Czujnik tensometryczny naciskowy

Tensometryczny naciskowy czujnik wagowy jest najczęściej stosowany przy produkcji wag samochodowych, kolejowych oraz ważeniu dużych konstrukcji np. silosów i zbiorników. Niektóre tego typu czujniki umożliwiają pracę w dwóch kierunkach na rozciąganie i ściskanie oraz są przystosowane do pomiaru sił w małych zakresach (miniaturowe czujniki siły). Producent naciskowego czujnika tensometrycznego bardzo często oferuje akcesoria do poprawnego i bezpiecznego montażu. Czujniki naciskowe, aby dokładnie ważyły, wymagają poprawnego montażu oraz dokładnego prostopadłego przyłożenia siły w osi czujnika. Naciskowe czujniki siły często pracują też w aplikacjach przemysłowych m.in. do ważenia zbiorników, taśmociągów oraz układów kontroli i dozowania.

Czujnik naciskowy rzadziej jest stosowany przy produkcji typowych wag elektronicznych. Pomiar siły w kierunku ściskającym pozwala na wykorzystanie tych czujników w dynamometrach i przemysłowych torach pomiaru siły np., do kontroli siły ściskania prasy. Naciskowe wagowe czujniki są produkowane przez większość europejskich i światowych producentów tensometrycznych czujników wagowych takich jak: AST, CAS, CURIOTEC, DINI ARGEO, DGCELL, KELI, FLINTEC, LAUMAS NBC, HBM, HBK, ZEMIC, SENSOCAR, SENSY, SCAIME, UTILCELL, ZEMIC, TEDEA, REVERE, CELTRON, RICE LAKE, SENSOTRONICS, VPG.

Co to jest naciskowy czujnik siły?

Naciskowy czujnik wagowy ma okrągłą konstrukcję, przystosowaną głównie na działanie siły ściskającej przyłożonej na centralnie umieszczony trzpień lub otwór pomiarowy. Naciskowy czujnik siły przekształca siłę lub ciężar na sygnał elektryczny. Do korpusu naciskowego czujnika wagowego przyklejone są tensometry (rezystory foliowe) połączone w układzie mostka Wheatstone'a. Pod wpływem ściskania lub rozciągania, czyli działaniem siły konstrukcja korpusu naciskowego czujnika wagowego nieznacznie się odkształca wraz z przyklejonymi do niego tensometrami. Zmiany rezystancji tensometrów te są wprost proporcjonalne do przyłożonej siły i dlatego też są wykorzystywane do jej pomiaru.

Budowa naciskowego czujnika masy

Naciskowe czujniki wagowe dostępne są wielu kształtach i rozmiarach. Miniaturowe naciskowe czujniki tensometryczne pozwalają dokładnie mierzyć masę poniżej 1 kg z dużą dokładnością, natomiast największe przystosowane są do obciążeń sięgających nawet do kilkuset ton. Cechą wspólną jest okrągły kształt i sposób działania siły nacisk a w niektórych modelach też działanie w kierunku przeciwnym. W przypadku czujników tensometrycznych z gwintem lub otworem prawidłowy montaż jest dość prosty dzięki zastosowanym adapterom dostarczanych przez producenta. W przypadku modeli ze stałym trzpieniem pomiarowym wymagany jest precyzyjny montaż. Wszelkie niecentryczne obciążenie jest przyczyną stosunkowo dużych błędów.

Naciskowy czujnik tensometryczny - zastosowanie

Naciskowy czujnik siły jest dostępny w zakresach od 1 kg do 1000 ton. Miniaturowe czujniki siły są wykorzystywane do wszelkich urządzeń pomiarowych mierzących siłę/masę w trudno dostępnych miejscach. Są to zewnętrzne czujniki siły do dynamometrów i układów pomiaru siły. Większe naciskowe czujniki siły stosowane są w układach pomiary masy np.zbiorników i urządzeń technologicznych np. taśmociągów czy urządzeń kontrolnych lub dozujących. Inną grupę stanowią czujniki naciskowe z otworem wewnętrznym przystosowane do pomiaru siły skręcania elementów montażowych. Inną grupę stanowią czujniki kolumnowe, typu kanister przeznaczone do wag samochodowych i kolejowych. natomiast największe o nośności dochodzącej do setek ton stosowane są do ważenia dużych obiektów np.silosów, zbiorników itp.

Trwałość czujnika naciskowego

Materiał, z którego jest wykonany korpus czujnika naciskowego, decyduje o odporności jego na warunki zewnętrzne (IP). Materiałem używanym do budowy czujników naciskowych najczęściej jest:

• stal stopowa
• stal nierdzewna.

Bardzo istotny jest też sposób zabezpieczenia naklejonych tensometrów. W typowych zastosowaniach tensometr foliowy zabezpieczony jest przed działaniem czynników zewnętrznych warstwą elastycznego silikonu, który z powodzeniem chroni przed kontaktem z pyłami i czystą wodą. Dla bardziej wymagających i trudnych warunków tensometry foliowe poza silikonem zabezpiecza się hermetycznie, zaspawując wszystkie elementy osiągając stopień zabezpieczenia IP68 / IP69K. Materiał, z jakiego jest wykonany naciskowy czujnik wagowy, decyduje o jego odporności na czynniki zewnętrzne, czyli trwałości.

