120
czuj ni ki tensometryczne i urzĄdzeni a pomi arowe
Czujniki tensometryczne
i urządzenia pomiarowe
firmy Wobit
Adam Sarzyński
Czujniki tensometryczne potocznie zwane tensometrami sĄ podstawowym elementem kałdej
wagi elektronicznej, a takłe urzĄdze� do pomiaru sie" ściskajĄcych, rozciĄgajĄcych, napr�łe�
itp. Spotykane sĄ cz�sto w uke"adach automatyki, gdzie zachodzi koniecznośĘ dokonywania
pomiar�w wagowych (m. in. ci�łaru zbiornik�w magazynujĄcych surowce, zbiornik�w mie-
szalniczych, w platformach najazdowych). W poe"Ączeniu z odpowiednimi urzĄdzeniami pomia-
rowymi umołliwiajĄ precyzyjny pomiar mas, dozowania surowc�w itp.
zastosowaniu odpowiedniego ty- W zalełności od ksztae"tu i ue"ołenia ele-
pu tensometru decydujĄ warunki mentu oporowego wyr�łnia si� tensome-
Oi wymagania pomiaru zwiĄzane try w�łykowe (drut rezystancyjny o śred-
z materiae"em, ksztae"tem elementu kon- nicy ue"amk�w mm uformowany w ksztae"-
strukcyjnego czujnika, rodzajem obciĄłe�, cie wielokrotnego w�łyka), tensometry
temperaturĄ pracy itp. Obecnie najszersze kratowe (szereg drucik�w ue"ołonych
zastosowanie znajdujĄ tensometry oporo- r�wnolegle i poe"Ączonych znacznie
we, kt�re sĄ najcz�ściej wykorzystywane grubszymi odcinkami taśmy mie-
przy pomiarach laboratoryjnych i ułytko- dzianej) oraz tensometry opo-
wych. Czujniki te posiadajĄ wiele walor�w rowe foliowe ń stosowane
eksploatacyjnych, takich jak: najcz�ściej ń ske"adajĄce si�
duła czue"ośĘ, z siatki rezystancyjnej
�
doke"adnośĘ, w postaci w�łykowej, wy-
�
mae"e wymiary, konanej z cienkiej metalo-
�
odpornośĘ na drgania i wstrzĄsy, wej folii sklejonej klejem
�
mołliwośĘ pracy w wysokich temperatu- z podke"adkĄ nośnĄ.
�
rach i ciśnieniach, Na rysunku 1 pokazane zostae"y przy-
mołliwośĘ umieszczania na powierzch- ke"adowe tensometry foliowe przeznaczo-
�
niach zakrzywionych. ne do naklejenia na element, kt�ry b�dzie
poddawany dziae"aniu sie" lub napr�łe�.
Zasada dziae"ania Najcz�ściej jednak spotykane sĄ gotowe
czujniki w postaci tensometru foliowego
Zasada dziae"ania tensometru oporowego przyklejonego do obudowy. W zalełności
opiera si� na we"aściwości fizycznej drutu od konstrukcji elementu nośnego (obudo-
Rys. 1. Przyke"ady tensometr�w foliowych
metalowego, polegajĄcej na zmianie jego wy) czujnik taki mołe se"ułyĘ do pomiaru gdzie:
oporu elektrycznego wraz ze zmianĄ jego mae"ych sie" w zakresach pojedynczych niu- � ń odksztae"cenie wzgl�dne,
de"ugości. Drut oporowy (lub folia) nakleja- ton�w, jak i ogromnych sie" liczonych k ń wsp�e"czynnik odksztae"cania tensome-
ny jest za pomocĄ specjalnego kleju na ele- w dziesiĄtkach kiloniuton�w. tru (stae"a tensometru),
ment odksztae"cajĄcy si� pod wpe"ywem R ń rezystancja elementu oporowego.
