Информативный анализ тензометрических датчиков силы от ZEMIC USA Inc.: ввод в эксплуатацию, техобслуживание, диагностика

12.01.2016 | 13:48:28


Главное предназначение тензодатчиков - определение упругих деформаций (крутящих и изгибающих моментов, сжатия, растяжения) деталей устройств и приборов в линейном и плосконапряженном состоянии при воздействии статических и динамических нагрузок. Интервал измерений тензорезисторных датчиков силы составляет 5Н - 5 МН. Доступная стоимость и высокоточность измерений являются основными параметрами при выборе силоизмерительных тензорезисторных датчиков. Кроме того, из-за большого многообразия моделей и механизмов, тензодатчики силы применяются практически во всех сферах современного бизнеса. Они монтируются в подкладные, бункерные, платформенные, поосные, автомобильные, рольганговые, железнодорожные, крановые, конвейерные весы и дозаторы как измерительная составляющая. Тензорезисторные датчики также используются в испытательном и лабораторном оборудовании.

Основой функционирования тензодатчиков является преобразование механической деформации твёрдого тела, которая вызвана механическим напряжением, в электросигнал. Сигнал предназначен для дальнейшей передачи, трансформации, а также регистрации его вторичными приборами.

В весоизмерительном оборудовании тензометрические датчики являются наиболее чувствительной составляющей, потому что при использовании на них влияет немалое число внешних факторов. Это вибрации, постоянные нагрузки (считая ударные), атмосферные явления (молнии, обледенения и пр.), агрессивная среда (кислоты, щелочи), электрические сигналы (в результате сварки, блуждающих токов) и прочие. По этим причинам в процессе ввода в эксплуатацию тензорезисторов, технического обслуживания, восстановления неисправностей весоизмерительного прибора либо диагностики, важно уделить внимание следующим действиям:


• Правильности при подборе конструкции тензорезисторного датчика для конкретной модели весоизмерительного прибора. При этом нужно учитывать рекомендации производителя весов;

•  Убедиться в наявности коэффициента запаса прочности или, как его называют, коэффициента безопасности  в тензометрическом датчике, установленного в данной системе. Кроме заложенного в тензометрических датчиках коэффициента безопасного перегруза или «Предельной нагрузки» (для тензометрических тензодатчиков ZEMIC USA Inc. она равна 150% от НПВ), многими производителями весоизмерительных приборов в дополнение применяется «коэффициент безопасности».  В большинстве случаев «коэффициент безопасности» равен  1,3 - 1,5 от наибольшего предела взвешивания всей системы и устанавливается с неравным распределением усилий с грузоприемного прибора на тензометрические датчики. В динамических устройствах вследствие ударных нагрузок, коэффициент запаса равен 4,5 и более;

•  Сопоставлению допустимых эксплуатационных паспортных параметров тензометрических датчиков, то есть степени защитного исполнения, напряжения питания,  температурных характеристик и прочих характеристик с фактическими условиями эксплуатации;

•  Проверке наличия всех необходимых монтажных инструментов для передачи усилий, уплотнительных прокладок, пыльников, отбойников, эксцентриков и прочих устройств, рекомендованных производителями и рассчитанных для безопасного функционирования тензометрического датчика в весовом приборе (в зависимости от его конструкции).

•  Выяснению факта воздействия на весовую систему вибрационных нагрузок (вред приносит применение тензометрических датчиков под вибрационными нагрузками). Для  нейтрализации вибрационных нагрузок или снижения уровня их воздействия возможно использование дополнительных устройств, таких как виброопор, амортизаторов и прочих.

Техническое обслуживание тензометрических датчиков предполагает проверку:


•  Правильной установки и крепежа тензодатчиков на объекты, согласно требованиям инструкции по эксплуатации, наличие заземляющего шунта или контура, затяжку резьбовых узлов на силопередающих компонентах и деталей для скрепления тензодатчиков с закладными плитами. На все тензодатчики нагрузка должна быть равномерно распределена и располагаться по оси нагружения. 

• Проверку тензодатчика на склонность к загрязнению и обледенению в рабочих зонах.

•  На узлы встройки и тензодатчики не должны воздействовать наледь, твердые тела и прочее. В особенности это относится к подвижным элементам. В датчиках для автомобильных весов верхняя и нижняя опорные чаши, на которых поддерживается стержень или шар в зависимости от их конструктивных особенностей.

•  В балочных тензометрических датчиках зазор между весоизмерительным модулем или закладной и упругим элементом в месте изгиба, к которому он прикреплен и т.п.

• Исключение механических повреждений.

Также необходимо уделять внимание последствиям от термических воздействий, возможному проникновению влаги в корпус тензодатчика, воздействия активных химических веществ, последствиям от ударов по корпусу тензодатчика и упругого элемента, трещинам. Проверяйте поверхности кабелей от повреждения изоляции, вероятности попадания влаги в электропровод. Внимательно осматривайте корпус разъема тензодатчика при его наличии, а также контакты контрольного кабеля.

Перед проведением процедуры диагностики тензорезисторных датчиков требуется:

•  При помощи присоединения имитатора тензодатчика осуществить тестирование индикатора весов и удостовериться в его исправности;

•  Протестировать суммирующие платы или соединительные коробки. При этом необходимо произвести подключение имитатора тензодатчика через них к весовому индикатору;

• Обследовать состояние кабельной продукции при помощи мультиметра. Также проверить тензодатчики, весовой индикатор и соединительные платы.

