Czujniki tensometryczne w przemyśle

W wielu układach automatyki zachodzi potrzeba realizacji pomiarów wagowych np. w zbiornikach magazynujących surowce, systemach dozujących czy platformach najazdowych. Urządzeniami realizującymi pomiar sił ściskających, rozciągających oraz naprężeń są czujniki tensometryczne. WObit proponuje bogatą ofertę czujników siły firmy Emsyst oraz Megatron wraz urządzeniami pomiarowymi własnej produkcji.

Tensometry charakteryzują się dużą czułością i dokładnością pomiarów, przy zachowaniu małych rozmiarów. Są odporne na drgania i wstrząsy, mogą pracować w wysokich temperaturach i ciśnieniach, a także być umieszczane na zakrzywionych powierzchniach.

Zasada działania tensometru oporowego bazuje na właściwości fizycznej materiału oporowego, polegającej na zmianie jego oporności elektrycznej wraz ze zmianą jego długości. Drut oporowy lub folia, naklejany jest za pomocą specjalnego kleju na element odkształcający się pod wpływem działających sił lub momentów. Materiał oporowy czujnika ulega identycznym odkształceniom, co element na którym czujnik został zamontowany.

Tensometry w technice pomiarowej pracują najczęściej w układzie tzw. mostka Wheatstone’a. Mostek ten składa się z czterech gałęzi utworzonych z czterech elementów: zazwyczaj jest to tensometr o oporności R1, tensometr kompensacyjny o oporności R2 oraz dwa oporniki R3 i R4. Tensometr kompensacyjny kompensuje wpływy czynników ubocznych, a szczególnie temperatury i wilgoci. W zależności od konstrukcji elementu nośnego (obudowy), tensometr może służyć do pomiaru małych sił w zakresie pojedynczych niutonów, jak i ogromnych sił liczonych w dziesiątkach kiloniutonów.

WObitproponuje tensometry o bardzo szerokim zakresie pomiarowym począwszy od poziomu 0-3 N (KM202) aż do 2000 kN (EMS130). W zależności od serii, czujniki poza zakresem pomiarowym różnią się kształtem korpusu – dostępne są czujniki okrągłe, belkowe, a także S-kształtne, które są przeznaczone do pomiaru sił ściskających. Do pomiaru obciążeń ściskających i rozciągających przeznaczone są czujniki cylindryczne oraz okrągłe z wyprowadzonymi gwintami.

Dostępne są także specjalne wykonania czujników do danej aplikacji np. SN-MP2 przeznaczony do pomiaru naprężenia wąskiego pasma gumy lub innego miękkiego materiału. Czujnik ten ma trzy rolki napinające, środkowa rolka jest połączona z mostkiem tensometrycznym. Napięcie pasma działa na środkową rolkę i czujnik dokonuje pomiaru tej siły. Pełen mostek tensometryczny Wheatstone'a jest włączony w każde ogniwo obciążnikowe w celu zapewnienia dokładnego pomiaru.

Niektóre modele czujników jak KTB82, KTB52, KT1402 czy KT1101 mają wbudowaną elektronikę dającą na wyjściu sygnał napięciowy w standardzie 0…10 V lub 4…20 mA. W zależności od modelu, oferowane czujniki siły mają stopień ochrony od IP40 do IP66 i mogą pracować w temperaturach od -20 do 60°C.

Do oferowanych czujników, firma WObit proponuje różnorodne urządzenia pomiarowe własnej produkcji, które pozwalają na zbieranie sygnałów z wielu czujników, sumowanie danych, przeskalowanie jednostek, jak i miejscowe wyświetlanie wyników.

Najprostszym, bardzo funkcjonalnym urządzeniem jest wzmacniacz WDT1 1 przeznaczony do współpracy z mostkowymi czujnikami tensometrycznymi bez wbudowanej elektroniki. Dzięki cyfrowemu przetwornikowi układ pozwala precyzyjnie mierzyć siłę i konwertować ją na sygnał prądowy 4-20mA (lub napięciowy 0-10V) oraz cyfrowy (RS485).Umożliwia to współpracę z większością czujników tensometrycznych dostępnych na rynku. WDT11 ma również wbudowany interfejs RS485 z protokołem wymiany danych w standardzie Modbus-RTU, który pozwala na połączenie na jednej magistrali do 32 urządzeń. Konfiguracja modułu odbywa się przez złącze USB i dedykowane oprogramowanie, które oprócz ustawień urządzenia umożliwia także podgląd aktualnych wartości pomiarowych.

W przypadku gdy konieczne jest zebranie sygnałów z kilku czujników siły, najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie modułu ADT42.

Przykładami takich pomiarów mogą być wieloczujnikowe platformy najazdowe ważące pojazdy, zbiorniki do ważenia cieczy, materiałów sypkich (silosy) itp. ADT42 jest wyposażony w interfejs RS485 oraz USB, a także w funkcję sumowania pomiarów, przydatną zwłaszcza w urządzeniach wagowych. Jest to uniwersalny, czterokanałowy przetwornik do czujników tensometrycznych, który umożliwia pomiary z rozdzielczością 0,001% FS.

ADT42 jest wyposażony w dwa wyjścia tranzystorowe z konfigurowalnymi progami zadziałania oraz w dwa optoizolowane wejścia, w tym jedno tarujące. Wbudowane tryby pracy pozwalają zastosować moduł np. w aplikacjach dozujących z pominięciem dodatkowych kontrolerów sterujących. Mierzone wartości mogą być konwertowane na sygnał analogowy w standardzie 0-10 V lub 4-20 mA. Dostęp do urządzenia może odbywać się także przez magistralę RS485 w protokole Modbus-RTU. Dzięki możliwości sumowania pomiarów z wybranych kanałów, ADT42 może być wykorzystany w wieloczujnikowych systemach wagowych.

Gdy istnieje potrzeba miejscowego wyświetlania wyników, optymalnym rozwiązaniem jest wskaźnik do czujników siły MD150T. Urządzenie to pozwala na bezpośrednie wyświetlanie mierzonej siły na sześciopozycyjnym wyświetlaczu oraz na dokonywanie pomiarów z rozdzielczością dochodzącą do 0,001% zakresu pomiarowego. Wynik może zostać przeskalowany na dowolną jednostkę siły lub masy. MD150T posiada także możliwość rejestrowania wartości maksymalnej oraz jest dodatkowo wyposażone w 2 wyjścia przekaźnikowe, wyjście 0-10V, oraz wejście tarujące.

Poza standardowymi wykonaniami, w przypadku specyficznych aplikacji istnieje możliwość modyfikacji zaprezentowanych wyżej urządzeń oraz ich oprogramowania. Szczegółowe informacje można uzyskać pod nr 61 22 27 422 oraz na stronie www.wobit.com.pl. Wbudowane tryby pracy pozwalają zastosować MD150T np. w aplikacjach dozujących z pominięciem dodatkowych kontrolerów sterujących (podobnie jak ADT42). Urządzenie to ma złącze USB współpracujące z aplikacją MD150T-PC, służącą do akwizycji pomiarów do pliku lub na wykresie, a także w interfejs RS485 Modbus-RTU do komunikacji z urządzeniami przemysłowymi takimi jak sterowniki PLC czy panele HMI. Wyświetlacz jest zamknięty w solidnej, aluminiowej obudowie oraz dostępny w dwóch wersjach zasilania 12-36 VDC oraz 85-260 VAC (MD150T-230).