Датчики усилия
Датчики усилия или датчики силы относятся к отдельной категории тензометрических датчиков. Устройства используются для измерения усилия, веса, нагрузки, тяги и других механических напряжений на основе деформации.
Существует множество датчиков усилия, способных измерять величину деформации и основанных на разных физических принципах и явлениях. Это пьезоэлектрические, вибрационные, гидравлические, электродинамические, магнитоупругие и др. устройства. Однако, среди них наибольшее распространение получили резистивные тензометры.
Конструкция и принцип действия
Тензометрический датчик силы представляет собой гибкое тело, которое под влиянием действующей силы подвергается линейной деформации. На подходящих местах тела приклеены чувствительные резистивные элементы, электрическое сопротивление которых вследствие механической деформации (растяжения или сжатия) изменяет свое значение. Действующая сила, таким образом, способствует изменению электрического сопротивления. В результате изменения сопротивления тензорезистора можно судить о силе воздействия на датчик, а, следовательно, и о весе груза.
На датчике обычно расположены четыре тензометра, которые включены в мостовую систему для того, чтобы изменение сопротивления было можно легче определить. Устройство также оборудовано рядом других вспомогательных деталей в виде шкалы, защитных пластин и органов для калибровки. Благодаря компактной конструкции устройство можно легко адаптировать под любые другие устройства.
Принцип измерения при помощи тензометра основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой и последующего преобразования величины деформации в удобный для измерения сигнал (обычно электрический) для последующей обработки.
Варианты исполнения
Основным производителем тензометрических датчиков усилия выступает немецкая компания Festo, которая предлагает датчики серии SKDA. Модели этой серии отличаются между собой габаритными размерами, материалами изготовления, некоторыми техническими характеристиками.
Устройства типа SKDA представляют собой датчики тонкой пленки, с прочными металлическими корпусами из алюминиевого сплава и легированной стали. Оборудованы вложенными преобразователями, имеют крепкую и устойчивую конструкцию. Тонкопленочный сенсор оборудован прямым винтовым соединением для сжатия и растяжения.
Устройства отличаются высокой точностью. Предназначены для применения в промышленности, их можно использовать и в качестве эталонного измерительного прибора.
Пленочные тензодатчики выполняются в виде наклеивания на поверхность чувствительного элемента тензочувствительных пленок имеющих специальное напыление, повышающее чувствительность датчика. Пленки изготавливаются из германия, висмута, теллура, титана или сульфида свинца на эластичное изоляционное основание из слюды или кварца.
Пленочные тензодатчики имеют решетку прямоугольного сечения с очень большим отношением ширины к высоте. Благодаря большой площади соприкосновения токопроводящих полосок датчика с деталью обеспечиваются хорошие условия теплоотдачи. Это позволяет в десятки раз повысить плотность тока пленочных датчиков (до 103 А/мм2). Благодаря большому отношению периметра сечения плоской полосы к площади ее сечения улучшается восприимчивость к деформации и точность ее измерения. А увеличенное сечение концов пленочной решетки способствует увеличению надежности пайки (или приваривания) выводов датчика.
Датчик усилия (производитель Festo, серия SKDA)
Датчики деформации SKDA реагирует на сжатие. Соответственно электрические сигналы передаются на оборудование, которое подключено в единую цепь. Таким образом, оператор может просматривать результаты взвешивания в реальном времени. При этом главной особенностью оборудования считается возможность вывода результатов практически на любое расстояние.
Тензометрическое оборудование компании Festo в виде датчиков усилия представляет собой набор устройств, которые служат для точного измерения деформации в конкретных материалах или конструкциях. Датчики используются для измерения статического или динамического растяжения, а также силы, создаваемой давлением с дальнейшим преобразованием силы и нагрузки в электрические сигналы.
Устанавливаются устройства непосредственно в линейные исполнительные механизмы или гидравлические цилиндры в виде сенсорных датчиков или чувствительных элементов.
Монтаж осуществляется с использованием специальных крепежных механизмов, которые обеспечивают надежность и точность соединения.
Датчики обладают отличной повторяемостью, надежностью и долговечностью, позволяют улучшить качество измерительного оборудования.
Благодаря использованию датчиков можно определять изменение массы, фиксировать перепады давления и возникающих усилий. Данная разновидность оборудования имеет высокую точность и поддерживает возможность калибровки.
Устройства могут использоваться в платформенных весах, различных дозирующих системах, бункерном оборудовании и прочих измерительных агрегатах, где важна предельная точность. В зависимости от технических характеристик датчики устанавливаются в узлы автомобильных, вагонных и производственных весов.
