Какие бывают виды тензодатчиков и как выбрать подходящий

Содержание

• Какие бывают типы тензодатчиков
• Практическое руководство: как выбрать тензодатчик
• Популярные вопросы

Ошибки при выборе тензодатчика могут обойтись дорого: возможны аварии, быстрый выход из строя оборудования или сложности в установке. Классификация тензометрических датчиков помогает разобраться, какое решение подойдет для конкретного проекта: выдержит нагрузку, будет соответствовать условиям эксплуатации, обеспечит стабильные измерения. В статье разберем виды тензодатчиков, их конструктивные особенности и критерии выбора.

Какие бывают типы тензодатчиков

Классификация тензодатчиков обычно проводится по конструкции корпуса, области применения и схеме расположения тензорезисторов. Эти параметры влияют на точность измерений, допустимую нагрузку и условия эксплуатации оборудования.

Классификация тензодатчиков по конструкции

Конструкция корпуса определяет, как датчик воспринимает нагрузку и в каких системах его можно использовать.

• Балочные тензодатчики. Один из самых распространенных вариантов. Нагрузка прикладывается к балке, которая деформируется в пределах упругости, а тензорезисторы фиксируют изменение сопротивления. Такие датчики часто используют в платформенных весах, дозаторах или небольших бункерах.

Балочный тензодатчик серии BZVR-SS от Keli Sensing Technology

• S-образные. Получили свое название из-за характерной формы корпуса. Они работают на растяжение и сжатие, поэтому удобны для подвесных систем: крановых весов, испытательных стендов, систем контроля натяжения тросов или канатов.

S-образный тензодатчик серии DEE

• Цилиндрические или колонные. Предназначены для работы с большими нагрузками — от нескольких до сотен тонн. Их применяют в автомобильных весах, железнодорожных платформах, крупногабаритных резервуарах. Конструкция обеспечивает равномерное распределение нагрузки, устойчивость к перегрузкам.

Колонный тензодатчик KELI ZSFY

• Тензодатчики крутящего момента. Предназначены для измерения крутящего момента на валах и вращающихся механизмах. Их используют в испытательных стендах, трансмиссиях, приводных системах и оборудовании, где необходимо контролировать передаваемое усилие. 
• Одноточечные. Разработаны для платформенных весов, где нагрузка может прикладываться не строго по центру. Конструкция компенсирует смещение центра тяжести, поэтому один датчик способен обслуживать одну небольшую платформу.

Одноточечный датчик серии AMI производства Keli Sensing Technology

• Мембранные или «шайбы». Под действием нагрузки мембрана деформируется, а тензорезисторы фиксируют изменение сопротивления. Такие датчики применяют в прессах, испытательных стендах или системах контроля усилия, где важно минимальное монтажное пространство и высокая чувствительность измерений.
• Многовекторные. Такие датчики способны воспринимать нагрузку, действующую в разных направлениях. Их применяют в сложных измерительных системах, где важно контролировать не только величину силы, но и изменение ее направления — например в испытательных установках, робототехнике или инженерных исследованиях.

Мембранный тензодатчик KELI NHSY-A22t-C3 с узлом встройки F

• Тороидальные. Датчики кольцевой формы. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение напряжений и высокую устойчивость к перегрузкам. Тороидальные тензодатчики применяют в системах измерения больших усилий, например в испытательных установках или тяжелом промышленном оборудовании.

Тороидальный тензодатчик серии LFS

В промышленности также встречаются специализированные исполнения — например, датчики для бункеров с порошкообразными материалами, для резервуаров с жидкостями, модели, рассчитанные на работу при повышенных температурах, для троссов (KELI ZLJDB) или датчики деформации конструкции SEBK/SEBCC и др.

Виды тензодатчиков по материалу изготовления

Еще один параметр, по которому различают виды тензодатчиков, — материал корпуса. От него зависит прочность, устойчивость к коррозии, возможность работы в агрессивной среде. При проектировании систем взвешивания этот фактор часто оказывается не менее важным, чем тип конструкции.

