Тензометрический датчик, весовой модуль, датчик веса

Что такое тензометрический датчик и как он работает?
Технология датчиков веса основана на преобразовании приложенного усилия — силы тяжести, действующей на тело в гравитационном поле Земли в зависимости от его массы, — в электрический сигнал. В большинстве весовых датчиков используются так называемые тензорезисторы, электрическое сопротивление которых меняется в результате механической деформации. Подробнее о весовых датчиках рассказано ниже. Масса под действием гравитации приводит к образованию силы тяжести. Эта сила вызывает деформацию корпуса тензометрического датчика, и датчик регистрирует меру этой деформации. Деформация весового датчика приводит к изменению сопротивления, что вызывает изменение выходного напряжения. Выходное напряжение изменяется пропорционально измеряемой массе.

Тензометрические датчики веса или весовые датчики используются в самых разных отраслях там, где необходимы точные измерения. Тензодатчики достоверно измеряют массу резервуаров, емкостей, бункеров или конвейеров. Тензодатчики рассчитаны на самые сложные промышленные условия. Они могут быть рассчитаны на разную максимальную нагрузку. Некоторые тензодатчики подходят для применения в лабораториях, другие предназначены для тяжелых грузов и используются в логистических операциях.

Тензодатчики должны соответствовать международным нормативам и стандартам. Существуют электронные датчики веса, аналоговые тензодатчики и гидравлические тензодатчики, с помощью которых опорную конструкцию можно превратить в весы. Тензодатчики широко применяются в напольных электронных весах, конвейерных весах, весовых системах, весах для взвешивания палет, а также в контрольных весах. Весовые ячейки МЕТТЛЕР ТОЛЕДО способны работать в сложных условиях. Обычно их устанавливают в бункерные и автомобильные весы, системы для взвешивания резервуаров.

Как разрабатываются весы с тензометрическими датчиками?
Их конструкция прежде всего должна учитывать тип тензодатчика. Одноточечные тензодатчики используются для взвешивания малых и средних грузов. Тензорезисторные датчики используются в напольных электронных весах и бункерных весах среднего размера. Тензодатчики колонного типа используются для работы с большими нагрузками. Тензометрические датчики можно также классифицировать по типу выходного сигнала. Аналоговым тензодатчикам для усиления сигнала и его преобразования в цифровой вид нужен внешний терминал. В цифровых (электронных) тензодатчиках предусмотрены встроенные интеллектуальные инструменты, которые обеспечивают повышенную точность, гораздо более надежную передачу данных и контроль состояния тензодатчика для целей технического обслуживания. Цена тензодатчика зависит от его типа и рабочих характеристик. Компания МЕТТЛЕР ТОЛЕДО предлагает тензодатчики любого типа, конструкции и ценового уровня.

Насколько точны тензодатчики?
Когда речь идет о тензодатчиках, очень часто путают точность и разрешение. Разрешение — это количество отображаемых цифр, но большее количество цифр не означает, что точность выше. Точность связана с погрешностью результатов измерения массы (см. разделы о тензометрических датчиках весов и принципах работы тензометрического датчика). В производственных весах, сертифицированных для торговых операций, разрешение тензометрических датчиков специально ограничивается, чтобы не мешать считыванию результатов. Лучшим доказательством достаточной точности является сертификация для торговых операций. Весовые датчики обычно обеспечивают точность от 1/3000d до 1/10 000d (указывается в характеристиках датчика веса). Точность тензодатчиков с электромагнитной компенсацией силы достигает 1/200 000 и выше. При идеальных условиях, в том числе при постоянной температуре и влажности, точность может быть в 5–10 раз выше.
Полный расчет точности весов, в которых установлены тензометрические датчики, — сложная задача. Необходимо учесть множество факторов: температуру, время, разрешение и т. д. Лучший источник информации — компания, занимающаяся производством тензодатчиков. Руководство по выбору компонентов весоизмерительного оборудования содержит инструкции для профессиональных расчетов.

Какие неисправности бывают у тензодатчиков?
Тензодатчики могут выходить из строя по нескольким причинам. Наиболее распространенным источником сбоев в системах аналоговых тензометрических датчиков являются соединительные коробки. Если система с аналоговыми тензометрическими датчиками выходит из строя, поиск неполадок может быть затруднен, так как нужно проверить каждый кабель тензометрического датчика, сам датчик и соединительные коробки. Цифровые тензодатчики дают диагностические данные, устраняя эту и многие другие причины неисправностей. Благодаря этим данным вы можете быть уверены, что система работает нормально, а в случае неисправности тензометрического датчика система сообщит, какой из датчиков вышел из строя.

