Датчик сжатия и растяжения

Описание

Технические характеристики

Комплектация

Поддержка

Сертификаты

См. также каталог аксессуаров для датчиков силы от производителя KYOWA на английском языке (pdf)

Области применения датчиков силы

Техническая информация о датчиках силы

Соотношение между деформацией и электрическим напряжением на выходе датчика силы

где Ks: К-фактор тензорезистора
       E: напряжение питания моста

если датчик откалиброван с К-фактором Ks=2.00,

и если Е = 1В, 2е = ε.
тогда выход по деформации и по напряжению соотносятся как 2:1 например, 2000 х 10-6  = 1500 μВ/В = 1,5 мВ/В

 Перевод измеренной деформации и выходного напряжения в физические величины силы и веса

 При измерении силы и веса посредством датчика силы перевод деформации в физические единицы (технические) делается следующим образом:

Протокол калибровки прилагается к каждому датчику силы KYOWA.
Существует 2 типа калибровочных факторов:
А: Калибровочный фактор показывает эквивалент силы на 1х 10-6  деформации
В: Калибровочный фактор показывает эквивалент силы на 1 μВ выходного напряжения при питании моста напряжением 1В
Если применяется тензоусилитель перевод информации следующий: деформация (х10-6) х А = физическая величина
Если используется иной, чем тензоусилитель, тип прибора, перевод выходного напряжения осуществляется по формуле:

Соединение моста внутри датчика и разъема показано на рис. 1
Сопротивление между контактами приведено в табл. 1

Возможны два метода установки: стандартный и упрощенный. При стандартном методе вес груза передается только на датчики силы. При упрощенном методе применяются датчики силы, макеты датчиков силы, центрирующие устройства, распорки в различных комбинациях. Типы бункеров и резервуаров; число требуемых устройств для каждого метода установки приведены в табл. 2.

Преимущества стандартного метод:

• Нагрузка распределяется на датчики силы, что позволяет проводить измерения с минимальным эффектом от изменения центровки.
• Нет ограничения в применении. Можно работать с жидкими, газообразными, порошковыми средами.
• На точность измерений оказывают малое влияние такие внешние факторы, как температура, вибрация и условия установки.
• Точность датчиков реализуется в полной мере.

Достоинства и недостатки упрощенного метод:

• Применение опор и распорок удешевляет конструкцию.
• Взвешиваемые среды — только жидкие.
• Трудно применить метод к специальным типам резервуаров и бункеров. Также, метод не пригоден, если есть смещения центра тяжести.
• Опорные элементы требуют тщательной установки.
• Объект подвержен влиянию вибрации и температуры

Табл.2 Типы бункеров и резервуаров и число требуемых устройств

Примечение: стандартный метод подходит для взвешивания твердых, порошковых и жидких материалов. Упрощенный метод — тольок для жидких.

Чтобы добиться правильности измерений, присоединяйте специальные аксессуары к датчикам силы, следуя инструкциям данной страницы Датчики силы сжатия (рис. 3 и 4)

• Для установки седла, приготовьте стальную пластину и подгоните к ней монтажные болты с шестигранной головкой. Приварите пластину в точке нагружения на объекте или прикрепите болтами. Защитите седло от коррозии и пыли.
• Установите седло и монтажную площадку так, чтобы их поверхности были в горизонтальном положении, и нагрузка прилагалась на датчик силы вертикально.
• Каждый датчик силы разработан так, чтобы воспринимать нагрузку только по центральной оси. Так как качество установки напрямую влияет на точность измерений, устанавливайте датчик правильно для исключения влияния горизонтальной составляющей нагрузки, изгибающих и угловых моментов.
• Каждый датчик силы может иметь разброс параметров от влияния температуры. При невозможности защитить датчики от значительных перепадов температуры, следует применять термоизоляцию.
• Если присутствуют ударные составляющие или вибрация, трудно определить номинальную нагрузку для датчика силы без измерения амплитуды вибрации. В этих случае следует выбирать датчики с достаточным запасом. При известных амплитудах следует учитывать значения масс и ускорений. Если масса, включая тару известна, выбирается диапазон с учетом веса тары.

