Посібник з вибору тензодатчиків

Тензометричний датчик — це основний компонент, який перетворює сигнали маси на вимірювані електричні сигнали, широко використовується в промисловій метрології, електронних терезах, автоматизованих виробничих лініях, логістиці та складуванні тощо. Основа вибору — це відповідність реальним вимогам: уникнення витрат через надмірні параметри та запобігання недостатності параметрів, що може вплинути на точність і стабільність вимірювань. Нижче наведено систематичний, практичний процес вибору, що поєднує ключові параметри, адаптацію до сценаріїв застосування та практичні рекомендації для досягнення точного вибору.

Крок 1: Уточнення основних вимог і сценаріїв застосування (основа вибору)

Перш ніж робити вибір, необхідно визначити «що вимірювати, в яких умовах вимірювати та як встановлювати» — це передумова подальшого підбору параметрів:

1. Основні вимоги до вимірювання

• Об'єкт вимірювання: твердий (блок/гранулят), рідкий або газоподібний? Чи є він агресивним або в'язким (наприклад, рідина, що прилипає до датчика)?
• Діапазон вимірювання (місткість): Вкажіть максимальне значення зважування (включаючи об'єкт вимірювання + посудину/кріплення та інші допоміжні вантажі) і залиште коефіцієнт запасу міцності 1,2–1,5 раза (щоб уникнути пошкодження датчика від ударного навантаження або перевантаження). Наприклад: якщо фактичне максимальне навантаження становить 50 кг, слід вибрати датчик з діапазоном 60–75 кг; для динамічного зважування (наприклад, матеріали на конвеєрі) рекомендується залишити коефіцієнт запасу 1,5–2 рази (для компенсації ударів).
• Вимоги до точності вимірювання: чи використовується для торгового розрахунку (потребує офіційного метрологічного підтвердження), контролю процесу (допускає певну похибку) чи високоточних лабораторних вимірювань? Наприклад: електронні торгові терези мають відповідати класу точності OIML III (похибка ≤ ±0,1%), промислові системи дозування зазвичай мають вимогу точності ±0,05%~±0,1%, а зважування на складах може мати похибку ≤ ±0,5%.
• Вимога до динамічного/статичного режиму: чи є зважування статичним (наприклад, платформові терези, зважування резервуарів) чи динамічним (наприклад, стрічкові терези, високошвидкісні сортувальні лінії)? У динамічних сценаріях необхідно зосередитися на «швидкодії».

2. Умови монтажу та просторові обмеження

• Спосіб навантаження: розтягування (наприклад, підвісне зважування), стискання (наприклад, опора платформових терезів) чи зсувне зусилля (наприклад, установка консольної балки)?
• Простір для встановлення: чи зовнішні розміри датчика (довжина, діаметр, відстань між отворами для кріплення) сумісні з конструкцією обладнання? Наприклад: тонкі датчики підходять для вузьких просторів (наприклад, малих електронних терез), а для зважування великих ємностей потрібні колонкові/містові датчики (висока несуча здатність і мала займана площа).
• Кількість встановлень: одноточкове зважування (наприклад, невеликі платформені терези, 1 датчик) чи багатоточкове зважування (наприклад, великі силоси, платформені терези, 3~4 датчики паралельно)? Для багатоточкового зважування потрібно обирати «містові» датчики, щоб забезпечити рівномірний розподіл навантаження.

3. Умови навколишнього середовища (ключовий фактор, що впливає на стабільність датчика)

• Температура: діапазон температур робочого середовища (-40℃~85℃ — звичайний; для високотемпературних умов, наприклад, поблизу печей, потрібні термостійкі типи, а для низькотемпературних умов, наприклад, у холодильних камерах, — типи з компенсацією низьких температур). Примітка: температурний дрейф впливає на точність, тому обирайте датчики із функцією "компенсації температури" (діапазон компенсації має охоплювати фактичну температуру навколишнього середовища).
• Вологість/захист: чи використовується у вологих (наприклад, миття цехів, дощ на вулиці), пилових або агресивних середовищах (наприклад, хімічні цехи, кислотно-лужні рідини)? Визначте ступінь захисту IP: ≥IP67 (захист від пилу, короткочасного занурення у воду) для вуличних/вологих умов, ≥IP68 (захист від пилу, тривалого занурення у воду) для агресивних середовищ, а також обирайте матеріали, стійкі до корозії (наприклад, нержавіюча сталь 316L).
• Фактори завад: Чи є вібрації (наприклад, на виробничих лініях, поблизу верстатів) або електромагнітні перешкоди (наприклад, поблизу частотних перетворювачів, двигунів)? Для сценаріїв із вібраціями обирайте датчики з конструкцією «антивібраційної» дії; для сценаріїв із електромагнітними перешкодами обирайте датчики з екранованими проводами та сертифікацією EMC.