dziae"ajĄcych sie" lub moment�w. Materiae" Pomiar sie"y Z wzoru wynika, łe odksztae"cenie
oporowy czujnika ulega identycznym od- wzgl�dne � jest wprost proporcjonalne do
ksztae"ceniom co element, na kt�rym czuj- Zmiana rezystancji zastosowanego dru- wzgl�dnego przyrostu oporu "R/R, a war-
nik zostae" przyklejony. Od technologii kle- cika lub folii nast�puje w wyniku jej od- tośĘ stae"ej k zaleły przede wszystkim od
jenia i ułytych materiae"�w zaleły doke"ad- ksztae"cania, zgodnie ze wzorem: materiae"u, z jakiego wykonany jest drut
nośĘ i stabilnośĘ czujnik�w sie"y. "R/R=k� oporowy. Na wartośĘ stae"ej ma wpe"yw tak-
120 czerwiec 2008
czuj ni ki tensometryczne. . .
Rys. 2.
Czujnik tensometryczny
z widocznymi, naklejonymi
tensometrami foliowymi
(niebieski obrys)
K701 (0�1 KN) K200 (0�10 N)
K1100 (0�50 KN) K1501 (0�10 KN)
Rys. 3. Przyke"adowe czujniki tensometryczne firmy Wobit
łe spos�b ue"ołenia drutu oporowego, rodzaj kleju, rodzaj materia-
e"u podke"adki itd. WartośĘ t� określa si� zazwyczaj doświadczalnie.
Stae"a K jest jednym z dw�ch najistotniejszych parametr�w opi-
sujĄcych czujnik tensometryczny. Drugi parametr to maksymal-
na sie"a, z jakĄ mołna dziae"aĘ na dany czujnik.
Mostek Wheatstone�a
Tensometry w technice pomiarowej pracujĄ najcz�ściej w uke"a-
dzie tzw. mostka Wheatstone�a, kt�rego schemat pokazany jest
na rysunku 4. Mostek ten ske"ada si� z czterech gae"�zi utworzonych
z czterech element�w: zazwyczaj jest to tensometr o oporności
R1, tensometr kompensacyjny o oporności R2 oraz dwa oporniki
Rys. 4. Typowy uke"ad pracy czujnika tensometrycznego
REKLAMA
122
czuj ni ki tensometryczne i urzĄdzeni a pomi arowe
jawia si� napi�cie pro-
porcjonalne do mie-
rzonej sie"y. Poniewał
zmiany sĄ bardzo mae"e
(0,01 ń 1 ohm), zmia-
ny napi�cia w gae"�zi
takłe sĄ niewielkie
i mieszczĄ si� w grani-
cach 0,1% Uzas. Przyke"a-
dowo, przy zasilaniu czujnika
napi�ciem 10 V wyjściowe napi�-
cie b�dzie si� zmieniae"o w zakresie 0
Rys. 5. Wska�nik MD100T
ń 20 mV, w zalełności od obciĄłenia
mostka.
WartośĘ zmian napi�cia określana jest
poprzez stae"Ą mostka ŃK� podawanĄ w jed-
nostkach mV/V. Oznacza to, łe dla most-
ka o stae"ej 2 mV/V przy nominalnym
(maksymalnym roboczym) obciĄłeniu
czujnika sygnae" wyjściowy r�wna si� 2
mV na kałdy wolt zasilania mostka. Przy-
ke"adowo, dla czujnika tensometrycznego
o nominalnej sile 200 N i stae"ej 2 mV/V,
zasilanego napi�ciem 10 V zmierzona war-
Rys. 6. UrzĄdzenie zbierajĄce dane z czujnika
tośĘ sie"y b�dzie wynosie"a:
tensometrycznego ń ADT1
R3 i R4. Tensometr kompensacyjny kom- Sie"a [N] = (Pomiar [mV] / (2 [mV] x 10
pensuje wpe"ywy czynnik�w ubocznych, V)) x 200 N
a szczeg�lnie temperatury i wilgoci. Stosu-
Rys. 8. Oprogramowanie ADT1 na komputer PC
je si� takłe inne konstrukcje, posiadajĄce Przy zerowym obciĄłeniu sygnae" z czuj-
wi�kszĄ ilośĘ tensometr�w. nika powinien wynosiĘ 0 (ą 1% maksy- g ń wartośĘ przyśpieszenie ziemskiego,
W zalełności od sposobu pomiar�w mo- malnego napi�cia wyjściowego czujnika). m ń masa obciĄłajĄca czujnik wywierajĄ-
stek zasilany jest napi�ciem stae"ym lub Wyłsza wartośĘ oznacza, łe czujnik jest ca na niego sie"� F.
