Тензодатчики: виды, устройство и применение

Тензодатчики — это силоизмерительные приборы, которые предлагают относительно недорогое, прочное и простое в установке решение практически для любых нужд измерения нагрузки.

Тензодатчики на протяжении десятилетий обеспечивают качественные измерения в аэрокосмической промышленности, сельском хозяйстве, медицине, промышленном взвешивании и многих других областях применения. Постоянные достижения в области развития технологии тензодатчиков еще больше расширили их использование.

Широкий выбор различных тензодатчиков можно приобрести на сайте: https://mashintertorg.ru/goods

В этой статье мы объясним их основную функцию, различные типы существующих тензодатчиков и то, какие типы лучше всего подходят для различных общих целей.

Что такое тензодатчик?

Тензодатчик — это датчик, который преобразует кинетическую энергию силы (которую невозможно измерить без этого преобразования) в поддающийся количественному измерению выходной электрический сигнал.

Каждый тип тензодатчиков использует некоторые физические свойства своих компонентных материалов для создания этого измеримого результата. Сила выхода пропорциональна силе (сжатие, растяжение, давление и т. д.) приложенный к ячейке загрузки. Эти выходные данные могут быть затем отображены, сохранены или использованы для управления сложными системами.

Где используют тензодатчики?

Тензодатчики чаще всего используются в промышленных весовых системах. Поскольку тензодатчики могут преобразовывать силу в электрические сигналы, они также часто используются в системах управления, где сила, действующая на систему, влияет на ее поведение. Например, тензодатчик может измерять натяжение на машине, которая наматывает кабель на катушку, чтобы гарантировать, что система использует постоянное натяжение на протяжении всего процесса.

По сути, тензодатчики находятся в системах, которые тестируют, контролируют и управляют промышленным оборудованием, медицинскими приборами, самолетными нагрузками и многими другими приложениями.

Типы тензодатчиков

Существует несколько типов тензодатчиков для различных применений:

• Тензометрические тензодатчики
• Гидравлические тензодатчики
• Пневматические тензодатчики
• Емкостные тензодатчики
• Пьезоэлектрические преобразователи

Принцип работы тензометрических тензодатчиков

Тензометрические тензодатчики являются наиболее распространенными. В отличие от гидравлических и пневматических конструкций, которые преобразуют перепады давления в измерения, тензометрический тензодатчик работает за счет изменения электрического сопротивления.

Внутри каждого тензометрического тензодатчика находится по меньшей мере одно тензометрическое устройство. Тензометрический датчик — это в основном тонкая проволока на непроводящем материале подложки с разъемами на каждом конце провода. Тензометрический датчик действует на упругие свойства проволоки, то есть при растяжении проволоки ее длина увеличивается, а поперечное сечение уменьшается, а при сжатии происходит обратное. В случае натяжения сопротивление проволоки будет увеличиваться, в то время как в случае сжатия сопротивление проволоки будет уменьшаться. Тензометрические тензодатчики преобразуют это изменение сопротивления в измерение нагрузки.

Система, использующая эти типы тензодатчиков, сконструирована таким образом, что измеряемая сила вызывает отклонение (растяжение или сжатие) в тензометрических датчиках.

Гидравлические тензодатчики

Гидравлические тензодатчики преобразуют нагрузку в гидравлическое давление. Измеренная нагрузка прилагается к грузовой платформе, прикрепленной к поршню. Поршень находится в закрытой камере, заполненной жидкостью. При приложении нагрузки действие поршня на диафрагму создает давление в жидкости. Изменение давления жидкости прямо пропорционально силе, прилагаемой к нагрузке. Затем давление жидкости снимается с помощью манометра с трубкой Бурдона.

Пневматические тензодатчики

Пневматические тензодатчики работают аналогично их гидравлическим аналогам: они преобразуют давление жидкости в измерение нагрузки. Однако вместо жидкости под давлением в пневматическом датчике нагрузки находится газ, часто воздух.

Измеряемая сила прикладывается к загрузочной платформе на одной стороне диафрагмы, а регулятор подачи давления вводит сжатый газ в камеру на противоположной стороне диафрагмы для уравновешивания силы. Сопло, подсоединенное к манометру, позволяет некоторой части сжатого газа выходить из камеры. Измеряется давление газа, протекающего через это сопло. Это давление пропорционально приложенной силе.

Емкостные тензодатчики

Емкостные тензодатчики работают благодаря способности материала или системы накапливать заряд. Они состоят из двух параллельных пластин с зазором между ними. Электрический ток подается на пластины до тех пор, пока на каждой из них не образуется стабильный заряд: одна с положительным зарядом, а другая с отрицательным. Когда к одной из пластин прикладывается нагрузка, зазор сужается, вызывая накопленный заряд (или емкость) между пластинами. Этот заряд создает выходной сигнал тензодатчика, который затем преобразуется в измерение нагрузки.

Пьезоэлектрические преобразователи

Пьезоэлектрические датчики работают на основе пьезоэлектрического эффекта. Пьезоэлектрический эффект — естественное свойство таких материалов, как кристалл кварца и других керамических материалов.

Пьезоэлектричество возникает, когда поляризованный кристаллический материал подвергается напряжению или деформации. Затем напряжение вызывает сдвиг ориентации внутренних диполей материала. Это похоже на диэлектричество, которое возникает в результате смещения электронов в изоляторе. 

Пьезоэлектрические датчики могут определять силу, давление и смещение. Металлические электроды, прикрепленные к поверхности материала, образуют измеряемый чистый заряд. Для правильного функционирования конструкция должна располагать эти электроды перпендикулярно приложенной силе.

Сила сжатия и растяжения создают этот пьезоэлектрический эффект: полярность, противоположную силам натяжения. Выходное напряжение прямо пропорционально приложенной силе.