Технические характеристики тензометрических датчиков, описание, функции, тарировка и их область применения

Тензометрический      датчик (тензодатчик;      от лат. tensus — напряжённый) — датчик,    преобразующий    величину деформации в удобный для измерения сигнал (обычно электрический), основной компонент тензометра (прибора для измерения деформаций). Существует множество способов измерения деформаций: тензорезистивный, пьезоэлектрический, оптико-поляризационный, пьезорезистивный, волоконно-оптический, или простым считыванием показаний с линейки механического тензодатчика. Среди электронных тензодатчиков наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики.

Тензорезистивный датчик обычно представляет собой специальную упругую конструкцию с закреплённым на ней тензорезистором и другими вспомогательными деталями. После калибровки, по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.

Существуют разные типы датчиков: датчики силы (измеряет усилия и нагрузки); датчики давления (измерение давления в различных средах); акселерометры (датчик ускорения); датчики перемещения; датчики крутящего момента.

Наиболее типичным применением тензодатчиков являются весы. В зависимости от конструкции грузоприёмной платформы, применяются тензодатчики различного типа: консольные; s-образные; «шайба»; «бочка».

Конструкция резистивного тензодатчика представляет собой упругий элемент, на котором зафиксирован тензорезистор (рисунок 1). Под действием силы (веса груза) происходит деформация упругого элемента вместе с тензорезистором. В результате изменения сопротивления тензорезистора, можно судить о силе воздействия на датчик, а, следовательно, и о весе груза. Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки. Для характеристики защиты тензодатчика от воды и пыли используется IP-рейтинг.

R = 115 Ом R = 100 Ом

Рисунок 1 – Деформация тензоризистора из фольги: а – исходное состояние; б – измененное состояние.

Рассмотрим датчик весоизмерительный тензорезисторный двух типов MLT-SS и LPA, которые предназначены для преобразования воздействующей на них статической и квазистатической силы в нормированный выходной электрический сигнал [1-5]. Датчики могут применятся, как в силоизмерительных, так и весоизмерительных и весодозирующих усройствах (рисунок 2).

Рисунок 2 – Тензометрические датчики:

а – модель LPA-SS-1t; б – модель MLT-SS-100kg;

В таблице 1 представлены технические характеристики двух типов датчиков.

Тип датчика	LPA-SS-1t	MLT-SS-100kg
Наибольший предел измерения, кг	1000	100
Рабочий коэффициент передачи, мВ/В	2,8556	0,1895
Класс точности ГОСТ 30129, МОЗМ Р60	С3	0,5%
Ползучесть за 30 мин, %	0,03	0,1
Баланс нуля, %	0,61	± 5
Температурный дрейф нуля, %/10˚C	0,03	0,05
Температурный дрейф сигнала, %/10˚C	0,03	0,05
Входное сопротивление, Ом	1442,5	350 ±30
Выходное сопротивление, Ом	1406,7	350 ±5
Сопротивление изоляции, МОм	>5000	>2000
Рабочий диапазон температур, %	-30…+70	-20…+80
Предельно допустимая нагрузка, %	200	120
Разрушающая нагрузка, %	300	200
Рекомендуемая напряжение питания, В	10-12	не более 10
Максимальное напряжение питания, В	15	15
Класс защиты	IP68	IP66
Материал	Нержавеющая сталь	Нержавеющая сталь
Длина кабеля, м	8	1
Диаметр кабеля, мм	6	2

Тарировка тензометрических датчиков

Тарирование тензометрических датчиков по весу проводилось с целью определения зависимости нагрузки от показаний напряжений на датчиках путём нагружения грузами с известными массами.

Параметры грузов представлены в таблице

Таблица 2 .

Таблица 2 – Массы используемых тел при нагружении

Масса, кг
№	Грузы	Гиря	Пластина
1	2,065	32	0,58
2	2,065
3	2,065
4	2,065
5	2,065
6	2,065
7	2,065

Ход последовательного нагружения показан в таблице 3 (ускорение свободного падения принято равным д = 9,807 м ).

Таблица 3 – Последовательность нагружения

№	Масса, кг	Вес, Н
1	0,000	0,000
2	0,580	5,688
3	2,645	25,940
4	4,710	46,191
5	6,775	66,442
6	8,840	86,694
7	10,905	106,945
8	12,970	127,197
9	15,035	147,448

10

32,000

313,824

Средние значения результатов трёх последовательных измерений представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Средние показания напряжений тензодатчиков при тарировке по

Нагрузка Разгрузка № Датчики V, мВ № Датчики V, мВ X Y Z X Y Z 1 0,309 0,126 0,267 1 0,308 0,125 0,265 2 0,329 0,144 0,287 2 0,328 0,146 0,285 3 0,402 0,220 0,356 3 0,400 0,219 0,358 4 0,476 0,294 0,430 4 0,474 0,291 0,430 5 0,545 0,364 0,501 5 0,543 0,362 0,500 6 0,614 0,434 0,570 6 0,612 0,431 0,570 7 0,684 0,504 0,640 7 0,682 0,502 0,640 8 0,753 0,574 0,710 8 0,753 0,572 0,710 9 0,825 0,647 0,782 9 0,825 0,647 0,789 10 1,461 1,281 1,417 10 1,461 1,281 1,417 весу

По данным таблицы 4 были построены тарировочные графики и выведены зависимости (рисунки 3 - 5).

о Экспериментальные данные         Уравнение линейной зависимости y = 273,071x - 81,848

Рисунок 3 – Тарировочный график датчика по оси X

о Экспериментальные данные          Уравнение линейной зависимости y = 272,208x - 32,035

Рисунок 4 – Тарировочный график датчика по оси Y

о Экспериментальные данные       Уравнение линейной зависимости y = 273,006x - 69,812

Рисунок 5 – Тарировочный график датчика по оси Z

Коэффициенты для расчёта нагрузки от трёх датчиков, соответственно равны 273,071 Н / мВ , 272,208 Н / мВ и 273,006 Н / мВ .

Вывод:

Построенные графики позволяют определить коэффициенты для расчёта нагрузки от трёх датчиков, 273,071 Н / мВ , 272,208 Н / мВ и

273,006 Н / мВ соотвествено.