AutomAtykA i mechAtronikA
Czujniki tensometryczne
Skomputeryzowany pomiar
Dodatkowe informacje:
siły
WObit, 61-474 Poznań, ul. Gruszkowa 4,
e-mail: [e-mail], www.wobit.com.pl
Czujniki tensometryczne (pot. tensometry) są podstawowymi
elementami wag elektronicznych oraz innych urządzeń do pomiaru
sił ściskających, rozciągających, naprężeń, itp. Są szeroko stosowane
w systemach automatyki, np. do pomiaru ciężaru zbiorników
magazynujących surowce, zbiorników mieszalniczych lub platform
najazdowych. Czujniki tensometryczne są umieszczane najczęściej
pod podporami zbiornika lub platformy, co w połączeniu
z urządzeniami pomiarowymi umożliwia pomiar masy lub
Fot. 2. czujnik tensometryczny kB52
wyznaczanie ilości surowca do dozowania.
Zasada działania mocą specjalnej folii izolującej. Pomiar Przykłady czujników
Najczęściej stosuje się tensometry rezystancji tensometru jest wykonywany Przykładowy czujnik tensometryczny
oporowe, których rezystancja zależy od w układzie mostka Wheatstone a (rys. 1). KB52 przedstawiono na fot. 2. Ma on budo-
jego długości. W typowych czujnikach Pełny układ mostka pomiarowego zawiera wę membranową o kształcie toroidu z rdze-
tensometrycznych, pod wpływem przy- dodatkowe elementy kompensujące nie- niem w środku. Pierścień toroidu stabilizu-
łożonej siły odkształcany jest materiał korzystny wpływ zmian temperatury na je obudowę. Na kuliście zakończony rdzeń
korpusu, a wraz z nim materiał czynny wartość rezystancji. Na rys. 1 tensometr (eliminacja bocznych nacisków) podawana
tensometru, co powoduje zmianę sygna- o oporności R1 jest głównym elementem jest mierzona siła nacisku. Z korpusu wypro-
łu proporcjonalną do mechanicznego od- pomiarowym, tensometr o oporności R2 wadzony jest ekranowany 4-żyłowy przewód
kształcenia. Tensometry są przyklejone służy do kompensacji wpływu czynników z sygnałem pomiarowym.
do metalowego podłoża korpusu za po- ubocznych (szczególnie wilgoci i tempe- Czujniki takie są wykonywane na zakres
ratury). W praktyce stosowane są również pomiarowy od 0,5, 1, 2, 5 i 10 kN. Obciążenie
inne konstrukcje, o większej liczbie ten- użytkowe może wynosić maksymalnie 150%
sometrów. zakresu pomiarowego, przy czym 200% tego
W ramce Definicja zakresu pomiaro- zakresu jest obciążeniem niszczącym. Stała
wego scharakteryzowano zakres pomiaro- tensometru, czyli współczynnik odkształca-
wy czujników tensometrycznych. Podane nia tensometru wynosi 2 mV/V ą10%. Błąd
wartości są określone dla sił statycznych. czujnika określają wielkości: tolerancja linio-
Przy obciążeniach dynamicznych trzeba wości 0,05% zakresu pomiarowego, toleran-
przyjąć mniejsze wartości. Z tego powodu
należy zachować szczególną ostrożność
już przy instalacji czujnika, gdyż wtedy
mogą wystąpić niedozwolone wartości
rys. 1. typowy mostek tensometryczny przeciążające powodujące jego uszkodze-
nie. Również w trakcie użytkowania urzą-
Definicja zakresu pomiarowego
dzenie wskazuje tylko obciążenie statycz-
Obciążeniem znamionowym jest wielkość
ne, a dynamiczne krótkotrwałe zmiany
siły wprowadzonej do czujnika w kierunku
obciążenia są uśredniane.
pomiarowym, która określa górną wartość
zakresu pomiarowego. Proces przyklejenie folii tensome-
Obciążenie użytkowe  to największa siła
trycznej jest skomplikowany, gdyż należy
w kierunku osi pomiarowej czujnika, dla
dobrać odpowiedni klej w zależności od
której występuje jednoznaczny związek
rodzaju podłoża (muszą mieć jednakową
między siłą, a sygnałem wyjściowym.
rozszerzalność cieplną). Z tego względu
Obciążenie graniczne  to największa siła
uzasadnionym jest stosowanie gotowych
w kierunku osi pomiarowej, którą jest
zdolny przyjąć czujnik bez pozostawienia modułów pomiarowych, a nie produk-
mierzalnego śladu w jego właściwościach
cja własnych (szczególnie niskoseryjna).
w obszarze zakresu pomiarowego.
