Схема электрической цепи тензодатчика с описанием.

Цель данной статьи - помочь пользователю узнать принцип работы электрической схемы тензодатчика. Прежде всего, мы покажем основную рабочую схему тензодатчика на основе моста Уитстона. После этого мы разберём схему реального тензодатчика, с дополнительными цепями позволяющими получить высокую точность измерения.

Тензодатчик основан на электрической схеме, называемой мостом Уитстона.

электрическая схема тензодатчика, мост Уитстона

На рисунке Vin источник питания моста или входное возбуждение (V = Вольт) и Vout выходной сигнал.

Такое схема коммутации позволяет измерять очень небольшие изменения сопротивления ∆R, которые происходят в тензодатчиках R1, R2, R3 и R4 установленных в плечах моста.

Тензорезисторы - это датчики деформации, которые приклеены к упругому корпусу тензодатчиков. Усилие, которое деформирует тензорезисторы, произведёт изменение ΔR в номинальных значениях сопротивлений. Эти небольшие изменения сопротивления на каждый тензорезистор увеличивается за счет резистивного дисбаланса, создаваемого мостом Уитстона, и таким образом, получает выходной сигнал, пропорциональный приложенной силе.

Когда тензодатчик не имеет нагрузки, четыре тензорезистора находятся в состоянии покоя и имеют одинаковое значение сопротивлений. Номинальное значение сопротивления тензодатчика Rg:

R1 = R2 = R3 = R4 = Rg.
В этом случае выходной сигнал Vout, дифференциальный между Vout + и Vout-, равен 0 Вольт (ноль тензодатчика). При загрузке тензодатчика тензорезисторы изменяют значение своего сопротивления в очень небольшом соотношении ΔR:

R1=Rg‐∆R;  R2=Rg+∆R;  R3=Rg‐∆R;  R4=Rg+∆R

Из за этих изменений мы получаем выходной сигнал Vout, пропорциональный изменению сопротивления тензорезисторов при деформации и в то же время пропорциональный упругой деформации корпуса датчика, который пропорционален приложенной силе. Тем самым получается силовой преобразователь с электрическим выходной сигнал пропорциональным приложенной силе.

Следует отметить, что эта резистивная схема также пропорциональна входному напряжению питания, поэтому выходные параметры тензодатчика обычно указываются в мВ/В (милливольт на вольт).

Полная схема для высокоточного тензодатчика.

Чтобы изготовить действительно высокоточный тензодатчик, необходима дополнительная схема для тензорезисторов, предназначенная для точной регулировки выходного сигнала при различных нагрузках, а также она необходима для термокомпенсации работы тензодатчика.

Следующая схема позволяет нам рассмотреть работу тензодатчика.

Полная схема высокоточного тензодатчика, мост Уитстона

Rz1 и Rz2 резисторы нулевого баланса. Выполняют точную настройку выходного сигнала без нагрузки (ноль тензодатчика), чтобы получить выходное значение, очень близкое к 0 мВ.

Rzt1 и Rzt2 резисторы с температурной компенсацией. Выполняют точную настройку тензодатчика термокомпенсационными резисторами для получения стабильного нулевого сигнала (без нагрузки) во всем диапазоне рабочих температур тензодатчика.

Rs1, Rn1 и Rs2, Rn2 компенсируют чувствительность тензорезисторов к изменению температуры. Резисторы Rn1 и Rn2, меняют своё номинальное сопротивления с изменением температуры, Rs1 и Rs2 используются для компенсации изменений, происходящих в механической упругости корпуса датчика веса, для получения стабильных показаний не зависящих от изменения температуры.

Raf1, Rag1 и Faf2, Rag2 резисторы регулировки номинальной чувствительности тензодатчика. Rag резисторы используются для грубой регулировки, резисторы Raf используются для точной регулировки номинального значения чувствительности или рабочего коэффициента передачи (РКП) тензодатчика в мВ/В.

Rai входной резистор регулировки сопротивления, используется для получения значения входного сопротивления тензодатчика в пределах спецификации.

Выходной сигнал Vout тензодатчика при номинальной нагрузке (НН) зависит от рабочего коэффициента передачи (РКП) и напряжения блока питания (Vin).

Рабочий коэффициент передачи (РКП) мВ/В - это увеличение значения выходного сигнала (Vout, в мВ), при приложении силы, равной номинальной нагрузке (НН, кг), относительно напряжения питания (Vin, в Вольтах).

В качестве примера мы описываем тензодатчик номинальной нагрузкой 100 кг (НН) с рабочим коэффициент передачи (РКП) 2 мВ/В. Это означает, что выходной сигнал будет увеличиваться на 2 мВ на каждый Вольт питающего напряжения, при приложении нагрузки, равной 100 кг. Кроме того, это увеличение является линейным и пропорциональным приложенной нагрузке. В случае напряжения питания равного 10 В, при увеличении нагрузки от 0 до 100 кг, мы получим изменение выходного сигнала в диапазоне от 0 до 20 мВ.



Универсальный тестер тензодатчиков LCT-Ultimate

Тестер тензодатчиков LCT-UltimateДля профессиональной работы по диагностике и проверке тензодатчиков рекомендуем универсальный тестер тензодатчиков LCT-Ultimate который является автономным ручным устройством, которое было специально разработано для проверки и выявления неисправностей тензорезисторных элементов тензодатчиков. Отличительной особенностью данного тестера является наличие возможности проверки тензодатчика на усталость металла.


  Тензодатчики