Тензодатчик - короткий опис.
Ваговій вимірювальний датчик для ваг
Займаючись ремонтом ваговимірювальної техніки доводиться стикатися з деякими нерозумінням з боку механіків такого важливого поняття, як принцип роботи вагового вимірювального датчика. Поступово зібралася невелика колекція частозадавемих питань і відповідей на них. В принципі в інтернеті і на книжковій полиці є достатньо матеріалів, але, як правило, це в основному інформація для інженерів проектувальників, що викликає позіхання у інженерів ремонтників. Відповіді на питання робилися на основі практичних висновків і на підставі отриманих знань на лекціях з метрології, але цілком допускаються помилки в кінцевих висновках, фактично всі відповіді підкріплені практичними даними. Питання будемо розглядати від простого до складного.
- Як правильно називати ваговій вимірювальний датчик для ваг.
- Пристрій вагового вимірювального датчика для ваг.
- Основна відмінність 6-проводового вагового вимірювального датчика від 4-проводового.
- Навіщо в балці вагового вимірювального датчика для ваг зроблені отвори?
- пристрій тензорезистора
- Визначаємо маркування проводів для вимірювального датчика ваги.
- Визначення полярності контактів для вимірювального датчика ваг (в розробці).
Як правильно називати ваговій вимірювальний датчик для ваг.
Працюючи з вагами вже більше 20 років, відповідь на це питання так і не було знайдено, тому просто перелічимо зустрічалися терміни.
Датчик ХХХХ (де ХХХХ маркування датчика), чутливий елемент - Масса-К
Тензометрический датчик (тензодатчик) - CAS
Балка - жаргон
Ми ж будемо дипломатично називати - ваговій вимірювальний датчик для ваг.
Пристрій вагового вимірювального датчика для ваг.
Питання досить глобальний, постараємося спростити матеріал якомога більше, і не вдатися в теоретичні викладки. В самому кінці добірки ми все-таки розглянемо ваговій вимірювальний датчик для ваг в більш розширеному варіанті. А поки, максимально спрощений варіант.
Класичний ваговій вимірювальний датчик для ваг на виході має чотири різнокольорових дроти два - харчування (+ Ex, -Ex), два - вимірювальні кінці (+ Sig, -Sig).
Для довідки. Зустрічаються кілька варіантів позначення висновків вагового вимірювального датчика для ваг
Іноді зустрічається варіант з п'ятьма проводами, де п'ятий провід служить екраном для інших чотирьох. Суть роботи ваговій вимірювальний датчик для ваг проста, на вхід підключений до джерела живлення, з виходу знімається напруга. Вихідна напруга змінюється в залежності від прикладеного навантаження на ваговій вимірювальний датчик для ваг (балку).
Спрощена електрична схема вагового вимірювального датчика для ваг
Основна відмінність 6-проводового вагового вимірювального датчика від 4-проводового.
При великій довжині проводів від вагового вимірювального датчика до блоку АЦП, опір самих проводів починає впливати на показання ваг.
Існує два рішення цієї проблеми:
1. Робити довжину проводів однієї і тієї ж довжини, тоді похибка від опору проводів яку вносить в ланцюг вимірювання буде заздалегідь відома, і буде скомпенсирована на рівні АЦП.
Для довідки. На вагах Масса-К серії ВТ було використано оригінальне рішення, АЦП був встановлений прямо на ваговому вимірювальному датчику, що дозволяло вирішити проблему опору проводів. Але був допущений серйозний інженерний прорахунок - перемикач калібрування не був винесений за переділи вагового вимірювального датчика, і як результат ускладнена процедура калібрування.
2. Додати вимірювальну ланцюг, за допомогою якої можна виміряти опір проводу (а точніше падіння напруги) і в динаміці підкоригувати похибка від опору проводів вноситься в ланцюг вимірювання.
Вимірювальна ланцюг + Sen, -Sen дозволяє виміряти падіння напруги на сполучних проводах
Для цих цілей додають два дроти + Sen, -Sen які і дозволяють виміряти падіння напруги на проводах, тепер достатньо відняти це значення з загальних вимірювань і ми отримаємо свідчення тільки з тензорезисторів.
Спрощений алгоритм роботи зворотного зв'язку для компенсації падіння напруги на проводах
Навіщо в балці вагового вимірювального датчика для ваг зроблені отвори?
Якби в балці не було отворів, то все навантаження було б розподілена по всій поверхні в рівній мірі, і виявити деформацію було б дуже важко. Так як тензорезистори повинні розміщуватися в місцях найбільшої напруги, то місце установки останніх роблять спеціально тонким, навантаження прикладена на кінець балки, була максимально виражена в цих самих місцях. Для максимального ефекту тензорезістори строго орієнтують на поверхні балки, строго під найтоншим місцем.
Тензорезистор встановлений строго по мітках на поверхні балки і відповідно до мітками на підкладці.
Двома отворами розташованими поруч досягається ефект - на одній площині один датчик працює на стиск інший на розтягнення.
Робота тензорезисторов під навантаженням
Як правило, тензорезистор вагового вимірювального датчика для ваг являє собою довгий провідник виконаний у вигляді змійки. При стисненні довжина провідника зменшується і опір зменшується, при розтягуванні довжина збільшується і опір збільшується.
