CC BY
13
УДК 621.01
Сайдуганов С.Р. студент 4 курса факультета «Информатики и робототехники» Уфимский государственный авиационный технический университет
Россия, г. Уфа
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ, ОПИСАНИЕ, ФУНКЦИИ, ТАРИРОВКА И ИХ ОБЛАСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ
Аннотация: В статье рассматриваются технические характеристики тензометрических датчиков двух видов модели LPA-SS-1t и модели MLT-SS-100kg приведена описательная часть также область их применения, также была приведена тарировка датчика модели LPA-SS-1t.
Ключевые слова: тензометрический датчик, тарировка, область применения датчиков.
Saiduganov S.R.
4th year student faculty "Informatics and Robotics" Ufa State Aviation Technical University
Russia, Ufa
TECHNICAL CHARACTERISTICS OF THE THERMOMETRIC SENSORS, DESCRIPTION, FUNCTIONS, CALIBRATION AND THEIR
AREA OF APPLICATION
Abstract: The article discusses the technical characteristics of two types of strain gauges LPA-SS-lt andMLT-SS-100kg, the descriptive part is also the scope of their application, and the gauge of the LPA-SS-1t was also calibrated.
Keywords: strain gauge sensor, calibration, sensor application.
Тензометрический датчик (тензодатчик; от лат. tensus —
напряжённый) — датчик, преобразующий величину деформации в удобный для измерения сигнал (обычно электрический), основной компонент тензометра (прибора для измерения деформаций). Существует множество способов измерения деформаций: тензорезистивный, пьезоэлектрический, оптико-поляризационный, пьезорезистивный, волоконно-оптический, или простым считыванием показаний с линейки механического тензодатчика. Среди электронных тензодатчиков наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики.
Тензорезистивный датчик обычно представляет собой специальную упругую конструкцию с закреплённым на ней тензорезистором и другими вспомогательными деталями. После калибровки, по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.
Существуют разные типы датчиков: датчики силы (измеряет усилия и нагрузки); датчики давления (измерение давления в различных средах);
акселерометры (датчик ускорения); датчики перемещения; датчики крутящего момента.
Наиболее типичным применением тензодатчиков являются весы. В зависимости от конструкции грузоприёмной платформы, применяются тензодатчики различного типа: консольные; s-образные; «шайба»; «бочка».
Конструкция резистивного тензодатчика представляет собой упругий элемент, на котором зафиксирован тензорезистор (рисунок 1). Под действием силы (веса груза) происходит деформация упругого элемента вместе с тензорезистором. В результате изменения сопротивления тензорезистора, можно судить о силе воздействия на датчик, а, следовательно, и о весе груза. Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков основан на уравновешивании массы взвешиваемого груза с упругой механической силой тензодатчиков и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для последующей обработки. Для характеристики защиты тензодатчика от воды и пыли используется 1Р-рейтинг.
14 = 1 1 5 Ом 14 = 1 00 Ом
а о н и
он
а> а
о
СП
х
ш
ь
а б
Рисунок 1 - Деформация тензоризистора из фольги: а - исходное состояние; б - измененное состояние.
Рассмотрим датчик весоизмерительный тензорезисторный двух типов МЬТ-ББ и ЬРЛ, которые предназначены для преобразования воздействующей на них статической и квазистатической силы в нормированный выходной электрический сигнал [1-5]. Датчики могут применятся, как в силоизмерительных, так и весоизмерительных и весодозирующих усройствах (рисунок 2).
Рисунок 2 - Тензометрические датчики: а - модель LPA-SS-1t; б - модель MLT-SS-100kg; В таблице 1 представлены технические характеристики двух типов датчиков.
Таблица 1 - Технические характеристики_
Тип датчика LPA-SS-1t MLT-SS-100kg
Наибольший предел измерения, кг 1000 100
Рабочий коэффициент передачи, мВ/В 2,8556 0,1895
Класс точности ГОСТ 30129, МОЗМ Р60 С3 0,5%
Ползучесть за 30 мин, % 0,03 0,1
Баланс нуля, % 0,61 ±5
Температурный дрейф нуля, %/10oC 0,03 0,05
Температурный дрейф сигнала, %/10oc 0,03 0,05
Входное сопротивление, Ом 1442,5 350±30
Выходное сопротивление, Ом 1406,7 350±5
Сопротивление изоляции, МОм >5000 >2000
Рабочий диапазон температур, °С -30.. .+70 -20.. .+80
Предельно допустимая нагрузка, % 200 120
Разрушающая нагрузка, % 300 200
Рекомендуемая напряжение питания, В 10-12 не более 10
Максимальное напряжение питания, В 15 15
Класс защиты №68 №66
Материал Нержавеющая Нержавеющая
сталь сталь
Длина кабеля, м 8 1
Диаметр кабеля, мм 6 2
Тарировка тензометрических датчиков
Тарирование тензометрических датчиков по весу проводилось с целью определения зависимости нагрузки от показаний напряжений на датчиках путём нагружения грузами с известными массами. Параметры грузов представлены в таблице
Таблица 2.