Czujnik naciskowy - dokładność

Jaka jest dokładność naciskowego czujnika tensometrycznego? Naciskowe czujniki przeznaczone do produkcji wag samochodowych lub kolejowych najczęściej są wykonywane w klasie C3. Jest to związane z tym, że tego typu wagi są stosowane przy rozliczeniach handlowych i muszą być bezwzględnie legalizowane. Większość czujników naciskowych ma zastosowanie w układach automatyki pomiarowej i jest wykonywanych jako czujniki siły i nie podlegają klasyfikacji klasy dokładności wg OIML. Inną grupę czujników naciskowych stanowią czujniki naciskowe przelotowe, które stosowane są dla pomiaru siły działającej na łącznik lub wał. Tego typu pomiary są typowo kontrolne i nie wymagają dużej dokładności. Czujniki naciskowe miniaturowe to kolejna grupa czujników siły, których dokładność maleje wraz z ich wielkością. Niestety należy wtedy przyjąć zasadę: im mniejszy czujnik naciskowy siły to jego dokładność jest mniejsza, ale niestety cena wyższa.

Czułość tensometru naciskowego

Czułość naciskowego czujnika tensometrycznego jest wyrażana w jednostkach mV/V i jest parametrem technicznym niemającym nic wspólnego z dokładnością czujnika wagowego. Najczęściej w typowych czujnikach naciskowych jest to 2 mV/V lub 3 mV/V z tolerancją +/- 10%. Znajomość tego parametru umożliwia wstępnie dobranie zamiennika czujnika, aby po wymianie uzyskać te same wskazania, ale dla dokładnej pracy układu pomiarowego konieczna jest powtórna jego adiustacja. Czujniki naciskowe często są stosowane do pomiaru masy zbiorników lub silosów o dużej masie wtedy mając dokładną wartość czułości tensometru z certyfikatu kalibracji producenta, można te dane zapisać w elektronice pomiarowej. Należy się jednak liczyć z tym, że wskazania układu pomiarowego mogą być niedokładne ze względu na dodatkowe okablowanie lub błędy montażu mechanicznego. Należy pamiętać, że tylko położenie wzorców masy odpowiedniej klasy dokładności lub siły gwarantuje dobrze przeprowadzoną adiustację układu pomiarowego i jego poprawną pracę.

Odporność na przeciążenia czujnika naciskowego

Prawidłowo zamontowany zgodnie z zaleceniami producenta i sztuką wagarską czujnik wagowy będzie pracował niezawodnie wiele lat. Przy wyborze czujnika naciskowego należy zwrócić uwagę na trzy parametry:

• maksymalne obciążenie
• maksymalne obciążenie niszczące
• Maksymalne obciążenie powodujące uszkodzenie mechaniczne konstrukcji czujnika.

Maksymalne obciążenie czujnika wagowego wyrażone w kg może być bezpieczne najczęściej do 120%, natomiast przeciążenie powyżej 150% jest zazwyczaj niszczące dla niego. Dlatego ważne jest zabezpieczenie przed ewentualnym przeciążeniem przez zastosowanie odpowiednich ograniczników mechanicznych i ich starannego wyregulowania.

Dokładny pomiar a tensometryczny czujnik naciskowy

Prawidłowo zaprojektowany układ pomiarowy wykorzystujący czujnik lub czujniki naciskowe pozwala na wykonywanie dokładnych pomiarów. Najważniejsze jest osiowe przyłożenie siły. Pomocne mogą być oferowane przez producenta naciskowego czujnika siły elementy montażowe, kapelusze pomiarowe itp. Bardzo ważne jest przestrzeganie podstawowych zasad związanych z montażem czujnika oraz dokładną wyregulowanie zapewniające prostopadłe przyłożenia siły do osi czujnika. Błędy związane z nieosiowym działaniem siły mogą być bardzo duże, dlatego warto układ pomiarowy dobrze zaprojektować i wyregulować.

Czujnik naciskowy wpływ temperatury na pracę wagi

W większości przypadków temperatura pracy naciskowego czujnika wagowego zawiera się w przedziale -10 C do +40 C. Gdy konstruujemy układ pomiarowy, który będzie poddawany zmianą temperatury warto spojrzeć na parametr, który informuje, jakie mogą nastąpić zmiany czułości i błędu zera wynikające ze zmiany temperatury. W kartach katalogowych są one podawane jako wartość zmiany czułości czujnika tensometrycznego przypadająca na 10 K na jego maksymalne obciążenie. W przypadku pracy w trudnych warunkach np. wysokie temperatury należy zastosować ekrany termiczne i liczyć się z większymi błędami pomiaru układu wagowego.

Producent naciskowego czujnika tensometrycznego

Istnieje kilka typowych konstrukcji naciskowego czujnika tensometrycznego, jednak u większości producentów różnią się one wymiarami, gwintem dlatego trudno je zamiennie stosować. Niestety w przypadku uszkodzenia i braku zamiennika należy się liczyć z wymianą wszystkich tensometrów pracujących w układzie.