комбинированная погрешность тензодатчика что это

Тензодатчики веса

Тензодатчик веса – это изделие, которое преобразовывает механическую деформацию в электрический сигнал. Это резистивный преобразователь, являющийся основным компонентом в большинстве современных весов.

Конструктивно тензодатчик представляет собой тензорезистор с контактным элементом. В контактном элементе создается постоянное напряжение. Вес измеряемого груза образует механическую деформацию и разрывает цепь. Мостовая схема подключения тензодатчика основана на законе Ома, при котором: если все сопротивления имеют одинаковые значения, то ток, проходящий через резисторы, также будет иметь равные значения. Здесь воздействие из вне (действие силы веса) принято называть «внешним фактором», а преобразование сигнала «внутренним». Тогда принцип действия основан на анализе внешнего фактора при помощи внутреннего.

В большинстве весов сигнал передается на терминал, который преобразует его в значение массы груза. Но в некоторых весах аналоговый электрический сигнал преобразуется в цифровую величину и уже «цифра» (внутренний фактор) передается на обработку в терминал. Балочные датчики, как правило, используются в весах небольшой грузоподъёмности, например, платформенных (до 10-20 тонн).

В платформенных весах используется обычно не один датчик. В этом случае применяется разветвительная коробка (сумматор). С помощью этого сумматора для аналоговых датчиков можно произвести юстировку по сопротивлению. Установку датчиков рекомендуется производить с помощью экранированного кабеля с целью исключения внешних помех.

Точность тензодатчиков веса

Применение и неисправности

В крановых весах используется S-образный датчик, деформация, которую он измеряет – это растяжение. В автомобильных весах используются вертикальные. Внешний фактор здесь – сжатие.

При замене датчика в весах необходимо очень внимательно учитывать все параметры.

Датчики могут работать годами даже при интенсивном их использовании, но бережном отношении. Самая распространенная причина выхода из строя датчика это превышение его НПВ. Превышение может быть как статическим, так и динамическим. Проще говоря на весы можно аккуратно положить груз, превышающий его предельную нагрузку. А можно груз, не превышающий предельную нагрузку бросить на весы.

Также распространенной причиной поломки датчика является использование его в агрессивной среде. На фото показаны датчики, использовавшиеся в во влажном помещении с растворами натриевой соли.

Источник

Комбинированная погрешность тензодатчика что это

ДАТЧИКИ СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЕ

Общие технические требования и методы испытаний

Strain-gauge load cells.
General technical requirements and test methods

Дата введения 1993-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности и приборостроения СССР

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 29.12.90 N 3510

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД,
на который дана ссылка

Номер пункта, приложения

2.1; 3.1; приложение 1

2.1; 2.8; 2.11; 6.12; приложение 1

2.12; 2.13; 6.1.2; приложение 1

5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 7-95 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-95)

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 2004 г.

Настоящий стандарт распространяется на датчики силоизмерительные тензорезисторные общетехнического применения с проволочными или фольговыми тензорезисторами, предназначенные для использования в устройствах измерения статических или медленно изменяющихся сил, и устанавливает общие технические требования и методы испытаний.

Требования разд.2 (пп.2.1 и 2.2), 3, 4 и 6 являются обязательными, другие требования настоящего стандарта являются рекомендуемыми.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ

1.1. По методу соединения тензорезисторов с упругим элементом датчики подразделяют на:

— тензорезисторные фольговые или проволочные на клеевой основе (с подложкой и без подложки);

— тензорезисторные проволочные и на бесклеевой основе.

1.2. По направлению измеряемой силы датчики подразделяют:

— для измерения силы сжатия;

— для измерения силы растяжения;

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.1. Датчики подразделяют по номинальным нагрузкам, категориям точности, значению рабочего коэффициента передачи (РКП), диапазонам рабочих температур и показателям надежности (см. табл.1).