Как тензометрический датчик производит измерения?
Тензодатчики используются для измерения массы самых различных грузов. Существуют тензодатчики на 50 кг, тензодатчики на 10 тонн, тензодатчики на 50 тонн, весовые ячейки на 100 тонн и другие значения нагрузки. Диапазон измеряемой массы у весовых датчиков бывает от микрограммов до нескольких сотен тонн у весовых ячеек на 100 тонн, используемых в большегрузных весах. Небольшую массу необходимо измерять в фармацевтике, где даже доля грамма может иметь принципиальное значение. Тензодатчики среднего размера (например, тензодатчики на 5 т) обычно используются в промышленности и торговле материалами. Тензодатчики с большой максимальной нагрузкой используются в системах хранения.

Как тензодатчик измеряет вес?
Тензометрические датчики измеряют как собственную массу, так и чистую нагрузку. Это необходимо учитывать при расчете максимальной нагрузки тензометрических датчиков веса. Важно также размещение грузов на производственных весах. Не рекомендуется использовать тензодатчики большего размера, чем необходимо для конкретного применения, так как точность от этого падает. Для производственных весов, где грузы обычно располагаются по центру, — что верно для большинства весов для резервуаров, бункеров и емкостей, — справедлива формула:
C >= sf*(TDL + SC)/N (например, бункерные весы).

Для весов с четырьмя тензодатчиками, на которых груз часто будет расположен не по центру, — что справедливо для напольных, небольших автомобильных и конвейерных весов, — формула следующая:
C >= sf*(TDL/4 + SC/2)  (например, напольные, небольшие автомобильные и конвейерные весы).

C = максимальная нагрузка тензодатчика или весового модуля.
TDL = полный собственный вес.
SC = максимальная нагрузка (для весов).
sf = коэффициент запаса (обычно 1,25).
N = количество тензодатчиков или весовых модулей.

Для расчета более сложных систем обратитесь к профессиональному консультанту. 
Дополнительные сведения по техническим вопросам смотрите в инженерном справочнике по модульным весовым системам .

Как установить тензодатчик?
Частая ошибка при выборе тензодатчиков — неподходящий класс защиты. Тензодатчики очень чувствительны к влажности и промывке под напором. Несмотря на высокое значение класса защиты, ее может быть недостаточно при наличии влаги в сочетании с повышенной температурой. При повышенной влажности и перепадах температуры (холодный воздух, горячая промывка под напором) рекомендуется выбирать герметичные тензодатчики из нержавеющей стали. Если вы решили купить тензодатчик, необходимо учесть разные параметры.

Затраты на калибровку систем тензометрических датчиков часто недооценивают. Если система управления качеством требует регулярных калибровок, то лучше всего будет проконсультироваться со специалистами МЕТТЛЕР ТОЛЕДО. Для проведения калибровки в соответствии с ISO 9001 потребуется специальное калибровочное оборудование с прослеживаемостью до международных стандартов. Ошибочно считать, что калибровку тензодатчика достаточно провести только один раз.  Для калибровки большегрузных бункерных весов удобно использовать метод RapidCal™.

При установке тензодатчиков для весов часто недооценивают влияние способа подключения на точность. Во всех случаях рекомендуется использовать экранированные кабели, потому что сигнал тензометрического датчика имеет малое напряжение и восприимчив к наводкам. Рекомендуется использовать кабели минимального сопротивления и минимально возможной длины, потому что удельное сопротивление меди изменяется в зависимости от температуры.
Для трудоемкой интеграции тензометрических датчиков веса с другим оборудованием потребуются специалисты с хорошей инженерной подготовкой. Интеграция весовых модулей выполняется в заводских условиях, что обеспечивает безопасность и оптимальные рабочие характеристики тензометрического датчика. Узнайте, как правильно выбрать весовой модуль, и купите подходящий тензодатчик. 

В чем разница между тензометрическим датчиком и тензорезистором?
Тензорезисторы являются компонентами тензометрических датчиков. Тензодатчик — это устройство, которое преобразует приложенную нагрузку в величину деформации. Эту деформацию регистрирует весовой датчик. При этом его сопротивление меняется на величину, которую можно измерить и затем рассчитать по нему значение массы. Принцип одинаков как для тензодатчиков на 10 т, так и для весовых ячеек на 100 тонн.

Для чего предназначен тензометрический датчик?
Тензодатчик измеряет силу, а не массу, поэтому появление любой вертикальной силы в системе тензометрического датчика напрямую влияет на точность. Стоит учитывать усилия, возникающие в трубопроводе, сопряженном с резервуаром, обращать внимание на наличие мусора под платформой весов, из-за которого может возникнуть контакт с землей, и следить, чтобы кабели не соприкасались с весовыми ячейками. Если вы решили купить микровесы или систему с малой максимальной нагрузкой, следует предусмотреть влияние вибрации. Проконсультируйтесь со специалистом, чтобы избежать этих проблем и купить подходящий тензодатчик.

Что такое чувствительность тензометрических датчиков?
Во многих случаях чувствительность тензодатчиков для весов имеет решающее значение. При повышении скорости обновления данных повышается точность наполнения. Это касается и точности дозирования, когда качественное воспроизведение рецептуры зависит от чувствительности системы тензометрических датчиков веса. Системы с высокой чувствительностью могут стоить дороже, но такие вложения быстро окупаются.