Рис. 3. Узел настройки с седлом и монтажным основанием

Рис. 4. Специальные аксессуары для датчиков силы сжатия

Датчики силы растяжения (рис. 5 и 6)

• Датчики силы растяжения, как правило, имеют по одному резьбовому соединению на нижней и верхней поверхности. Используя крепления, следует учитывать, что изгибающие и угловые моменты не должны накладываться на полезную нагрузку в процессе измерений. Эти моменты оказывают значительное влияние не только на точность измерений, но и на ресурс датчика.
• Для безопасной эксплуатации датчика следует подбирать его номинальный диапазон, соответствующий предполагаемым нагрузкам. Также, крепежное оборудование должно отвечать требованиям безопасности во избежание нежелательных инцидентов таких, как падение груза.
• Если датчик силы со специальными аксессуарами работает в режиме полной шкалы диапазона, или есть опасения относительно возникновения перегрузок, то возможны проблемы с механической прочностью датчика. Для предупреждения таких проблем обращайтесь к нам.
• Применяя стопорные шпильки, убедитесь в их надежной фиксации на каждом элементе крепления. Также, необходимо проверить — не касаются ли поверхности креплений датчика силы. В случае воздействия, датчик может быть поврежден.
• При креплении поворотного устройства, удалите крепежный винт из датчика силы. Допустимые моменты затяжки при креплении поворотного приспособления приведены в табл.3.
• При подсоединении шаровых проушин не допускайте влияния дополнительного момента на датчик силы. При воздействии этого момента, малогабаритные датчики силы могут быть повреждены.

Табл. 3 Величина момента затяжки крепежных болтов

Рис. 2 Примеры правильной и неправильной установки
Правильно:

Неправильно:

Расчет точности весовой системы на базе датчиков силы

Для определения точности электронной весовой системы на базе датчиков силы, качества установки датчиков и погрешностей от вибрации и др. необходимо учесть собственные погрешности датчиков силы, усилителей и влияние от изменения температуры.

Здесь, в простой форме, приведено объяснение методик расчета точности системы в случае, когда статические погрешности датчиков силы и усилителей являются основными факторами, влияющими на точность системы.

Первоначально, определяемся с точностью системы, включая точность датчиков и усилителей. Затем вычисляем точность системы по формуле:

Где
Er: точность детектирующей части
El: точность усилителя

В общем случае, точность детектирующей части вычисляется по формуле:

Где
E1: нелинейность
E2: гистерезис
E3: повторяемость
E4: температурный дрейф ноля (/град.C)
E5: температурный дрейф на выходе (/град.C)
изменение температуры

При использовании n датчиков силы:

В общем случае, точность усилителя вычисляется по формуле:

Где
E11: нелинейность
E12: температурный дрейф ноля (/град.C)
E13: температурный дрейф чувствительности (/град.C)
E14: дрейф ноля от наработки
E15: температурный дрейф чувствительности от наработки
 

Подбор номинального диапазона для датчика силы

Если содержимое представляет собой жидкость с низкой вязкостью, горизонтальные смещения содержимого относительно тары малы и нет ударных нагрузок можно применять следующую формулу:

Где
H: весовая нагрузка
F: вес тары
n: число датчиков силы

Если присутствует вибрация, то следует применять коэффициент 1.5 вместо 1.1 согласно уровню ускорения.

Если взвешиваемый объект — порошок или вязкая жидкость следует применять коэффициент 1.3. Если присутствует вибрация, то следует применять коэффициент 1.5.

Если горизонтальные смещения содержимого относительно тары малы, но присутствуют значительные ударные нагрузки, следует применять следующую формулу:

Где
S: максимальная ударная нагрузка

Если горизонтальные смещения содержимого достаточно велики, и присутствуют значительные ударные нагрузки, следует применять следующую формулу:

При часто повторяющихся ударных нагрузках следует применять коэффициент 1.7

Вышеупомянутые соотношения справедливы в случаях, когда нагрузка равномерно распределена по датчикам силы.

При использовании опор в системе, рекомендуется выбирать диапазон в 2 раза превышающий расчетный по приведенным выше формулам для безопасности работы.

Коррекция понижения чувствительности

Подключение датчиков силы одного типа параллельно

Особенности измерений на удалении

Например, кабель с сечением 0.5 мм2 и длинной 100 м имеет сопротивление порядка 4 Ом. Если сопротивление кабеля «r» на рис. 9 равно 4 Ома, то приведенное сопротивление входных цепей будет равно 8 Ом. Входное и выходное сопротивление датчика равно 350 Ом, следовательно, напряжение на обоих плечах моста будет равно:

Где Е: напряжение питания (V)

С учетом соотношения   чувствительность датчика снижается примерно на 2.2%.

Кроме того, при изменении температуры окружающей среды в процессе измерений на 10 °С, напряжение в плечах моста измениться примерно на 0.1% и точность датчика ухудшится на 0.02% от номинального выходного сигнала. При применении метода отслеживания питания датчика на удалении (дополнительная 2-х проводная линия) позволяет отследить изменения напряжения питания датчика. Этот сигнал поступает на контрольный усилитель. Затем сигнал сравнивается с образцовым и разница между ними усиливается контрольным усилителем с большим коэффициентом усиления и высокоомным входом. Контрольный усилитель дает команду блоку управления на изменение питания мостовой схемы датчика. Таким образом, питание датчика поддерживается на постоянном уровне, независимо от сопротивления кабеля. Это позволяет проводить стабильные и точные измерения. Схема метода и маркировка линий приведена на рис. 9.

Рис. 9