Наименование показателя, размерность

Номинальные усилия, кН

Выбирают из ряда R10 по ГОСТ 8032

0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,40; 0,50; 0,60; 1,00; 2,00

Рабочий коэффициент передачи (РКП) при номинальной нагрузке, мВ/В

Диапазон рабочих температур, °С

Заданная наработка**, ч

250; 500; 750; 1000; 1500; 2000

Вероятность безотказной работы за заданную наработку**

0,80; 0,85; 0,90; 0,92; 0,94

Полный средний срок службы, лет

* Для датчиков категории точности с 0,02 по 0,20 включительно допускаются индивидуальные значения РКП при номинальной нагрузке для каждого экземпляра, указываемые в сопроводительной документации.

** Конкретные значения заданной наработки и вероятности безотказной работы выбирают из ряда и устанавливают в технических условиях на датчик конкретного типа по согласованию с заказчиком. Критерий отказа указывают в технических условиях на датчик конкретного типа.

2.2. Значения метрологических характеристик в зависимости от категории точности датчика не должны превышать указанных в табл.2.

Наименование составляющей погрешности

Предел допускаемых значений составляющих погрешностей в процентах от номинального значения РКП,
для категории точности датчиков

Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей

Изменение НКП при изменении температуры

Изменение РКП при изменении температуры на 10 °С

2.3. Значение начального коэффициента передачи (НКП) датчика не должно превышать 2,5% номинального значения РКП.

2.4. Метрологические характеристики датчика должны оставаться в пределах допускаемых значений после воздействия на него в течение не менее 5 мин нагрузки, превышающей номинальную на 25%.

2.5. Метрологические характеристики датчика должны быть в пределах допускаемых значений при угловом отклонении направления измеряемой силы относительно оси датчика до 0,5° включительно. При более значительных отклонениях возможно нормирование дополнительной погрешности в стандартах и технических условиях на датчики конкретных типов.

2.6. Изменение показаний датчиков во времени при непрерывном воздействии силы, равной верхнему пределу измерений, должно регламентироваться в стандартах и технических условиях на датчики конкретных типов.

2.7. Значение наименьшего сопротивления изоляции электрических цепей датчиков должно соответствовать указанным в табл.3.

Сопротивление изоляции, МОм

при температуре (20±5) °С и относительной влажности от 30% до 80%, не менее

после воздействия температуры (30±5) °С и относительной влажности до (95±3)%, не менее

Тензорезисторные фольговые или проволочные на клеевой основе

Тензорезисторные проволочные на бесклеевой основе

Источник

Тензодатчики с калиброванным по току выходом в системах с несколькими датчиками. Описание, расчет, сравнение со стандартными тензодатчиками.

Калибровка стандартных тензодатчиков.

Весовым системам с несколькими тензодатчиками обычно требуется индивидуальная настройка каждого тензодатчика по току, чтобы гарантировать, что точность измерение веса находится в пределах допуска, при размещении груза в пределах заданной области взвешивания. Индивидуальная настройка датчиков нагрузки представляет собой трудоемкий процесс, особенно для систем взвешивания и контроля положения емкостей или резервуаров, а также на оборудовании работающем в агрессивных средах, когда приходится опорожнять и заполнять емкости несколько раз в процессе калибровки.

Например, четыре обычных тензодатчика соединены параллельно с питающим напряжением 10 В постоянного тока:

* Выходные значения параметров группы тензодатчиков равны среднему арифметическому значению параметров отдельных тензодатчиков.
** I/R t = I/R 1 + I/R 2 + I/R 3 + I/R 4

Суммарные выходные параметры могут быть рассчитаны умножением общего тока на общее сопротивление: U = I t * R t = 0,2279 * 87,81 = 20,012 ≈ 20,01 мВ.

