Измерение усилий с помощью датчиков силы на сжатие
Технические характеристики и срок службы тензодатчика силы определяются не только самим преобразователем, сколько его конструкцией и конструкцией нагрузочных площадок. Структурные элементы, к которым подключаются датчики силы, должны отвечать конкретным техническим требованиям. Подробная информация по этим вопросам приведена в руководствах по эксплуатации.
Нагрузочные площадки датчика должны удовлетворять определенным условиям, чтобы пользователи могли получить максимальную отдачу от его характеристик:
 |
| Thomas Kleckers, продакт-менеджер по датчикам силы HBM |
Выпуклая область приложения силы
Многие силоизмерительные тензодатчики имеют выпуклую область приложения силы на верхней части своего корпуса, которая обеспечивает автоматическое центрирование, т.е. приложение центральной силы. Для достижения этой цели максимальная точка приложения нагрузки располагается точно по центру датчика.
 |
Тензодатчик силы серии C10 с выпуклой областью приложения силы
В этой точке датчика создается очень высокое механическое напряжение (контактные напряжения по Герцу), особенно в датчиках на большие и сверхбольшие номинальные диапазоны измерения силы; разработчики датчиков выбирают такой радиус области приложения силы, который обеспечит высокую точность измерений датчика.
Важно иметь в виду данное напряжение при определении размеров (габаритов) области приложения силы, поскольку существует реальный риск деформирования датчиков при нагружении. Поэтому для всех тензодатчиков силы, работающих на сжатие (и для некоторых версий датчиков, работающих на сжатие и растяжение), предлагаются специальные нажимные детали, которые соответствуют вышеуказанным требованиям и предотвращают повреждение элементов конструкции датчиков.
 |
| Тензодатчик силы серии С10 с нажимной деталью |
Особенности датчиков силы с внутренним отверстием и компрессионными стержнями
Датчики силы с внутренним отверстием и компрессионными стержнями, как, например, новый датчик силы серии C6B от HBM, обладают многочисленными преимуществами:
Поскольку данные типы датчиков силы на сжатие не имеют выпуклых частей области приложения силы, их монтаж достаточно прост.
Равномерное приложение силы
Высокая жесткость и отсутствие области приложения центральной силы требуют разумной осторожности при монтаже датчика. Тензорезисторы, преобразующие приложенное усилие в измеримое изменение сопротивления, устанавливаются в четырех точках по окружности датчика. Силу необходимо прилагать равномерно по окружности датчика для достижения хороших результатов и максимально корректного преобразования в деформацию. Неравномерность приложения силы и наклон (опрокидывание) корпуса не компенсируются такими датчиками, поскольку они имеют очень небольшие перемещения.
Компактность versus большие габариты
Одним из простых способов обеспечения равномерного приложения усилий является создание датчиков в максимально большом (по длине) корпусе. Распределение деформации по окружности такого корпуса является наиболее благоприятным. Однако это противоречит запросам клиентов о компактном дизайне и небольшом весе датчиков. Тем не менее, такой подход приемлем для прецизионных (эталонных) тензодатчиков силы, и эти датчики разработаны соответствующим образом.
 |
| Новый датчик силы C6B с внутренним отверстием, которое позволяет использовать откидной рычаг. Датчики номиналом от 5 МН и выше не имеют внутреннего отверстия. |
Компания HBM предлагает специализированные нагрузочные площадки для датчиков силы C6B, которые отвечают вышеупомянутому требованию, т. е. гарантируют равномерное распределение механических напряжений.
В целом, компактные датчики силы с внутренним отверстием и компрессионными стержнями, чуть больше подвержены воздействию условий монтажа. Именно поэтому компания HBM рекомендует заказывать датчики силы C6B совместно с нагрузочными площадками для решения этой проблемы.
Специализированная опция HBM: датчик и нагрузочные элементы калибруются совместно для достижения максимальной точности измерений. Компания HBM соответствующим образом маркирует нагрузочные элементы, чтобы гарантировать использование только совместно откалиброванных компонентов для проведения измерений.
Для того, чтобы обеспечить равномерное распределение усилий при нагружении датчика компания HBM предлагает использовать сферические опоры (см. рис. ниже) или нажимные детали.
 |
Датчик силы C6B с сферической опорой ZK.
Две области приложения нагрузки могут перемещаться относительно друг друга, что облегчает угловую компенсацию. Версии до 2 MН поставляются с внутренним отверстием, которое позволяет использовать откидной рычаг. Таким образом, например, удобно измерить натяжение каната, используя датчик C6B в качестве откидного рычага (преобразование растягивающего усилия в сжимающее усилие).
 |
Датчик силы C6B с нажимной деталью (с выпуклой частью приложения силы).
На снимке показан датчик на стадии разработки.
По материалам публикаций компании HBM
КонтроллВахенд а Техника (КВТ) 2019
