Балочные датчики веса являются наиболее широко используемыми типами тензодатчиков. Прочтите эту статью, чтобы узнать больше о преимуществах и свойствах этих весоизмерительных датчиков, которые используются во всем мире.

Принцип работы балочного тензодатчика

Во время измерения вес воздействует на металлический пружинный элемент весоизмерительного датчика и вызывает упругую деформацию. Эта деформация (положительная или отрицательная) с помощью тензорезистора (SG), который установлен на пружинном элементе, преобразуется в электрический сигнал. Простейшим типом тензодатчиков является балка на изгиб с наклеенным тензорезистором. Часто основные компоненты, т.е. пружинный элемент и тензорезистор, дополняются дополнительными элементы (корпус, уплотнительные элементы и т.д.), защищающими элементами тензометрических датчиков.

 

Простая балка на изгиб

Балочные тензодатчики веса наилучшим образом подходят для многих измерительных задач. Здесь сигнал, в принципе, зависит от изгибающего момента. При изменении точки приложения нагрузки в продольном направлении изгиба балки при одинаковых нагрузках, генерируются различные сигналы. По этой причине простейшая балка на изгиб редко используется в тензодатчиках, поскольку она требует специальных мер для обеспечения постоянной точки приложения нагрузки (эффект рычага).

Рисунок 1: принцип двойной балки на изгиб

 

Многосоставные балочные тензодатчики

Многосоставные балки часто используются в качестве пружинных элементов для нагрузок до 5 т. Этот тип тензодатчиков характеризуется расположением в основном двух (двойная балка на изгиб) или трех балок на изгиб. Они соединены с помощью жестких элементов со стороны зажима и ввода нагрузки. Жесткая связь обеспечивает чисто вертикальное смещение точки приложения нагрузки и S-образную деформацию двух балок. Такая система гораздо менее чувствительна к сдвигам точки приложения нагрузки, чем одиночная балка на изгиб. S-образная деформация создает положительные и отрицательные зоны напряжения на поверхности, которые близки друг к другу и значительно облегчают установку тензорезисторов. На рисунке 2 показаны различные типы двойной балки на изгиб.

Рисунок 2  Двойная балка на изгиб

 

Балочные тензодатчики веса НВМ

НВМ предлагает широкий диапазон балочных тензометрических датчиков. Они используются для взвешивания резервуаров, дозирующих установках и технологическом взвешивании. Многие из этих балочных тензодатчиков были одобрены, например, Немецким национальным метрологическим институтом (ПТБ) для интеграции в весы, которые используются для коммерческого взвешивания в торговле или потенциально взрывоопасных средах.  Z6 и HLC являются распространенными балочными тензодатчиками HBM. Различия заключаются в следующем:

 

Датчики веса Z6 / Z6R

Это распространенные цилиндрические тензодачики имеющие широкое спектр использования в различных областях. Z6 был разработан HBM в 1972 году и зарекомендовал себя как стандарт, при этом было произведено свыше миллиона датчиков во всем мире.  Весоизмерительные датчики с номинальной нагрузкой от 5 кг до 1 т применяется в платформенных и конвейерных весах для дозирования и измерения уровня, а также для использования в весовых модулях, которые, например, используются для взвешивания в резервуарах. Чувствительный измерительный элемент защищен характерным металлическим сильфоном.

Балочный тензодатчик Z6R предназначенный для коммерческого использования рассчитан на номинальную нагрузку от 20 до 200 кг, механически и электрически совместим с  датчиком веса Z6. Он был специально разработан для использования для задач с жесткими гигиеническими требованиями или в суровых условиях эксплуатации. В отличие от Z6, его конструкция не включает в себя сильфон, а имеет герметичный измерительный корпус без зазоров или краев, что особенно облегчает процесс очистки.

Тензорезисторы в датчиках веса Z6 / Z6R устанавливаются на плоской поверхности в зоне деформации (выше или ниже двух сквозных отверстий) (см. рисунок 1 или 2 [в зависимости от номинальной нагрузки]). Затем зона деформации герметично закрывается сильфоном из нержавеющей стали (Z6) или прочной трубой из нержавеющей стали (Z6R).

 Датчик веса Z6                                                         Датчик веса Z6R

 

Датчики веса HLC

Эти весоизмерительные датчики имеют кубовидную форму и рассчитаны на номинальную нагрузку от 110 кг до 10 т. Они используются для взвешивания резервуаров, дозирования и в платформенных весовых устройствах, а также в мониторинге уровня. В датчиках веса HLC тензорезисторы устанавливаются в сквозном отверстии измерительного элемента (см. Последний рисунок на рисунке 2). Эта зона герметично закрыта сварными чашками из нержавеющей стали.

Датчик веса HLC

 

Другие конструкции

Помимо балок на изгиб, существуют различные конструкции тензодатчиков. К ним относятся, например:

 

Тензодатчики на растяжение / сжатие

Тензодатчики на растяжение позволяют взвешивать подвешенные грузы, например цистерны. Типичные области применения включают измерение гравиметрического уровня или дозирование с помощью подвесных технологических резервуаров. Датчики на сжатие измеряют приложенную нагрузку, например, в автомобильных весах, в бункерах и литейном ковше или в дозаторах.

 

Консольный тензодатчик тип "балка"

Консольные тензодатчики обеспечивают отличную устойчивость в случае боковых сил. Деформация сдвига не меняются, при перемещении точки приложения нагрузки в определенном диапазоне. Однако вторичные факторы могут влиять на результат измерения.

 

Специальные конструкции, такие как датчики торсионного типа

Торсионные тензодатчики имеют небольшие размеры и поэтому могут использоваться в различных весоизмерительных задачах. Прочная конструкция датчика обеспечивает благоприятные условия монтажа и эксплуатации даже при суровых условиях окружающей среды (агрессивная среда, помехи, изменение температуры). Тензодатчики основанные на этом принципе, выдерживают более высокие поперечные (боковые) нагрузки.

 Тензодатчики на растяжение / сжатие  Консольный тензодатчик тип "балка"  Датчики торсионного типа