Тензометрические датчики. Зачем они нужны и как работают?

Еще недавно для измерений массы в основном использовались весоизмерительное оборудование рычажного, пружинного и других типов. С появлением тензометрических датчиков на смену механическим пришли электронные весы, более точные и компактные.

Наибольшее распространение среди силоизмерительных устройств получили резистивные тензодатчики. Принцип их действия основан на изменении электрического сопротивления материала при его деформации. Другими словами, тензометрические датчики преобразуют механическое воздействие на них в электрический сигнал, удобный для дальнейшего преобразования.

Тензодатчики классифицируются и подбираются по типу, наибольшему пределу измерения (НПИ), классу точности, чувствительности, размерам и другим параметрам.

 Принципиальное устройство резистивного тензодатчика

Прибор состоит из корпуса, упругого чувствительного элемента, диэлектрической основы, проводов, подводящих питание и выводящих сигнал. Основной компонент датчика — это тензорезистор из тонкой проволоки или фольги. При механическом воздействии на объект он деформируется вместе с ним, меняя при этом свое омическое сопротивление в зависимости от величины нагрузки. Электрический сигнал от тензорезистора подается на усиливающее и преобразующее устройство, а затем на вторичный прибор (индикатор, монитор, регистратор и пр.). Таким образом и определяется вес объекта.  

Существуют и другие тензометрические методы измерений деформации объектов:

• оптический: для измерения сжатия и растяжения материалов, температуры, давления с передачей сигнала по оптоволоконному кабелю; 

• рентгеновский: регистрация динамические и статические напряжения; 

• пневматический, фиксация давления газа, подаваемого к датчику при изменении нагрузки; 

• акустический, метод основан на эффекте акустоупругости — изменения скорости звуковых волн в зависимости от величины напряжений.

 Достоинства и недостатки

Основное преимущество резистивных тензодатчиков — это высокое качество измерений.  К достоинствам также относится:

• относительно невысокая себестоимость; 

• удобство крепления; 

• возможность измерений сразу в нескольких точках объекта, на криволинейных плоскостях, на крутящихся и перемещающихся деталях; 

• простота конструкции; 

• небольшие габариты, весоизмерительное оборудование стало не столь громоздким, как раньше.

У тензометрических датчиков имеются и недостатки:

• зависимость погрешности измерений и сопротивления чувствительного элемента от температуры:
• необходимость специальной защиты при эксплуатации в агрессивных средах и высоких температурах;

Развитие компьютерных технологий позволило не только просматривать и регистрировать показания датчиков. Появилась возможность их обработки в цифровом виде, визуализации деформаций на мониторах в режиме реального времени, автоматического изменения режима работы объекта, использования другие технологических инноваций. К тому же тензодатчики наилучшим образом удовлетворяют критериям цена-точность-эффективность.