Przy wykonywaniu pomiarów trzeba też
Obciążenie niszczące oznacza siłę przyłożoną
pamiętać o odpowiednim umieszczeniu
w osi czujnika, której przekroczenie
czujnika tensometrycznego, gdyż naprę-
może prowadzić do jego mechanicznego
żenia są mierzone w określonym kierun- Fot. 3. modułowe czujniki
zniszczenia.
ku. tensometryczne: a) km202 i b) k1600
142 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2010
Skomputeryzowany pomiar siły
tera PC. Umożliwia
on skonfigurowa-
nie czujnika oraz
odczytywanie wy-
ników pomiarów
i ich wizualizację.
Moduł ma również
wyjście cyfrowe
typu OC, poprzez rys. 6. Program sterujący pracą
które może być do- programowalnego wskaz
nika mD100-t
łączony do sterow-
nika PLC lub lam- RS232, albo bezpośrednio do kontrolki sy-
py sygnalizacyjnej gnalizacyjnej lub do sterownika PLC. Progra-
(np. przekroczenie mowanie wartości granicznych, zmiany na-
dozwolonego cię- staw przeprowadzane jest za pomocą klawia-
rys. 4. kierunek mierzonej siły dla czujników: a) km202 i b) k1600 żaru). Moduł AD- tury znajdującej się na jego płycie czołowej
T4U może współ- (fot. 5). Wyniki pomiarów są pokazywane na
cja zera 2% zakresu pomiarowego, histereza pracować z różnymi mostkami tensome- 6-cyfrowym wyświetlaczu diodowym. Do
0,05% zakresu pomiarowego i błąd pełzania trycznymi bez potrzeby kalibracji, gdyż ma urządzenia dołączany jest program sterują-
mierzony w czasie 30 minut 0,1% zakresu on możliwość wprowadzenia stałej czuło- cy MD100t-PC uruchamiany na komputerze
pomiarowego. ści dołączonego mostka. (rys. 6).
Przykładem czujników o innych kształtach Podobnym urządzeniem jest programo- maciej Gołaszewski, eP
są k1600 oraz KM202. Na fot. 3 przedstawiono walny wskaz
nik cyfrowy MD100T. Może być [e-mail]
oba czujniki, natomiast na rys. 4 wskazano kie- dołączany do komputera PC poprzez port
runek mierzonej przez nie siły.
R E K L A M A
Akwizycja danych
Zazwyczaj czujniki tensometryczne
pracują w grupach, a do zbierania danych
służą specjalne urządzenia pomiarowe.
Przykładem takiego urządzenia jest moduł
ADT4U, który służy do pomiaru sygnałów
z czterech mostków tensometrycznych. Mo-
duł ADT4U przesyła zbierane dane pomia-
rowe do komputera PC za pomocą interfejsu
USB (dostępna jest również wersja z inter-
fejsem RS232). Jest on wyposażony w 24-bi-
towy przetwornik A/C sigma-delta. Roz-
dzielczość i dokładność pomiaru zależą od
zastosowanego czujnika tensometrycznego.
Możliwe jest więc wykonywanie pomiarów
w zakresie gramów jak i ton. Moduł może
być zasilany z portu USB lub z zewnętrzne-
go z
ródła napięcia stałego 12...24 V.
Do obsługi modułu ADT4U przezna-
czony jest program ADT4U-PC dla kompu-
Fot. 5. Programowalny wskaz
nik do
czujników tensometrycznych mD100-t
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2010 143