Какой у тензометрического датчика выходной сигнал? Как рассчитать выходной сигнал тензометрического датчика?
Большинство тензодатчиков имеют аналоговый выход 2–3 мВ/В. Тензодатчики — это пассивные устройства, для их возбуждения необходим внешний источник питания. Выходной сигнал меняется в зависимости от напряжения возбуждения и текущей нагрузки. Таким образом, очень важно иметь стабильный источник напряжения возбуждения, который исключает эффекты, связанные с источником питания. Тензометрический датчик с коэффициентом передачи 2 мВ/В при полной нагрузке выдает всего 20 мВ при напряжении питания 10 В. Современный терминал для весов обеспечивает и стабильность источника питания, и точное усиление выходного сигнала для преобразования аналоговых данных в цифровые. Для качества сигнала важна правильность включения тензодатчиков.

Что такое напряжение возбуждения для тензометрического датчика?
Тензодатчики — это пассивные устройства, для их возбуждения необходим внешний источник питания. Напряжение возбуждения может быть нестабильным, что приводит к ошибкам. Таким образом, очень важно иметь стабильный источник напряжения возбуждения, который исключает эффекты, связанные с источником питания. Современные терминалы обеспечивают стабильность источника питания, точное усиление слабого выходного сигнала и преобразование аналогового сигнала в цифровой.

Что такое гидравлический тензометрический датчик?
Гидравлические тензодатчики работают по принципу изменения давления при приложении нагрузки к находящемуся внутри них объему жидкости. Изменение давления регистрируется датчиком давления. Гидравлические тензодатчики не очень точны и сейчас используются довольно редко. Когда электроника не была столь точной, они считались более надежными, но это преимущество давно исчезло.

Линейна ли характеристика тензодатчиков?
Обычно линейность тензодатчиков очень высока: до 0,03 % или даже намного лучше. Современные производственные весы в основном калибруются только по нулю и максимальной точке диапазона, а промежуточный диапазон считается линейным.

Сколько тензодатчиков мне нужно? Хватит ли одного или двух тензодатчиков для емкостных производственных весов на трех или четырех опорах?
В системах контроля уровня жидкости число тензодатчиков может быть меньше, чем количество опор у резервуара. Важно, чтобы центр тяжести в системе не смещался по горизонтали при изменении нагрузки. Точность такой системы может быть неидеальной. Не используйте такую систему для взвешивания сыпучих материалов.

Будут ли электронные датчики PT1000 или PT100 работать с аналоговыми тензодатчиками?
У аналоговых тензодатчиков выходной сигнал (мВ/В) отличается от сигналов пассивных температурных датчиков PT1000 и PT100, поэтому потребуется специальная электроника.

Как калибруются тензометрические датчики?
Весовой датчик следует калибровать  по месту установки. Калибровку необходимо проводить по месту установки оборудования в первую очередь потому, что сила тяжести зависит от местоположения. Тензодатчик, произведенный в одном месте, а используемый в другом, без калибровки на месте эксплуатации будет выдавать ошибочные результаты. Другой причиной, по которой тензодатчикам требуется калибровка по месту установки, является постоянный износ самого устройства. От износа страдают все приборы. В зависимости от того, насколько важна точность в процессе, в котором используются производственные весы, калибровать весы нужно каждые 1–2 года.

Что такое цифровой тензометрический датчик? Как работают цифровые тензометрические датчики?
Цифровые тензодатчики POWERCELL® в весовых модулях PowerMount™ оснащены встроенным процессором, который следит за состоянием модуля и регулирует его в соответствии с условиями окружающей среды. Цифровые тензодатчики POWERCELL® обеспечивают точное взвешивание в условиях вибрационных и температурных воздействий. С их помощью разработчики машин и оборудования смогут создать максимально эффективные решения для клиентов.

Что такое тензометрический датчик для взвешивающего оборудования?
Тензометрические датчики веса для взвешивающего оборудования используются в самых разных отраслях там, где необходимы точные измерения. Тензодатчики для взвешивающего оборудования достоверно измеряют массу бункеров, емкостей, ковшей или конвейеров. Технология датчиков веса предусматривает воздействие неблагоприятных промышленных условий. Тензодатчики для взвешивающего оборудования рассчитаны на разную максимальную нагрузку. Некоторые тензодатчики подходят для применения в лабораториях, другие предназначены для тяжелых грузов и используются в логистических операциях.

Тензодатчики для взвешивающего оборудования должны соответствовать международным нормативам и стандартам. В ассортименте МЕТТЛЕР ТОЛЕДО представлены тензодатчики балочного типа, с помощью которых конструкцию можно превратить в производственные весы. Тензодатчики балочного типа широко применяются в напольных электронных весах, весовых системах, палетных весах, конвейерных весах, а также в контрольных весах. Технология датчиков веса колонного или цилиндрического типов также подходит для сложных условий. Обычно такие датчики устанавливают в бункерные и автомобильные весы, системы для взвешивания резервуаров.