zmiennym. Pomiar w uke"adzie zmienno- uszkodzony. Uszkodzenie czujnika nast�- Przy bardzo doke"adnych pomiarach mas
prĄdowym bye" stosowany przez wiele lat ze puje zazwyczaj przy przekroczeniu jego (np. w precyzyjnych wagach laboratoryj-
wzgl�du na e"atwośĘ budowy wzmacniaczy obciĄłenia nominalnego o określonĄ w ka- nych) istotne znaczenie ma wartośĘ przy-
pomiarowych (w przypadku uke"ad�w sta- talogu wartośĘ (np. 150% lub 200% warto- śpieszenia ziemskiego g ń domyślnie
e"oprĄdowych podstawowĄ trudnościĄ bye"o ści znamionowej). przyjmowana jako 9,81. WartośĘ ta jest
zbudowanie wzmacniacza o odpowiednio jednak r�łna w zalełności od poe"ołenia
dułym wzmocnieniu i stabilności). Obec- Pomiar ci�łaru geograficznego (odlege"ości od r�wnika)
nie cz�ściej stosuje si� pomiary stae"oprĄdo- i powinna byĘ odpowiednio korygowana.
we, ze wzgl�du na prostszĄ konstrukcj� Czujniki tensometryczne sĄ powszechnie
uke"adu pomiarowego oraz dost�pnośĘ spe- stosowane w r�łnorodnych urzĄdzeniach UrzĄdzenia pomiarowe
cjalizowanych uke"ad�w scalonych. wagowych, gdzie wynikiem pomiaru jest
ci�łar (w gramach [g], kilogramach [kg] lub IstotnĄ kwestiĄ w pomiarach z wykorzy-
Pomiar stae"oprĄdowy tonach [T]). Wynik pomiaru sie"y z mostka staniem czujnik�w tensometrycznych jest
Przy pomiarach stae"oprĄdowych mostek musi byĘ przeliczony na ci�łar z zalełności: mierzenie wyst�pujĄcych na nim mae"ych na-
tensometryczny zasilany jest w punktach F = m x g pi�Ę. Dla uzyskania rozdzielczości 1000
A i B znanym napi�ciem stae"ym Uzas. gdzie: dziae"ek pomiarowych wymagany jest pomiar
W�wczas na przekĄtnej gae"�zi mostka po- F ń sie"a odczytana z czujnika, napi�cia gae"�zi mostka z doke"adnościĄ ą 20
uV (zalełnĄ od napi�cia zasilania czujnika).
Wymaga to zastosowania specjalizowanych
uke"ad�w, kt�re zapewniajĄ odpowiedniĄ sta-
bilnośĘ i rozdzielczośĘ pomiar�w.
W ofercie firmy Wobit dost�pne sĄ dwa
urzĄdzenia wsp�e"pracujĄce z czujnikami
tensometrycznymi, kt�re zapewniajĄ sta-
bilny pomiar z doke"adnościĄ do 100 tys.
