Тензометричний датчик: види, принцип роботи і пристрій

У різних сучасних сферах життєдіяльності людини існує необхідність контролю різних конструкцій шляхом виміру параметрів і поточного стану даного елемента. Незамінними помічниками в такій справі виступають тензометричні датчики. Провідні технології все частіше використовують електронні тензодатчики, серед яких найбільше розповсюдження одержали тензорезистивні моделі пристрою. Тензометричні елементи можуть вимірювати вагу, силу, тиск, пересування і т. п. Широке застосування знайшли тензодатчики для ваг, промислових верстатів, різних двигунів, що використовуються в будівельній галузі та багатьох інших напрямках.

Види датчиків

У різних промислових галузях застосовується безліч тензометричних перетворювачів. Розрізняють наступні типи пристроїв: засоби вимірювання сили – датчики сканують зміни параметрів зусилля і навантаження; прилади для вимірювання проекції прискорення – акселерометри; вимірювальні засоби переміщення випробовуваних матеріалів; тензометричні пристрої тиску – характеризуються контролем параметрів тиску різних елементів в різних середовищах; тензометричні перетворювачі крутного моменту. Для ваг тензодатчики є найбільш типовим конструктивним елементом. В залежності від застосування структури вантажний приймаючої поверхні використовуються датчики наступних видів:


прилади консольного типу; засоби вимірювання у вигляді латинської літери S; тензодатчики у формі шайби; прилади вимірювання, що віддалено нагадують форму бочки. Існує класифікація вимірювальних тензодатчиків, що залежить від конструктивної особливості – елемента чутливості. Вихідним матеріалом визначені такі моделі: дротові створюються у формі дроту, матеріалом служить двокомпонентний ніхром, элементальное з'єднання фехраль, термостабільний сплав константан; тензометричні датчики з фольги – використовуються тонкі смужки фольги; напівпровідникові датчики – виготовляються з таких хімічних елементів, як кремній, галій, германій.

Принцип функціонування

В основі принципу пристрою використаний тензоэффект. Його суть полягає у зміні робочого протидії напів - провідникових елементів під час їх розтягування або стиснення – механічної деформації.


Тензодатчики являють собою конструктивний набір з тензорезистора, який має комунікативну точку на панелі. Остання з'єднується з матеріалом для вимірювання. Функціональна схема спрацьовування тензометричного датчика полягає в тому, що відбувається вплив на елемент чутливості. Під'єднання приладу до джерела живлення проводиться за допомогою электроотводов, які мають контакт з чутливою пластиною. Контактні місця характеризуються наявністю постійної напруги. Тензодатчик приймає на себе деталь через спеціальну підкладку. Маса матеріалу перериває ланцюг за рахунок деформаційних спотворень. Отриманий процес трансформується в електричний сигнал струму. Тензометричний датчик тиску найчастіше використовується з тензоусилителями змінного струму. В даній системі здійснюється амплітудна модуляція напруги, яка подається безпосередньо на перетворювальні датчики.

Пристрій тензодатчика

Тензометрическое засіб вимірювання складається з: пружного елемента; тензорезистора; корпусу приладу; герметичного роз'єму. Під пружним елементом мається на увазі тіло, що приймає на себе навантаження. В основному виробляється із спеціальних марок сталі, які заздалегідь пройшли термічну обробку. Це впливає на отримання стабільних показань. Форма виготовлення представлена у вигляді стрижня, кільця або консолі. Стрижнева конструкція більш затребувана і широко поширена. Тензорезистор – це дротяний або фольговый резисторний вузол, який приклеюється до стрижня. Дана деталь тензометричного датчика змінює свій опір щодо деформації стрижня, а деформаційне спотворення, у свою чергу, пропорційно навантаженню. Корпус вимірювального приладу оберігає внутрішню конструкцію від всіляких механічних пошкоджень, у тому числі і від негативних впливів навколишнього середовища. Корпус відповідає нормам міжнародного стандарту і має різні форми. Герметичний роз'єм необхідний для комунікації датчика з додатковим обладнанням (ваги, підсилювачі тощо) за допомогою кабелю. Існують варіативні схеми з'єднання. Конструктивні особливості деяких тензодатчиків передбачають заміну кабелю.

Датчики вимірювання сили

Тензометричні датчики сили мають інше поширена назва – динамометри. Дані засоби вимірювання є складовою частиною вагового обладнання. Їх необхідність важко переоцінити, оскільки вони функціонують у всіх автоматизованих технологічних системах будь-якого виробництва. Вони знайшли застосування в сфері сільського господарства, медицині, металургії, автомобілебудуванні і т. д. У даному методі вимірювань відбувається безліч маніпуляцій, і у відповідності з цим розрізняють кілька типів тензодатчиків: тактильні – поділяються на перетворювачі зусилля, прослизання і дотику; резистивні – використовують тензорезистор і мають лінійний сигнал виходу; пьезорезонансные – характеризуються прямим і зворотним ефектом, який забезпечує спеціальний датчик – резонатор; п'єзоелектричні – стійкі до навколишньої температури, високоміцні, використовується прямий п'єзоефект; магнітні функціонують на явище магнітострикції, змінює геометрію розмірів магнітної області; ємнісні засоби вимірювання параметричного типу, є конденсатором.

Датчики вимірювання ваги

Тензометричні датчики ваги складаються з трьох елементів:
Тензорезистор. Балка вигину. Кабель. Датчики використовуються у ваговому обладнання промислового призначення і особистого користування. Більш популярні дані засоби вимірювання у виробничих сферах і мають такі типи: консольні пристрою – алюмінієві або сталеві заготовки. Сталеві можуть бути виконані у формі бочки або шайби, володіють високою герметичністю; балкові пристрою – вимірюють навантаження на платформних і мостових конструкціях.

Переваги тензодатчиків

Вони наступні: Високоточні виміри параметрів. Не допускають спотворення інформації. Сумісність з вимірами напруг. Компактні габаритні розміри. Недоліком можна вважати втрату чутливості функціонуючих елементів при критичних перепадах температури.