Таблица 2 - Массы используемых тел при нагружении
Масса, кг
№ Грузы Гиря Пластина
1 2,065
2 2,065
3 2,065
4 2,065 32 0,58
5 2,065
6 2,065
7 2,065
Ход последовательного нагружения показан в таблице 3 (ускорение
м
свободного падения принято равным д = 9,807—). Таблица 3 - Последовательность нагружения
№ Масса, кг Вес, Н
1 0,000 0,000
2 0,580 5,688
3 2,645 25,940
4 4,710 46,191
5 6,775 66,442
6 8,840 86,694
7 10,905 106,945
8 12,970 127,197
9 15,035 147,448
10 32,000 313,824
Средние значения результатов трёх последовательных измерений представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Средние показания напряжений тензодатчиков при тарировке по весу_
Нагрузка Разгрузка
№ Датчики V, мВ № Датчики V, мВ
X У 2 X У 2
1 0,309 0,126 0,267 1 0,308 0,125 0,265
2 0,329 0,144 0,287 2 0,328 0,146 0,285
3 0,402 0,220 0,356 3 0,400 0,219 0,358
4 0,476 0,294 0,430 4 0,474 0,291 0,430
5 0,545 0,364 0,501 5 0,543 0,362 0,500
6 0,614 0,434 0,570 6 0,612 0,431 0,570
7 0,684 0,504 0,640 7 0,682 0,502 0,640
8 0,753 0,574 0,710 8 0,753 0,572 0,710
9 0,825 0,647 0,782 9 0,825 0,647 0,789
10 1,461 1,281 1,417 10 1,461 1,281 1,417
По данным таблицы 4 были построены тарировочные графики и выведены зависимости (рисунки 3 - 5).
Р, Н 700.000
600.000
500.000
400.000
300.000
200.000
100.000
0.000
Л
.л"
о-""
--©^ о® ->
и, мВ
0.000 0.400 0.800 1.200 О Экспериментальные данные
1.600 2.000 2.400 2.800
.....Уравнение линейной зависимости
у = 273,071х -81,848
Рисунок 3 - Тарировочный график датчика по оси X
Р, Н 700.000
600.000 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0.000
Л
-а"
0
.0 о ->
и, мВ
0.000 0.400 0.800
О Экспериментальные данные
1.200 1.600 2.000 2.400
-------------Уравнение линейной зависимости
у = 272,208х -32,035
Рисунок 4 - Тарировочный график датчика по оси У
P, Н 700.000
600.000
500.000
400.000
300.000
200.000
100.000
0.000
А
0с О '''
О"0 С« ->
U, мВ
0.000 0.400 0.800 1.200 О Экспериментальные данные -
1.600 2.000 2.400 2.800 ■■ Уравнение линейной зависимости y = 273,006x -69,812
Рисунок 5 - Тарировочный график датчика по оси Z
Коэффициенты для расчёта нагрузки от трёх датчиков, соответственно равны 273,071 Н/мВ , 272,208 Н/мВ и 273,006 Н/мВ. Вывод:
Построенные графики позволяют определить коэффициенты для расчёта нагрузки от трёх датчиков, 273,071 Н/мВ , 272,208 Н/мВ и 273,006 Н/мВ соотвествено.
Использованные источники:
1. В.Н. Федоринин. Эллипсометрический датчик. Патент РФ № 2157513 от 10.10.2000.
2. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии. Л. Химия. 1983 г.
3. Л.Л. Васильева, А.С. Кушкова, С.М. Репинский, В.Н.Федоринин. Поляризационный газовый датчик на диоксид серы// Журнал аналитической химии. Т. 55, № 7, с.764 - 769.
4. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризационный свет. М.Мир. 1981г.
5. Блюмкина Ю.А., Архипенко А.В., Соколов В.К. и др. Автоматический эллипсометрический комплекс ЛЭФ-4А-МикроЭВМ// Эллипсометрия: Теория, методы, приложения. Новосибирск. Наука. 1987. С.108 - 111.
