Czujniki tensometryczne – rodzaje, klasy i montaż

Jak działa czujnik tensometryczny

Czujnik tensometryczny to metalowy korpus, zwykle ze stali lub aluminium, który pod obciążeniem bardzo nieznacznie się odkształca. Naklejone są na niego tensometry: cienkie folie metalowe, których rezystancja zmienia się przy rozciąganiu lub ściskaniu. Cztery tensometry łączy się w mostek Wheatstone’a. Dwa są rozciągane, a dwa ściskane, dzięki czemu sygnał jest możliwie duży, a wpływ temperatury się znosi.

Mostek zasila się napięciem, często 5 lub 10 V. Sygnał wyjściowy podaje się w mV/V przy pełnym obciążeniu. Czujnik 2 mV/V zasilany napięciem 10 V daje więc 20 mV przy obciążeniu znamionowym. Sygnał jest słaby i wzmacnia go miernik lub przetwornik wagowy o wysokiej rozdzielczości.

Kabel ma cztery lub sześć żył. Przy sześciu żyłach elektronika mierzy napięcie zasilania bezpośrednio na czujniku, więc spadek napięcia na kablu nie ma wpływu na wynik. Kabel 4-żyłowy jest częścią kalibracji czujnika i nie wolno go skracać.

Jaki rodzaj czujnika wybrać?

Istnieją też czujniki specjalne, np. czujniki do lin stalowych, które zaciska się na linie i które pełnią funkcję zabezpieczenia przed przeciążeniem w urządzeniach dźwigowych.

Klasy dokładności – co oznacza C3?

Czujniki do wag stosowanych w obrocie handlowym klasyfikuje się według OIML R60. Litera oznacza klasę dokładności, a liczba – ile tysięcy działek legalizacyjnych obsługuje czujnik. C3 to klasa C z 3000 działek, C6 – klasa C z 6000.

Sama waga jest klasyfikowana według OIML R76; w przemyśle i handlu najczęstsza jest klasa III. Czujniki muszą obsługiwać co najmniej tyle działek, ile ma waga. Waga 3000 kg z działką 1 kg wymaga czujników na co najmniej 3000 działek, np. C3. Automatyczne wagi do grawimetrycznego napełniania podlegają OIML R61.

Warto porównać również błąd łączny (liniowość i histereza), pełzanie przy stałym obciążeniu oraz wpływ temperatury na zero i czułość.

Od czujnika do systemu sterowania

• Analogowy przetwornik wagowy – zamienia sygnał na 4–20 mA lub 0–10 V dla wejścia analogowego PLC. Rozwiązanie proste, ale rozdzielczość ogranicza karta wejściowa.
• Cyfrowy przetwornik wagowy – przesyła masę przez Modbus, Profinet, EtherNet/IP lub inną sieć polową, z wyższą rozdzielczością i diagnostyką.
• Miernik wagowy – wyświetlacz, przyciski i wyjścia przekaźnikowe do ważenia, progów i dozowania bezpośrednio przy wadze. Modele z zatwierdzeniem typu można stosować w obrocie handlowym.

Gdy waga ma kilka czujników, łączy się je równolegle w puszce połączeniowej (sumatorze). Można tam też wyregulować narożniki, aby waga pokazywała tę samą masę niezależnie od miejsca położenia ładunku.

Montaż – tu powstają błędy

Należy obliczyć maksymalne obciążenie na czujnik: tara plus maksymalny ładunek, podzielone przez liczbę czujników, z zapasem na nierównomierny rozkład i uderzenia. Trzy czujniki pod okrągłym zbiornikiem zawsze dzielą obciążenie równomiernie. Przy czterech czujnikach obciążenie może rozkładać się nierówno, jeśli podłoże nie jest płaskie.

1. Siły boczne i skręcanie. Obciążenie musi działać osiowo. Warto stosować zestawy montażowe, które przejmują rozszerzalność cieplną i niewielkie niewspółosiowości, oraz montować czujniki na płaskich, sztywnych podstawach.
2. Sztywne rury na zbiornikach. Rury przymocowane do ważonego zbiornika przejmują część ciężaru. Należy stosować połączenia elastyczne.
3. Spawanie w pobliżu wagi. Prąd spawania płynący przez czujnik może go zniszczyć. Masę spawarki podłącza się blisko spoiny, a prąd odprowadza się obok czujnika linką uziemiającą.
4. Uderzenia i przeciążenie. Ładunek upuszczony nawet z niewielkiej wysokości może wywołać siłę znacznie większą od obciążenia znamionowego. Potrzebny jest zapas i ograniczniki mechaniczne.
5. Wilgoć i skrócone kable. Wilgoć w kablu lub puszce połączeniowej powoduje dryft. Wszystko musi być szczelne, a kabla 4-żyłowego nigdy nie wolno skracać.

Gdzie stosuje się czujniki tensometryczne?

• Przemysł spożywczy i pakowanie – wagi dozujące, napełnianie worków i beczek oraz wagi kontrolne na linii.
• Przemysł procesowy – ważenie zbiorników i silosów z surowcami, cieczami i proszkami.
• Logistyka i recykling – wagi podłogowe, paletowe i samochodowe.
• Dźwignice i maszyny mobilne – zabezpieczenie przed przeciążeniem w żurawiach, wciągnikach i podnośnikach.
• Energetyka – ważenie zrębki i peletu w elektrowniach i ciepłowniach na biomasę.
• Badania i testy – pomiar siły na stanowiskach badawczych i w badaniach materiałowych.

Czujniki tensometryczne i elektronika wagowa w ofercie SCN

Oferujemy czujniki tensometryczne, przetworniki i mierniki wagowe firmy Laumas – od płaskich czujników do małych wag, przez czujniki do lin stalowych w urządzeniach dźwigowych, po mierniki z zatwierdzeniem typu do dozowania. Wystarczy podać obciążenie, liczbę czujników, warunki pracy i system sterowania, a pomożemy zestawić cały tor pomiarowy.

Przykłady z naszej oferty

Najczęściej zadawane pytania

Co oznacza mV/V na czujniku tensometrycznym?

To sygnał wyjściowy przy pełnym obciążeniu na każdy wolt napięcia zasilania. 2 mV/V przy zasilaniu 10 V daje 20 mV przy obciążeniu znamionowym. Wartość ta służy do kalibracji elektroniki.

Co oznacza C3?

Klasę C według OIML R60 z 3000 działek legalizacyjnych. Czujnik nadaje się do wagi o maksymalnie 3000 działkach.

Ile czujników tensometrycznych potrzeba?

Trzy zapewniają stabilny rozkład obciążenia pod okrągłymi zbiornikami i silosami. Platformy prostokątne mają zwykle cztery. Mniejszym platformom wystarcza jeden czujnik jednopunktowy.

Jak sprawdzić czujnik tensometryczny?

Należy zmierzyć rezystancję wejściową i wyjściową mostka oraz izolację względem obudowy, a także sprawdzić sygnał zera bez obciążenia. Wyniki porównuje się z wartościami z karty katalogowej.

Czy można skrócić kabel?

Kabla 4-żyłowego nie, ponieważ jest częścią kalibracji i kompensacji temperaturowej czujnika. Kabel 6-żyłowy można skrócić, bo elektronika mierzy napięcie zasilania na czujniku.