Показания при приложении испытательной нагрузки 500 кг на каждый отдельный тензодатчик будут:

Где:
I t = T * S * E ∕ R o * E max
U o = I t * R t
M = U o * N * E max ∕ U oc
I t = Общий ток (mA)
T = Тестовая нагрузка (кг) = 500
S = Рабочий коэффициент передачи тензодатчика (мВ/В)
E = Напряжение возбуждения (В) = 10
R o = Выходное сопротивление тензодатчика (Ω)
E max = Номинальная нагрузка тензодатчика (кг) = 1000
U o = Напряжение на выходе (мВ)
R t = Общее сопротивление (Ω) = 87.81
M = Измеренное значение (кг)
N = Количество тензодатчиков = 4
U oc = Комбинированное напряжение на выходе (мВ) = 20.01

Показания основаны на номинальной нагрузке тензодатчиков. Значение нулевого баланса (выход без нагрузки) считается равным 0 мВ/В. Следовательно, если тензодатчик не загружен, ток также будет 0 мА. В приведенном выше примере рассматривается тестовая нагрузка, которая действует только на один из четырех тензодатчиков. На практике испытательная нагрузка будет неравномерно распределена по всем тензодатчикам из-за наличия конструкции системы взвешивания (платформа / бункер). Поэтому абсолютные ошибки будут меньше, но все же их значения значительны.

Если все датчики нагрузки были бы нагружены величиной 500 кг, общее значение измерений будет 501.05 + 498.91 + 499.39 + 500.61 = 1999,96 ≈ 2000 кг. Эти расчеты ясно показывают, что системе нужна дальнейшая настройка, для повышения точности. Обычно это делается в балансировочной коробке используя постоянные или переменные резисторы.

Но этот метод имеет серьезные недостатки:
Дополнительные термочувствительные резисторы вводятся в цепь системы измерения веса.
Выбор этих резисторов может быть очень трудоемким и требуют использования эталонного веса.
Процесс калибровки должен выполняться каждый раз при замене тензодатчика.
Решение, используемое некоторыми производителями тензодатчиков для улучшения общего результата поставлять отдельные резисторы с каждым тензодатчиком для использования в выходных цепях для балансировки выходных сопротивлений. Однако это не решает проблему установки дополнительных резисторов и опять же, они должны повторно подстраиваться, при замене любого тензодатчика.

Откалиброванные по току тензодатчики.

Возьмем типичные характеристики тензодатчика:
• Номинальный выходной допуск: ± 0,1% (абсолютная погрешность 0,2%)
• Допуск на значение выходного сопротивления: ± 1,0% (абсолютная ошибка 2,0%)

Комбинируя три приведенные выше формулы, можно признать, что максимальная погрешность основана только на номинальном выходном допуске и допуске на значение выходного сопротивления тензодатчика:
M = (T * E * R t * N ∕ U oc ) * (S ∕ R  o ) = Const * (S ∕ R t )
Следовательно, максимальная погрешность будет:
√ (0,22 + 2,02) = 2,01%
Калибровка тензодатчика по току делает внешние балансировочные резисторы ненужным, позволяет намного быстрее производить наладку и калибровку и позволяет заменять тензодатчики без необходимости перенастройки системы. Откалиброванные тензодатчики рационализированы с точки зрения значения выходного тока, а не с точки зрения напряжения на выводе.

Пример, следующие четыре тензодатчика откалиброванных по току соединены параллельно с питающим напряжением 10 В постоянного тока:

Источник

Тензодатчик: принцип работы, устройство, типы, схемы подключения

Системы контроля производят постоянное наблюдение за состоянием различных механизмов, положением рабочих органов и, в том числе, контролируют вес. Для измерения величины веса и дальнейшего применения данных в логических схемах устанавливается тензометрический датчик (тензодатчик). Что это такое и как он работает мы рассмотрим в данной статье.

Что такое тензодатчик?

