Що таке тензодатчик і як він працює

Для вимірювання тиску і ваги на виробництві і 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.

Для початку розберемося в принципі дії тензометричних датчиків. При дії на тіло зовнішніх сил воно деформується, протидіє прикладеній 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?

Тензометричні датчики використовуються для:

Вимірювання ваги. При цьому в залежності від конструкції вимірювального вузла можуть використовуватися на стиск або розтяг.  Використовуйте тензометричний датчик flintec з сайту tenzomir.com. 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'єзоелектричний.
Оптико-поляризаційні.
Волоконно-оптичні.
Пьезорезистивные.

Конструктивні особливості тензодатчика визначає те де він застосовується, адже конструкція визначає наявність монтажних отворів і векторів можливого застосування сил, відповідно і самого процесу вимірювання.

За формою також тензометричні датчики бувають різних типів:

Консольний. Призначення таких пристроїв – вимірювання кількості речовин в дозаторах, конвеєрних, платформних, бункерних і підлогових вагах.
Циліндричний. 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.

Види тензодатчиків

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, розтягнення або на вигин.

Тензометричні датчики

У корпусі тензодатчика крім чутливого елемента можуть перебувати і додаткові блоки, наприклад, АЦП, формувачі харчування та ін. Якщо тензометричний датчик цифровий, то і блок для перетворення аналогового сигналу (АЦП). Розглянемо принцип роботи чутливого елемента тензометричного датчика на прикладі тензорезистивного компонента – вони знайшли найбільш широке застосування.

Тензометричний 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.

Тензорезистор

При механічному впливі 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 навпроти. При тиску на п'єзокристал виникає ЕРС, тоді як у п'єзорезистивних датчиків з тонких плівок напівпровідників також змінюється опір.

П'єзорезистивний датчик

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 магнітопровід змінюються характеристики контуру.

Схема підключення тензодатчика

Для його роботи недостатньо підключити лише сигнальні дроти, потрібні ще й дроти живлення. У деяких складних системах можуть підключатися ще й дроти для термостабілізації або інших функцій.

Сучасні тензометричні датчики в залежності від свого призначення можуть використовуватися в установках для вимірювання від часток грамів до сотень тон. Відповідно для кожного діапазону ваг підбираються тензодатчки певної конструкції і типу чутливого елемента. Крім вимірюваних ваг важливу роль у виборі контрольно-вимірювальної апаратури грає і умови, в яких вони будуть працювати, а також необхідний клас точності.