Rys. 7. Przyke"adowa praca ADT1
w roli wzmacniacza napi�ciowego. dziae"ek pomiarowych. UrzĄdzenia te majĄ
122 czerwiec 2008
czuj ni ki tensometryczne. . .
wszechstronne zastosowanie zar�wno w przemyśle, jak i labora-
toriach badawczych ń wsz�dzie tam, gdzie istnieje koniecznośĘ
zgrubnego lub precyzyjnego pomiaru sie"y (ci�łaru) z wykorzy-
staniem czujnik�w tensometrycznych.
Wska�nik MD100T
Pierwsze z urzĄdze� to wska�nik MD100T wyposałony w czy-
telny, sześciopozycyjny wyświetlacz, pokazujĄcy aktualnĄ wartośĘ
pomiaru. UrzĄdzenie pozwala na zaprogramowanie i sygnalizowa-
nie (za pomocĄ wyjśĘ przeka�nikowych) dw�ch ustalonych przez
ułytkownika prog�w pomiarowych. Dodatkowo dost�pne jest wyj-
ście napi�ciowe 0�10 V, oraz wyjście RS232 do komunikacji np.
z komputerem PC (wsp�e"praca z programem MD100-PC).
UrzĄdzenie ADT1
AlternatywĄ dla wska�nika MD100T jest urzĄdzenie zbierajĄ-
ce dane z czujnika tensometrycznego ń ADT1. W odr�łnieniu od
MD100T nie posiada ono wyświetlacza. Wyposałone jest za to
w cztery wyjścia tranzystorowe, kt�re mogĄ byĘ dowolnie skon-
figurowane i sygnalizowaĘ ustalone progi. Dost�pne jest takłe
wyjście napi�ciowe 0... 5 V o rozdzielczości 0,01 V. Programo-
wanie urzĄdzenia odbywa si� przy pomocy e"Ącza USB (dost�pna
takłe wersja z RS232), z wykorzystaniem darmowego oprogra-
mowania ADT1U-PC. Oprogramowanie umołliwia takłe bezpo-
średni odczyt mierzonych wartości, akwizycj� i zapis pomiar�w
do pliku, a takłe ich wizualizacj� na wykresie.
Dzi�ki wyjściom napi�ciowym ADT1 oraz MD100T mogĄ pra-
cowaĘ jako tzw. wzmacniacze napi�ciowe (rys. 5).
Inne we"aściwości
Oba prezentowane urzĄdzenia posiadajĄ mołliwośĘ konfigura-
cji parametru Ństae"a mostka ń K�, co pozwala na wsp�e"prac� z do-
wolnymi tensometrycznymi czujnikami sie"y. UmołliwiajĄ takłe
pomiar Ńw obu kierunkach� ń to znaczy mierzenie zar�wno sie"
ściskajĄcych, jak i rozciĄgajĄcych czujnik.
Doe"Ączone oprogramowanie na komputer PC pozwala na auto-
matycznĄ kalibracj� zastosowanego czujnika, gdył typowa stae"a
2 mV/V podawana w ta�szych czujnikach mołe byĘ obarczona
sporym be"�dem w stosunku do rzeczywistej wartości.
Czujniki tensometryczne oferowane przez Wobit majĄ stae"Ą ści-
śle określonĄ dla kałdego modelu, podawanĄ z doke"adnościĄ do
czterech miejsc po przecinku. Dzi�ki temu ułytkownik jest zwol-
niony z potrzeby kalibracji czujnika (do kt�rej zawsze potrzebny
jest ci�łar lub sie"a wzorcowa), a jego uruchomienie w poe"Ączeniu
z urzĄdzeniami MD100T lub ADT1 sprowadza si� tylko do wpro-
wadzenia parametru Ństae"a mostka K�.
mgr inł. Adam Sarzy�ski
Autor jest xxxxxxxxx
xxxxxxx
P.P.H Wobit Witold Ober
61-474 Pozna�
ul. Gruszkowa 4
tel. [phone]
fax [phone]
e-mail: [e-mail]
www.wobit.com.pl
www.prowadnice.com
REKLAMA