное подключение тензодатчика имеет решающее значение для получения точных показаний.

• Шаг 1: Определите провода: как объяснялось выше, 4-проводные и 6-проводные тензодатчики имеют стандартные цветовые коды.
  
• Шаг 2: Подключите возбуждение: подключите провода возбуждения+ (красный) и возбуждения- (черный) к источнику питания усилителя или индикатора.
• Шаг 3: Подключите сигнал: подключите сигнал+ (зеленый) и сигнал- (белый) к входным клеммам сигнала.
  
• Шаг 4: Подключите провода датчика (если 6-проводной): подключите датчик+ (синий) и датчик- (коричневый) к входам датчика, если они есть на вашем усилителе. Если нет, соедините датчик+ с возбуждением+ и датчик- с возбуждением-.

Всегда дважды проверяйте схему подключения, предоставленную производителем тензодатчика, так как иногда цвета могут немного отличаться.

Заключение

Тензодатчики — это удивительные устройства, сочетающие в себе механическую инженерию и точную электронику. Будь то тестирование простых весов для ванной, мониторинг промышленного крана или настройка сложной системы взвешивания, понимание принципа работы тензодатчиков, а также умение правильно их тестировать и подключать имеет важное значение. Внимательная проверка может избавить вас от дорогостоящих ошибок и опасных аварий. Имея небольшие знания и мультиметр, вы сможете самостоятельно диагностировать и устранить многие проблемы, связанные с тензодатчиками.