• Алюминиевые. Алюминий легче стали, хорошо поддается обработке, что позволяет создавать компактные и чувствительные тензодатчики. Однако такие решения менее устойчивы к механическим перегрузкам, агрессивной среде.
• Стальные. Изготавливают из легированных или инструментальных сталей, рассчитаны на более высокие нагрузки. Стальной корпус обладает высокой прочностью, устойчивостью к механическим воздействиям, поэтому такие типы тензодатчиков подходят для работы в условиях интенсивной эксплуатации.
• Тензодатчики из нержавеющей стали. Корпус из нержавеющей стали устойчив к коррозии, допускает регулярную санитарную обработку. Часто такие датчики имеют высокий класс защиты — например, IP67 или IP68 — и используются в бункерных, резервуарных или автомобильных весах, пищевой промышленности.

Какие бывают тензодатчики по области применения

Еще один распространенный способ классификации — по области применения. Конструкцию и параметры датчика подбирают с учетом того, в какой системе он будет работать.

• Платформенные. Используют в платформенных весах, рассчитаны на равномерное распределение нагрузки по платформе. Их грузоподъемность обычно составляет от десятков килограммов до нескольких тонн.
• Бункерные. Выбирают для взвешивания силосов, резервуаров, бункеров. В таких системах тензодатчики работают с постоянной статической нагрузкой и должны сохранять стабильность показаний при длительной эксплуатации. Часто их устанавливают вместе со специальными монтажными узлами, которые компенсируют боковые нагрузки, температурные деформации конструкции.
• Крановые. Используются в подвесных весах и системах контроля нагрузки на кранах или подъемных механизмах. Такие датчики должны корректно работать при динамических нагрузках и колебаниях.
• Автомобильные. Рассчитаны на большие нагрузки — десятки тонн. Их устанавливают в автомобильных весах, где требуется высокая устойчивость к перегрузкам, вибрациям, воздействию окружающей среды.
• Конвейерные. Применяют в ленточных конвейерах для непрерывного контроля массы транспортируемого материала. Они должны работать в условиях постоянных вибраций, переменных нагрузок.
• Для дозирующих систем. Используют в фасовочных линиях, смесителях или автоматических дозаторах. В таких системах важна высокая повторяемость измерений, стабильность показаний при частых циклах загрузки.
• Для испытательных стендов. Применяют для измерения усилий в лабораторных или производственных испытаниях. Они часто работают в широком диапазоне нагрузок и требуют высокой точности измерений.

Типы тензодатчиков по расположению и количеству резисторов

Конфигурация наклейки тензорезисторов на упругом элементе определяет, как датчик реагирует на деформацию. От схемы подключения зависит чувствительность, устойчивость к температурным изменениям и точность измерений.

• Одиночные тензорезисторы и полумостовые схемы. В современных весоизмерительных датчиках практически не применяются из-за высокой чувствительности к температурным колебаниям. Чаще встречаются в лабораторных стендах и исследовательских установках, где контролируются локальные деформации материалов.
• Полномостовая схема. Это промышленный стандарт для тензодатчиков. Несколько тензорезисторов соединяются в мостовую схему: часть элементов работает на растяжение, часть — на сжатие. Такая конфигурация повышает чувствительность, компенсирует температурные изменения, снижает влияние паразитных деформаций конструкции.
• Схемы с тензорезисторной розеткой. Используют в специализированных датчиках — например, мембранных или предназначенных для измерения крутящего момента. Резисторы располагаются под разными углами (обычно 0°, 45° и 90°), что позволяет фиксировать сложные деформации, изменяющееся направление нагрузки.

Практическое руководство: как выбрать тензодатчик

На практике выбор тензодатчика начинается не с модели, а с анализа условий работы системы: нагрузки, конструкции оборудования, среды эксплуатации и требований к точности. Один и тот же тип датчика может работать стабильно в платформенных весах и при этом давать ошибки в бункерной системе из-за боковых нагрузок или температурных изменений.