Крок 2: Вибір типу датчика (підбір сценаріїв за принципом/конструкцією)

Тип тензодатчика визначається основним принципом і конструкцією. Різні типи значною мірою відрізняються за сферами застосування, тому вибір необхідно здійснювати на основі «методу навантаження, точності та умов навколишнього середовища»:

Рекомендації щодо вибору:

• Для більшості промислових сценаріїв (статичне зважування, вимога до точності ±0,01%~±0,5%) надайте перевагу тензометричному типу (найвища економічна ефективність і адаптивність);
• Для динамічного зважування (швидкість відгуку < 10 мс) обирайте п'єзоелектричний тип або тензометричний тип з високою швидкістю;
• Для високоточних лабораторних вимірювань обирайте тип з електромагнітною компенсацією сил;
• Для умов високих температур/сильних вібрацій/сильного корозійного впливу обирайте тензометричний тип із спеціальними матеріалами (наприклад, нержавіюча сталь 316L, керамічне пружне тіло) або ємнісний тип.

Крок 3: Підтвердження основних технічних параметрів (точне відповідння вимогам)

Після визначення типу уточніть технічні параметри, щоб уникнути «надлишку параметрів» або «недостатності параметрів»:

1. Параметри, пов’язані з точністю (ключові показники, що визначають точність вимірювання)

• Комбінована похибка (нелінійність + гістерезис + відтворюваність): під час вибору необхідно дотримуватися умови «комбінована похибка ≤ фактична необхідна похибка». Наприклад: якщо потрібна похибка ≤ ±0,1%, комбінована похибка датчика має бути ≤ ±0,05% (запас резервування).
• Чутливість: вихідний сигнал, що відповідає одиниці ваги (наприклад, 2 мВ/В), що вказує на «чутливість» датчика. Рекомендація: гарна узгодженість чутливості (відхилення чутливості датчиків однієї партії ≤ ±0,1%) для полегшення узгодження сигналів у багатоточковому зважуванні; вихідний сигнал повинен відповідати діапазону входу наступних підсилювачів і збирачів даних (наприклад, вхідний діапазон підсилювача 0~10 В, чутливість датчика 2 мВ/В, живлення 10 В, максимальний вихід 20 мВ, тому підсилювач повинен мати функцію підсилення сигналу).
• Дрейф нуля: зміна вихідного сигналу датчика з часом/температурой без навантаження (наприклад, ±0,01% НВ/°C). Менший дрейф означає кращу довгострокову стабільність.

2. Параметри адаптації до навколишнього середовища

• Діапазон компенсації температури: має охоплювати фактичну робочу температуру (наприклад, -10℃~60℃), інакше точність значно знизиться.
• Рівень захисту (IP): обирається відповідно до умов навколишнього середовища (згадувалося раніше).
• Примітка: IP67 захищає від короткочасного занурення (глибина 1 м на 30 хвилин), IP68 — від тривалого занурення, а IP69K — від високотискового розпилення (наприклад, очищення в харчових цехах).
• Здатність до протидії перешкодам: у разі електромагнітних перешкод слід вибирати датчики з екранованими проводами (наприклад, екрановані скрученні пари) та сертифікацією CE/EMC; у разі вібрацій — датчики з «рівнем анти-вібрації» ≥ фактичній частоті вібрації (наприклад, частота вібрації ≤50 Гц, рівень анти-вібрації датчика ≥100 Гц).

3. Вихідний сигнал і живлення

• Тип вихідного сигналу: має бути сумісним із подальшим обладнанням (підсилювачами, ПЛК, дисплеями):
  • Аналогові сигнали (основні): Напруга (наприклад, 0~5 В, 0~10 В), струмові сигнали (4~20 мА, підходять для передачі на великі відстані, сильний антиперешкоджувальний ефект), диференційні сигнали (наприклад, 2 мВ/В, вимагають підсилення);
  • Цифрові сигнали (RS485, CAN-шина, протокол Modbus): Сильний антиперешкоджувальний ефект, можуть безпосередньо підключатися до ПЛК/комп'ютерів без підсилювачів, підходять для багатоточкового зважування (наприклад, 4 датчики паралельно в мережі).
• Напруга живлення: Зазвичай 5 В, 10 В, 24 В постійного струму. Забезпечте стабільне живлення (коливання ≤ ±5 %), щоб уникнути нестабільних вихідних сигналів через коливання напруги.