Процесс диагноcтики тензометрических датчиков

Когда Вами предприняты все, указанные выше меры и при этом не удается  восстановить функционирование всей системы, то первоочередной задачей будет выявление повреждений датчика. Перед Вами встает вопрос о проведении диагностики одного или каждого тензодатчика в отдельности (в том случае, когда система предусматривает не один тензометрический датчик).

 Для диагностики Вам будет необходим:


 •  Калибратор тензодатчиков CALOG- LC II. Данное устройство даст возможность сделать все обязательные замеры (они детально описаны в инструкции по их использованию)

     При отсутствии специального оборудования для проверки тензометрических датчиков есть возможность произвести ее при помощи таких устройств:

•        Вольтометра с границами ≤0.5Ω и ≤0.1 mV (также подойдет качественный мультиметр) для диагностирования нулевого баланса, а также для проверки целостности тензометрического моста;

•        Мегомметра с параметрами измерений 1000 Мом не больше 50В постоянного тока. Используется при определении сопротивления изоляции;

•        Грузоподъёмного прибора. Им может выступать домкрат, кран и другие инструменты, необходимые для подъема грузоприемного прибора и освобождения тензометрического датчика от влияния нагрузок;

•        Подготовка таблицы с фиксированными величинами, измеренными при диагностировании;

Для того чтобы выявить неисправности тензометрического датчика необходимо проведение четырех важных видов испытаний. Давайте рассмотрим последовательность выполнения испытаний и цели их проведения.

1.  Испытание сопротивления изоляции.

Для исполнения данного эксперимента необходимо подключить мегомметр к кабелю тензометрического датчика и произвести его проверку на наличие утечки тока между корпусом датчика и токоведущими частями. Для осмотра цепей тензометрических ZEMIC USA Inc. допустимо использование мегомметра с напряжением не больше 50В постоянного электрического тока.

 Для исправного тензометрического датчика величины замеров должны быть не меньше 5 Мом. Если показания сопротивления изоляции менее 1кОм, то это указывает на наличие короткого замыкания. Короткое замыкание возникает между корпусом тензометрического датчика и его токоведущими частями, т.е. тензорезисторами, и, вдобавок, в кабеле. Если короткое замыкание возникло в кабеле, то возможна его замена, если такое действие предусматривается в конструкции тензометрического датчика.

2.  Осмотр тензометрического моста Уитстона.

Неполадки и дефекты моста можно выявить с помощью измерения выходного и входного сопротивления и сопротивления баланса моста. Необходимо отключить датчик от коробки либо весоизмерительной системы. Выходные (SIG+, SIG-) и входные (EXC+, EXC-) сопротивления определяются посредством омметра. Его подсоединяют к каждой отдельной паре выходных и входных проводов датчика. После осуществляется сравнение выходного и входного сопротивления с величинами, указанными в калибровочном паспорте, который выдается производителем либо с техническими сведениями, взятыми из каталога. Величина сопротивления баланса моста определяется посредством чередующегося подсоединения омметра к каждой отдельной паре выводов кабелей. Значение сопротивления среди пар не должна отличаться больше чем на 1-2 Ома.

Несоответствие между выходным и входным сопротивлениями тензометрического датчика от паспортных данных свидетельствуют о повреждениях тензометрического моста и, как следствие, появляется сопротивление разбаланса. Данное сопротивление указывает на неисправность тензодатчика. Следственно возникает необходимость его замены. Сведения о неисправности обычно появляются после электрического воздействия: статического поля, сварки, электрического пробоя, либо физического воздействия: прокручивания, динамических ударов, боковых нагрузок.

3. Испытание нулевого баланса в ненагруженном состоянии.

Такой анализ осуществляется с целью контроля за состоянием тензометрического датчика в ненагруженном состоянии. Так, тензодатчик отключают от узла встройки и устраняют с тензорезисторного датчика веса приложенную нагрузку. Дальше требуется подключить источник питания, который рекомендован производителем прибора, обеспечивающий бесперебойную работу тензодатчика, в цепь возбуждения датчика, а с цепи выходной снять сигнал в мВ, после сопоставить с паспортной величиной. Для тензометрических датчиков веса ZEMIC USA Inc. рекомендуемое значение напряжения питания равно интервалу 5-12V(DC).        Например, при чувствительности тензометрического датчика 2мВ/В, питании со значением 10В, напряжение при нулевом балансе не должно превышать +- 0.02 мВ.

В случае если величина выходного сигнала значительно разнится от паспортных данных, можно судить о деформации упругого элемента тензометрического датчика. Также есть вероятность нарушения или отклейки изоляционного слоя тензорезистора.

 4. Анализ работоспособности тензометрического датчика в нагруженном состоянии.

При данном испытании тензометрический датчик должен подключаться к весовому индикатору либо к устройству с прочным источником питания от 5V до 12V. При помощи милливольтметра, который подключается к выходу тензометрического датчика, нагружают датчик и регистрируют значения выходного сигнала. При снятии нагрузки величины выходного сигнала должны возвратиться к прежним значениям. При достижении верного результата необходимо производить несколько циклов нагружения-разгружения тензометрического датчика грузами с разным весом, но не меньше 50% от наибольшего предела взвешивания тензодатчика. Желательно удерживать вес не меньше 30 минут при каждом цикле и анализ изменений значений показаний по истечению данного промежутка времени. В случаях, когда при осуществлении теста показания будут отличны от величин постоянно прикладываемых нагрузок, и не будут возвращаться к прежним значениям, то можно говорить о нарушении контакта в клеевом слое между упругим элементом и тензорезисторами. Этот тензометрический датчик подлежит замене.

Большая часть тензометрических датчиков относится к невосстанавливаемым приборам и обычно ремонту не подлежат. Однако не стоит забывать о том, что они подлежат техобслуживанию.