Тензометрический датчик, в соответствии с п.2.1.2 ГОСТ 8.631-2013 представляет собой весоизмерительный элемент, который реагирует на изменение величины физического воздействия (усилия) и переводит его в электрический сигнал. Фактически это резистор, меняющий параметр омического сопротивления, по отношению к прилагаемой силе. На практике широко используются для измерения массы и нагрузки в весоизмерительных системах. В зависимости от сферы применения используются различные типы тензодатчиков, отличающихся как принципом действия, так и конструктивными особенностями.

Конструкция

В качестве примера рассмотрим наиболее простой вариант тензодатчика, где в роли чувствительного элемента выступает тензорезистор. Конструктивно его можно представить в виде тонкой упругой проволоки или пленки, распределенной по контролируемой поверхности.

Работа тензорезистора основывается на законе Гука, гласящем, что изменение электрического сопротивления по отношению к исходному положению элемента пропорционально удлинению или сжатию сенсора. Руководствуясь данным принципом определяется коэффициент пропорциональности:

На практике это реализуется следующим образом (рисунок 1):

Рис. 1. Устройство тензорезистора

При нахождении в состоянии покоя дорожки тензорезистора имеют определенное сечение и длину проводника. Сопротивление всего резистивного элемента тензодатчика будет определяться по формуле:

Таким образом, в случае удлинения тензодатчика длина проводящих дорожек увеличивается, а поперечное сечение уменьшается. Как результат, омическое сопротивление тензорезистора будет повышаться. При сжатии произойдет обратный процесс – длина проводящих элементов уменьшиться, а их поперечное сечение увеличиться. В результате сжатия сопротивление тензодатчика уменьшиться, что и лежит в основе принципа его работы.

Принцип работы

В большинстве случаев тензодатчик функционирует не от одного тензорезистора, а включает в себя мостовую измерительную схему. Такой принцип получил название моста Уитстона и реализуется следующим образом (рисунок 2):

Рис. 2. Принцип действия тензодатчика

Как видите на рисунке, в плечи моста включены четыре тензорезистора, которые расположены на гибкой подложке, что обеспечивает им упругую деформацию в ходе измерений. Все резистивные элементы тензодатчика подбираются равнозначными, что обеспечивает на выходе в состоянии покоя нулевое значение разности потенциалов в точках + S и – S. Это обозначает, что в ненагруженном идеальном тензодатчике не будет протекать ток в выходной цепи измерительного прибора. В реальном устройстве, все равно существует токовая нагрузка из-за конструктивных отличий резистивных деталей, температурных колебаний.

Как только к измерительному органу прибора будет приложена механическая нагрузка, гибкое основание деформируется, от чего изменятся рабочие параметры всех резисторов в цепи моста тензодатчика. В большинстве случаев попарно происходит сжатие и растяжение тензорезисторов (рисунок 3):

Рис. 3. Воздействие нагрузки на тензодатчик

Как видите, на рисунке два резистора сжимаются, а другие два растягиваются, в результате чего происходит искажение моста. Электрическая цепь выходит из равновесия и через выход тензодатчика начинает протекать электрический ток. О чем будет свидетельствовать отклонение стрелки гальванометра или дисплей оборудования, реагирующий на изменение разности потенциалов. Как только нагрузка перестанет воздействовать на тензодатчик, гибкая пластина вернется в исходное состояние, а измерительный мост снова перейдет в состояние равновесия.

На данном примере мы рассмотрели простейший вариант четырехпроводного тензометрического датчика. Но на практике также используются пяти и шестипроводные весоизмерительные сенсоры, что обусловлено типом конкретного устройства.

Сфера применения тензометрических датчиков охватывает ряд устройств самого различного назначения. Поэтому для измерения величины физического воздействия применяются тензодатчики разных типов. Разделение сенсоров по видам осуществляется на основании нескольких факторов.

Рис. 4. Типы датчиков по форме грузоприемного основания

Так, в зависимости от формы грузоприемного основания выделяют:

В зависимости от вида метода измерения все тензодатчики подразделяются на:

В соответствии с п.1.2 ГОСТ 28836-90 по характеру прилагаемого усилия тензодатчики можно разделить на те, которые реагируют на сжатие, растяжение и универсальные.

