Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Для вимірювання тиску і ваги на виробництві та в побутовій електроніці використовуються тензометричні датчики. Це пристрої, основне завдання яких перетворити механічний вплив в електричний сигнал. У цій статті ми розглянемо, що таке тензодатчик, який у нього принцип роботи і схема підключення.Види і сфера застосування
Для початку розберемося в принципі дії тензометричних датчиків. При впливі на тіло зовнішніх сил воно деформується, протидіє доданої силі. За рахунок деформацій корпусу датчика відбувається вплив на вимірювальний елемент тензодатчика. В результаті пристрій видає електричний сигнал, зчитуючи який система обробки видає результат вимірювань. Але для чого потрібен такий тип пристроїв?
Датчики використовуються для:
- Вимірювання ваги. При цьому в залежності від конструкції вимірювального вузла можуть використовуватися на стиск або на розтягнення. Відповідно їх призначення - вимірювання ваги на платформах (наприклад, ваги в магазинах) або на підвісі (крани та інше).
- Вимірювання тиску. Наприклад, в трубопроводах газів і рідких речовин.
- Вимірювання крутного моменту (на двигунах автомобілів або верстатів).
- Визначення прискорення.
- Контролю переміщення.
За типом вимірювального елемента і принципу роботи тензодатчики діляться на:
- Тензорезистивні.
- П'єзоелектричні.
- Оптико-поляризаційні.
- Волоконно-оптичні.
- П'єзорезистивного.
Конструктивні особливості тензодатчика визначає то де він застосовується, адже конструкція визначає наявність монтажних отворів і векторів можливого докладання зусиль, відповідно і самого процесу вимірювання. За формою також тензометричні датчики бувають різних типів:
- Консольні. Призначення таких пристроїв - вимірювання кількості речовин в дозаторах, конвеєрних, платформних, бункерних і підлогових вагах.
- Циліндричні. Застосовуються для зважування вагонів, автомобілів, баків і ємностей - там, де потрібно вимірювати великі ваги.
- S-образні, спрацьовують на розтягнення, підходять для вимірювання ваги, що піднімається краном і в інших подібних конструкціях.
На практиці тензометричні датчики можуть проводитися в абсолютно різноманітному виконанні.
Пристрій і принцип дії
Для вимірювання тиску або ваги використовується тензодатчики, всі вони видають електричний цифровий або аналоговий електричний сигнал при зміні форми чутливого елемента. Але з чого вони складаються?
Основа або корпуси бувають різних типів, від цього залежить, куди ви зможете встановити датчик. А також те, в якому напрямку він працює - на стиск, розтяг або на вигин.
У корпусі тензодатчика крім чутливого елемента можуть перебувати і додаткові блоки, наприклад, АЦП, формувачі харчування та ін. Якщо тензометричний датчик цифрової, то і блок для перетворення аналогового сигналу (АЦП). Розглянемо принцип роботи чутливого елемента тензометрического датчика на прикладі тензорезистивного компонента - вони знайшли найбільш широке застосування.
Тензометрический датчик резистивного типу являє собою гнучку плівку або підкладку, на яку нанесений резистивний шар. Якщо це плівковий датчик - тонке напилення або фольга, якщо дротяний - на гнучкій підкладці розміщена дріт. Напилення або дріт укладаються в звивисту лінію.
При механічній дії на підкладку він згинається, в результаті чого плівка, фольга або дріт розтягується. Відповідно в натягнутому стані змінюється (зменшується) її площа поперечного перерізу і опір збільшується. При зниженні тиску підкладка повертається у вихідне положення, резистивний шар теж, а його опір починає зменшуватися і повертатися до норми.
П'єзоелектричні чутливі органи працюють навпаки. При тиску на п'єзокристал виникає ЕРС, тоді як у п'єзорезистивних датчиків з тонких плівок напівпровідників також змінюється опір.
Ще можна зустріти і ємнісні датчики - це прилади, принцип роботи яких полягає у вимірюванні ємності між гнучкими пластинами. А також електромагнітні пристрої, в яких під впливом на муздрамтеатр змінюються характеристики контуру.
Схема підключення
Як працює тензодатчик ми розібралися. Тепер слід ознайомитися зі схемою підключення. Блок схема пристрою, що зчитує сигнал, зображена на малюнку нижче. На ній ви бачите один з варіантів посилення і перетворення сигналу з датчика.
Якщо розглянути тензорезистивного датчик, то реально він являє собою міст з резисторів, включений в такий спосіб. Така схема включення називається «Міст Вінстона» або вимірювальний міст.
Для його роботи недостатньо підключити лише сигнальні дроти, потрібні ще й проведення харчування. У деяких складних системах можуть підключатися ще й проведення для термостабілізації або інших функцій.
На відео детально розповідається, що собою представляють тензометричні датчики і як вони працюють:
Сучасні тензометричні датчики в залежності від свого призначення можуть використовуватися в установках для вимірювання від часткою грам до сотень тон. Відповідно для кожного діапазону ваг підбираються тензодатчкі певної конструкції і типу чутливого елемента. Крім вимірюваних ваг важливу роль у виборі контрольно-вимірювальної апаратури грає і умови, в яких вони будт працювати, а також необхідний клас точності.
Матеріали по темі:
- Як залежить опір провідника від температури
- Для чого потрібно реле напруги
- Маркування резисторів по потужності і опору