Применяются в бытовой жизни людей и в промышленном производстве. Используются данные преобразователи для того, чтобы сделать замеры давления и веса.
Их также называют датчики деформации. Последние пользуются для получения электрического сигнала, преобразованного из механической энергии.
В данной статье мы попробуем разобраться что же такое устройства тензометрические, принципы, по которым они проводят измерения и схемы их подключения.
Какие могут быть тензометрические датчики и где они применяются
Давайте для начала выясним, как же работают тензометрические устройства? Согласно законам физики, при любом действии на тело, возникает противодействие со стороны объекта, к которому прикладывается данная сила, из-за этого происходит деформация.
Тензометрические приборы улавливают данные деформации предмета, преобразуют полученный сигнал в электрический импульс, и затем измерительная система преобразует данный импульс уже в конкретные значения. Зачем это необходимо?
Применение тензометрических устройств:
- Измерение веса. Тензометрические бывают разных конструкций и в зависимости от нее меняется принцип работы. Если мы будем измерять вес при помощи платформы (самый простой пример — напольные весы), то тензодатчики будут работать на сжатие, если же мы заходим измерить вес, используя подвесную систему (безмены), то в данном случае, датчики будут работать на растяжение.
- Измерение давления. Самый простой пример это измерение напора воды или газов в трубомагистралях.
- Измерение крутящего момента в двигателях внутреннего сгорания машин.
- Определение изменения скорости.
- Отслеживание движения.
Также приборы деформации могут отличаться между собой элементом, при помощи которого происходят замеры и алгоритма работы.
В зависимости от своей конструкции, тензометрические применяются в разных областях.
Разные по своим техническим характеристикам тензометрические приборы имеют разное количество отверстий, с помощью которых они монтируются и разное возможное количество направлений приложения силы для проведения измерений.
Также тензодатчики отличаются друг от друга по форме, они бывают:
- Консольные. Используются в бункерных, напольных весах или дозаторах, когда необходимо измерить количество вещества.
- Цилиндрические устройства давления применяются для того, чтобы измерить большие весов (вагонов, автомобилей, больших баков или контейнеров).
- S-образные применяются для того, чтобы замерить, сколько весит объект при помощи подвешивания (башенные краны, безмены и остальные похожие механизмы).
Применяемые тензодатчики могут быть абсолютно разных размеров и форм.
Принцип устройства и работы датчиков давления
Выше мы уже говорили, что тензометрические датчики, которые используются для измерения давления или веса, реагируют на возникающую деформацию, образуя электросигнал.
Электросигнал в свою очередь может быть либо цифровым, либо аналоговым, но в независимости от типа электрического сигнала, они оба возникают когда изменяется форма чувствительного элемента. Из чего же состоят эти элементы?
В зависимости от принципа работы (сжатие, растяжение или реакция на изгиб) и от места крепления тензометрического, будут отличаться типы основы и корпуса.
Кроме чувствительного элемента, в корпусе тензометрического могут располагаться аналого-цифровые преобразователи, формирователи питания и прочие дополнительные элементы.
Если тензодатчик цифрового типа, то в нем необходимым элементом будет преобразователь аналогового сигнала в цифровой сигнал.
Более широкое применение нашли тензорезистивные компоненты, давайте попробуем на их примере разобраться в принципе работы тензометрических датчиков.
Тензорезистивные датчики состоят из специальной гибкой пленки или подложки, на которую нанесен резистивный слой.
Такой слой может быть из фольгированного материала, пленки очень маленькой толщины или гибкой проволоки, все они укладываются в виде извилистой линии.
Если на датчик оказывается механическое воздействие, то гибкий слой изгибается, чувствительные элементы растягиваются. При растяжении поперечное сечение пленки становится меньше и следовательно, сопротивление увеличивается.
После прекращения воздействия все возвращается на свои места, гибкий слой принимает первоначальный вид, поперечное сечение проволоки возвращается в исходное положение и сопротивление уменьшается.
По обратному принципу работают пьезоэлектрические датчики. При механическом воздействии на кристалл пьезоэлектрического датчика возникает электродвижущая сила.
Принцип работы пьезорезистивных датчиков схож с принципом работы тензорезисторных датчиков и основывается на изменении сопротивления полупроводников.
Встречается еще одна разновидность датчиков — так называемые емкостные датчики. Принцип работы емкостных датчиков построен на измерении ёмкости между гибкими пластинами. Есть ещё устройства, принцип работы которых построен на изменении электромагнитного поля контура.
Как подключаются тензометрические датчики
Принцип работы устройств давления мы уже разобрали, теперь давайте разберемся как они подключаются.
Резистивный прибор давления состоит из нескольких резисторов, соединенных между собой определенным образом. Такой тип подключения называется “Мост Уинстона” или измерительный мост.
Чтобы так называемый “мост” работал ему необходимо электропитание и электросигнальные провода. А более навороченные системы могут иметь в своем составе проводки, которые будут стабилизировать температуру и прочие дополнительные функции.
В зависимости от условий окружающей среды, в которых будут работать приборы, от весов, которые им придется измерять и от того, насколько точные измерения необходимы, тензометрические датчики могут отличаться по своей конструкции.
Для каждого вида измерений подбирается свой прибор и свой чувствительный элемент. От этого зависит насколько точными будут измерения. Современные тензометрические могут улавливать изменения от нескольких сотых грамма, до многих сотен тонн.
