Массоизмерительная техника.

Комплексная автоматизация промышленности, транспорта и торговли во многом зависит от создания совершенных средств автоматизации взвешивания штучных и дозирования сыпучих материалов и жидкостей. Поэтому создание высокоточных и надежных средств полуавтоматического и автоматического измерения массы грузов, товаров и сырья представляет собой актуальную задачу.

Одно из наиболее перспективных направлений автоматизации массоизмерительных и дозирующих операций связано с использованием тензорезисторных датчиков. Основные достоинства этих датчиков – высокие метрологические показатели, надежность, удобство встройки в механические узлы весов и дозаторов, возможность использования в сложных производственных условиях.

Структурная схема измерительных преобразователей.

Тензорезисторные датчики можно представить в виде последовательной цепи измерительных преобразователей.

Структурная схема тензорезисторного датчика усилий

Каждый тензорезисторный датчик обязательно включает в себя два элемента:

- тензорезистор;

- измерительную цепь.

Это относится как к датчикам усилия, так и к датчикам перемещения. Большинство тензорезисторных датчиков имеют упругие элементы, преобразующие усилие или давление в деформацию.

В случае использования тензорезисторных датчиков для измерения массы, входным сигналом в них является масса, которая преобразуется в силу F, действующую на упругий элемент. В результате этого воздействия он деформируется, изменяя параметры тензорезистора ( ΔL, Т.к. через тензорезистор проходит электрический ток, то изменение геометрических параметров приводит к изменению сопротивления (ΔR) измерительной цепи, в которую он входит.

Рассматривая физические процессы во всех известных измерительных преобразователях, можно в каждом случае установить связь между выходной и входной величинами:

Y = f (X)

Математическое (или графическое) описание этой связи носит название функции преобразования преобразователя. Аналогичная характеристика для датчика в целом называется функцией преобразования датчика.

Отношение изменения выходной величины ΔY к соответствующему изменению входной величины ΔX называется чувствительностью датчика:

S = ΔY / ΔΧ

Эти рассуждения можно распространить на все элементы тензорезисторного датчика.

Sу.э. = ΔL/ΔF — чувствительность упругого элемента

Sт = ΔR/ ΔL — чувствительность тензорезистора

Sи.ц. = ΔU/ ΔR — чувствительность измерительной цепи.

Отношение значения выходной величины датчика Yi, к соответствующему значению входной величины Хi определяет коэффициент преобразования

K = Yi/Xi

Если зависимость между выходной и входной величинами является линейной, а такими является большинство датчиков механических величин, то чувствительность преобразователя не зависит от входной величины:

Y=S*Х

В этом случае чувствительность и коэффициент преобразования равны.

Чувствительность тензорезистивного датчика определяется произведением чувствительностей упругого элемента, тензорезистора и измерительной цепи:

S = Sу.э * Sт * Sи.ц = ΔL/ΔF * ΔR/ ΔL * ΔUвых/ ΔR = ΔUвых/ ΔF.

Несмотря на разнообразие используемых принципов преобразования можно рассматривать единую структурную схему датчиков силы.

Структурная схема датчика силы; представлены только элементы, непосредственно участвующие в измерении силы.

где 1. – силовводящая деталь с силовводящей поверхностью 2;

3. – корпус;

4. – распределитель (принимает силу от силовводящей детали и проводит ее распределено на преобразователь);

5. – селектор, выбирает из приложенных внешних нагрузок измеряемую силу, действующую в направлении измеряемой нормали, и уменьшает передачу других составляющих нагрузки на преобразователь;

6. – противоперегрузочное устройство (предотвращает перегрузки слабых деталей датчика);

7. – упругий элемент;

8. – суммирующий элемент-тензопреобразователь;

Упругий и суммирующий элемент образует преобразователь механических величин в электрические.

9. – элемент измерительного преобразователя, размещенный в датчике (например, предусилитель);

10. – нижняя силовоспринимающая поверхность.

В зависимости от необходимых характеристик датчика его «оснащение» может быть сокращено до минимума (преобразователь). Элементы схемы можно отнести к двум группам:

1. Непосредственно участвующие в измерении (преобразователь, силовводящая деталь, распределитель, селектор, противоперегрузочное устройство, корпус датчика)

2. Непосредственно не участвующие в процессе измерения: но они определяют уровень погрешности, или они необходимы для изготовления датчика.