При подборе оборудования обращают внимание на несколько параметров:

1. Грузоподъемность и запас по нагрузке. Ориентируйтесь на номинальную нагрузку и обязательно закладывайте запас 30–50%.
2. Класс точности определяет допустимую погрешность измерений и стабильность показаний. Тензодатчики классов C1–C2 обычно применяют в технических и учетных задачах, где приоритетом является надежность оборудования и длительный ресурс работы, а требования к точности относительно невысокие. C3 считается наиболее распространенным промышленным уровнем: такие датчики используют в платформенных или автомобильных весах, дозирующих установках, бункерных системах. Датчики C4 и выше применяют там, где особенно важна высокая точность измерений и минимальная погрешность.
3. Материал корпуса и среда эксплуатации. Алюминиевые тензодатчики чаще выбирают для оборудования с небольшими нагрузками — например, в торговых, лабораторных или упаковочных весах. Они легкие и чувствительные, но менее устойчивы к перегрузкам и агрессивной среде. Стальные тензодатчики используют в промышленном оборудовании, где требуется высокая механическая прочность и устойчивость к интенсивной эксплуатации. Тензодатчики из нержавеющей стали предназначены для работы во влажной или агрессивной среде — на пищевых производствах, в химической промышленности, на открытых площадках, где оборудование подвергается воздействию воды, пара или моющих средств.
4. Пыле- и влагозащита (IP). IP65 — защита от пыли и струй воды, подходит для большинства помещений. IP67 — выдерживает кратковременное погружение, актуально для улицы и зон с высокой влажностью. IP68 — для тяжелых условий (постоянная влажность, промывка, возможное погружение).
5. Температурный диапазон и внешнее воздействие. Проверьте не только рабочий диапазон датчика, но и условия рядом с ним: близость печей, нагретых труб, нагрев под солнцем и т.д. При перепадах температуры важны стабильность показаний и корректная температурная компенсация — иначе «плывет» ноль, растет погрешность. Также учитывают внешние механические и электрические воздействия: вибрации оборудования, ударные нагрузки, их частоты воздействия, а также возможные электромагнитные помехи, которые могут влиять на стабильность сигнала.
6. Тип выходного сигнала и интерфейс. Милливольтовый сигнал (mV/V) — требует промежуточного преобразователя (весового терминала или АЦП модуля) для связи с ПЛК или ПК. Аналоговый выход 4-20 мА/0-10В — датчик со встроенным нормирующим преобразователем, готовый сигнал для ПЛК. Цифровые интерфейсы (RS-485/Modbus RTU, CANopen и др.) — для прямого обмена данными в цифровых сетях.
7. Монтаж, габариты и защита от боковых нагрузок. Проверьте, подходит ли датчик по высоте и посадочным размерам, есть ли риск боковых усилий (перекосы, терморасширение металлоконструкций, нужны ли монтажные узлы. Зачастую быстрее и безопаснее подбирать вид тензометрического датчика вместе со специалистом. Компания «КЕЛИ ПромКомплект» оказывает экспертную техническую поддержку на каждом этапе реализации проекта — от подбора оборудования для уже действующей системы весоизмерения до поставки и шеф-монтажа.

Популярные вопросы

Сколько тензодатчиков нужно для весовой системы?

Количество тензодатчиков зависит от конструкции оборудования. В платформенных весах обычно устанавливают 3–4 датчика, расположенных по углам рамы. В небольших системах может использоваться один одноточечный датчик, а в бункерных или резервуарных установках число датчиков соответствует количеству опор конструкции.

Почему показания тензодатчиков могут «плавать»?

Нестабильные показания часто возникают из-за боковых нагрузок, перекоса конструкции, температурных изменений или повреждения кабеля. Также на точность измерений может влиять неправильный монтаж или отсутствие компенсации механических напряжений в конструкции.

Нужно ли калибровать тензодатчики после установки?

Да, после монтажа весовая система должна проходить калибровку или поверку. Это позволяет проверить корректность измерений, учесть особенности конкретной конструкции. В дальнейшем проверку проводят периодически в зависимости от требований производства.