Основний тензорезистор, його положення строго позиционировано, в прикладі 265 Ом
Вимірювальний тензорезистор встановлюється строго по мітках, позиційні мітки розташовані за трьома сторонами.
Компенсаційний тензорезистор, вимоги до позиціонування менш жорсткі, в прикладі 20 Ом
Незважаючи на звичний образ для китайської продукції - товар поганої якості. Китайські тензодатчики мають досить хорошими вимірювальними параметрами, і це не просто цифра на папірці, а реальна цифра знімається з тензодатчика при вимірах. Але без ложки дьогтю не обійтися, саме на китайських датчиках перший раз довелося побачити деформацію балки, видиму навіть неозброєним поглядом.
Тензодатчик 6кг (Китай) деформація видно без лінійки
Тензодатчик 150кг (Китай) і знову деформація видно без вимірювальних пристроїв
Не те що б тензодатчики інших виробників (не Китай) працюють безвідмовно, наприклад при наїзді на тензодатчик машиною, тензодатчик звичайно виходить з ладу, але на ньому просто зрізає різьблення, нарізаємо нову різьбу і датчик знову справний.
Визначаємо маркування проводів для вимірювального датчика ваги.
Застосовуємо теорію на практиці. Як зразок розглянемо датчик з ваг CAS DB H, у якого нам треба визначити призначення контактів з датчика, а саме вхідні / вихідні ланцюга.
Для справкі.ВесиCASDBH зі старим АЦП, дисплей люмінесцентний з напруженням. Напруга харчування може відрізнятися від ваг з чорним АЦП.
Провід мають кольорове маркування та їх 5 - чорний, синій, зелений, червоний, білий. Чорний відкидаємо відразу, він ні з чим не звонится - це екран. Будемо відштовхуватися від того факту, що більшість датчиків мають вихідний опір вимірювального моста кратним 350 Ом, а самі датчики підключені по мостовій схемі. Вимірюємо опору між усіма висновками, отримуємо 6 значень:
- червоний-білий 422 Ом
- синій-зелений 350 Ом
- синій-червоний 335 Ом
- зелений-червоний 335 Ом
- синій-білий 261 Ом
- зелений-білий 261 Ом
Більш швидкий, але дає результат, в разі якщо датчик має вихідний опір вимірювального моста кратне 350 Ом.
Як можна побачити синій і зелений провід є контактами вихідного опору вимірювального моста, так як опір між ними кратно 350 Ом. Відповідно залишилися два контакти червоний і білий - це контакти харчування датчика.
Мал. Визначаємо вхідні і вихідні ланцюги датчика з ваг CAS DB H.
Для справкі.Остальние дані по опору проводів вагового датчика весовCASDBH можна подивитися тут. Допускається відхилення опору від зазначених + -1 Ом. Стандартна напруга живлення датчика - це + 5В, але датчики зазвичай розраховуються на 12В.
Перевірявся тільки на бруківці схемою, для інших схем підключення може не підійти.
Знаходимо контакти з максимальним опором, червоний і білий провід мають опір більше всіх. 422 Ом - це контакти для вхідної напруги. Відповідно залишилися два синій і зелений, є контакти вихідного опору вимірювального моста.
Ми навмисно опустили визначення полярності вхідних і вихідних груп контактів, що б не перевантажувати матеріал інформацією.
Визначення полярності контактів для вимірювального датчика ваг (в розробці).
Тут все трохи неоднозначно, по крайней мере, для нас. Тому викладаємо тільки дані практичних експериментів. Як об'єкт вимірювання обрані ваги CAS DB 1H з тензодатчиком BC-150DB. Знаючи паспортні дані тензодатчика, маючи 4 варіанти підключення і знаючи правильну орієнтацію на станині - знімемо свідчення з вихідного датчика. Правильне підключення по паспорту.
Варіант 1. (паспортне підключення)
Мал. Підключення тензодатчика за заводськими параметрами.
- 0кг, на виході 0мВ
- 20кг, на виході 1мВ
- 40кг, на виході 1,9мВ
Показання рідного АЦП з ваг
- 0 кг, показання АЦП, канал невідомий 1,160
- 20 кг, показання АЦП, канал невідомий 5,956
- 40 кг, показання АЦП, канал невідомий 10,751
Тиск на датчик від низу до верху - дає на виході негативна напруга.
Варіант 2. (перевернуте підключення)
Мал. Підключення тензодатчика навпаки, на вході плюс підключаємо до мінуса, на виході плюс з'єднуємо до мінуса.
- 0кг, на виході 0мВ
- 20кг, на виході 1мВ
- 40кг, на виході 1,9мВ
Показання рідного АЦП з ваг
- 0 кг, показання АЦП, канал невідомий 1,150
- 20 кг, показання АЦП, канал невідомий 5,916
- 40 кг, показання АЦП, канал невідомий 10,679
Тиск на датчик від низу до верху - дає на виході негативна напруга.
Як видно з показань, дані АЦП дещо відрізняються. У робочому режимі ваги починають «брехати», тобто показувати меншу вагу, але якщо ваги відкалібрувати - свідчення стають правильними і ваги стають повністю працездатними.
Фактично підключення не впливає на працездатність ваг в цілому, але свідчення при різних підключеннях мають невелику відмінність. Тензодатчик можна змусити працювати в обох підключених. Два інших варіанти підключення розглядати не будемо, так як свідчення вольтметра на виході виходять негативними, а відповідно нас не цікавлять.