Схемы подключения

На практике применяются различные способы подключения тензодатчика в общую цепь. Наиболее простой вариант – схема четырехпроводного подключения, которая приведена на рисунке 6 ниже:

Рис. 6. Четырехпроводная схема подключения

В данном случае схема подключения подразумевает строгое соблюдение цветовой маркировки проводов: красного и белого для подачи напряжения питания, а черного и зеленого для съема получаемого сигнала. Пятый провод используется для заземления корпуса оборудования, в некоторых моделях используется экран для устранения помех. Такой вариант применяется для силовых датчиков, слаботочного оборудования, устанавливаемого непосредственно в месте измерения и фиксации результата. На практике может реализоваться следующим образом:

Рис. 7. Практическая реализация четырехпроводной схемы подключения

Когда весоизмерительный блок удален от контрольного блока, используется шестипроводная схема для исключения влияния омического сопротивления проводов питания на результат измерений.

Рис. 8. Шестипроводная схема с цепью обратной связи

Выводы + E и – E применяются для подачи напряжения питания на тензодатчик. С клемм + Sen и – Sen снимается падение напряжения на проводах, которое затем вычитается из результирующего сигнала. Контакты + S и – S используются для съема показаний, функция вычитания реализуется следующим образом:

Рис. 9. Практическая реализация вычитания напряжения

Назначение

Тензодатчик устанавливается в различных приборах и приспособлениях для отслеживания реакции на физическое воздействие. На сегодняшний день сфера его применения охватывает самые различные отрасли промышленности и народного хозяйства, где он используется для:

Как выбрать?

При выборе модели для измерения какого-либо физического усилия или веса, необходимо руководствоваться основными параметрами сенсора. К таким характеристикам относятся:

Источник

Выбираем тензодатчик

Материал, представленный в данной статье рассчитан на новичков, но, возможно, будет полезен и опытным специалистам.

Как выбрать тензодатчик?

С каждым годом тензодатчики находят все большее применение в различных технических областях. Многие компании предлагают богатый ассортимент тензодатчиков различного качества и по различным ценам. Как не запутаться в многообразии предлагаемых типов и сделать правильный выбор?

Для начала определимся с терминологией. Иногда тензодатчик называют как датчик веса, датчик силы, тензометрический датчик, тензорезисторный датчик- все это обозначает обычно одно и то же. Иногда тензорезистор называют тензодатчиком, но мы считаем, что это не верно, тензорезистор- это сам резистор который заключается в пленку и клеится внутри тензодатчика.

Основные характеристики тензодатчиков

Схема подключения тензодатчика. Наиболее распространенной является «четырехжильная» схема подключения, такая схема используется в обычных случаях. В случаях, когда имеется существенная разница сопротивлений кабелей смежных тензодатчиков, используется «шестижильная» схема подключения, такая схема позволяет компенсировать электрическое сопротивление кабелей тензодатчиков.

Класс точности тензодатчика. В соответствии с OIML R 60 классы точности датчиков распространяются в очень широком диапазоне, но в реальности классы точности тензодатчиков соответствуют от D1 до С6. Наибольшее применение нашел класс точности C3, что примерно соответствует комбинированной погрешности равной 0.02%. Использование более точных датчиков требует обоснования. Кроме всего прочего существенное влияние на точность может оказать весовой терминал.

Другие характеристики тензодатчиков. Кроме вышеперечисленных основных характеристик следует обратить внимание на рабочий диапазон температур, рабочий коэффициент передачи (РКП), рекомендуемое и максимальное напряжение питания, класс защиты, входное и выходное сопротивление, длину и диаметр кабеля.

Специалисты компании ТОКВЕС подберут тензодатчик и сопутствующие приборы исключительно под Вашу задачу.

Источник

• ← Что такое драйвер?
• кошки в подвале многоквартирного дома что делать →