4. Конструкція та параметри встановлення

• Зовнішня конструкція: Вибирайте залежно від способу навантаження та простору:
  • Тип консольної балки: Підходить для платформених терезів, електронних настільних терезів (одноточкова/двоточкова опора, проста установка, діапазон 1 кг ~ 5 т);
  • Містоподібний/колонний тип: Підходить для великих резервуарів, автомобільних ваг (висока несуча здатність, діапазон 10 т ~ 1000 т, добре протидіє асиметричному навантаженню);
  • Тип натягу S-типу: підходить для підвісного зважування (наприклад, крани, бункерне підвісне зважування, діапазон 10 кг ~ 50 т, двонаправлений вимір натягу/стиснення);
  • Тонкий/мікро тип: підходить для вузьких просторів (наприклад, малі електронні терези, медичне обладнання, діапазон 1 г ~ 10 кг).
• Інтерфейс встановлення: тип монтажних отворів датчика (різьбовий отвір, крізний отвір) та відстань між ними мають відповідати кріпленню обладнання, щоб уникнути «помилки ексцентричного навантаження» через відхилення при встановленні (неоднакове навантаження, що впливає на точність).

Крок 4: Уникайте помилок при виборі та звертайте увагу на практичні деталі

1. Поширені помилки при виборі

• Помилка 1: Прагнення «чим вища точність, тим краще» — датчики високої точності коштують дорожче й мають жорсткіші вимоги до середовища та монтажу (наприклад, лабораторні датчики можуть втратити точність через вібрації в промислових цехах);
• Помилка 2: Діапазон точно відповідає вимогам — немає запасу міцності, сенсор легко пошкодити через удар або перевантаження (наприклад, миттєве перевантаження через падіння матеріалу);
• Помилка 3: Ігнорування впливу ексцентричного навантаження — при багатоточковому зважуванні (наприклад, платформа на чотирьох сенсорах) відсутність вибору сенсорів «з захистом від ексцентричного навантаження» призводить до нестабільних результатів зважування в різних місцях платформи;
• Помилка 4: Неврахування сумісності сигналів — вихідний сигнал сенсора несумісний з підсилювачем/ПЛК, що вимагає додаткових модулів перетворення, збільшує витрати та кількість точок відмов;

2. Практичні рекомендації

• Багатоточкове зважування вимагає «місткової сумісності»: при паралельному підключенні кількох сенсорів слід вибирати сенсори з однаковою чутливістю та вихідним опором (відхилення ≤ ±0,1%) і використовувати спеціальну розподільну коробку (для балансування сигналів);
• Адаптація матеріалу до умов навколишнього середовища: для звичайних умов використовуйте нержавіючу сталь 304, для агресивних середовищ — 316L або кераміку, для високотемпературних умов — сплав інконел;
• Калібрування та технічне обслуговування: у сценаріях торгового розрахунку вибирайте датчики, які підлягають калібруванню та мають офіційні сертифікації, такі як OIML та NTEP; для промислових сценаріїв враховуйте періодичність калібрування (наприклад, один раз на рік) та обирайте датчики з простим процесом калібрування;
• Кваліфікація постачальників: надавайте перевагу постачальникам із досвідом у галузі та технічною підтримкою (наприклад, інструкції щодо встановлення, налагодження сигналу), щоб уникнути дешевих датчиків низької якості (які можуть працювати короткий час, але мають значний довгостроковий дрейф параметрів і короткий термін служби).

Типові приклади вибору за сценаріями (швидкий довідник)

Резюме: Основна логіка вибору

Суть вибору тензометричної комірки полягає в послідовному підборі «вимоги → тип → параметри → деталі»: спочатку уточніть «що вимірювати, де вимірювати та як встановлювати», потім оберіть відповідний тип датчика, і нарешті точно визначте ключові параметри (межа вимірювання, точність, захист, сигнал), уникаючи помилок і звертаючи увагу на практичні деталі (наприклад, монтаж, калібрування, сумісність).

Якщо ви не впевнені щодо конкретних параметрів, можете надати постачальнику таку інформацію для консультації:

① Максимальне значення ваги (включаючи допоміжну масу);

② Вимоги до точності;

③ Робоча температура/вологість/стан корозії;

④ Спосіб встановлення (розтяг/стиск/розмір простору);

⑤ Подальше підключене обладнання (наприклад, модель ПЛК, тип підсилювача), і постачальник може надати цільові рекомендації.