|
|
| • | |
Snímač síly je převodník převádějící sílu, jež na něj působí, na měřitelný elektrický výstup. Ačkoliv existuje mnoho různých snímačů síly, jsou tenzometrické
snímače nejrozšířenější.
Dříve než byly tenzometry používány jako metoda vážení v průmyslových aplikacích, byly velmi rozšířeny váhy mechanické. Mechanické váhy mohou vážit vše od
tabletek až po kamiony a poskytují přesné a spolehlivé výsledky, pokud jsou řádně cejchovány a udržovány. Princip činnosti využívá buď vyvažovací mechanismus nebo
snímání síly vznikající na mechanických ramenech. Tenzometrům také předcházely snímače pneumatické a hydraulické. V roce 1843 anglický fyzik Wheatstone vynalezl
můstkové zapojení, které měřilo elektrické odpory. Tento Wheatstoneův můstek je ideální pro měření změn odporu, které nastávají v tenzometrech. Ačkoliv byl první
drátový tenzometr k nalepení vyvinut ve čtyřicátých letech minulého století, teprve až moderní elektronika úspěšně ovlivnila jejich technickou a ekonomickou
proveditelnost. Od té doby se však tenzometry prudce rozšířily jako součásti mechanických vah, tak i v samostatných snímačích síly. Dnes, kromě speciálních
laboratoří v nichž se stále používají mechanické váhy, dominují ve vážním průmyslu tenzometrické snímače síly. Ve výbušných prostorech nebo hygienicky náročných
prostředích jsou požadovány pneumatické snímače síly. V odloučených vzdálených prostorech se používají hydraulické snímače síly, protože nevyžadují napájení.
Tenzometrické snímače síly poskytují přesnost od 0,03 % do 0,25 % z celého rozsahu a jsou vhodné pro téměř všechny průmyslové aplikace.
| Porovnání parametrů snímačů síly |
| Typ |
Rozsah hmotnosti |
Přesnost (FS) |
Použití |
Přednosti |
Slabiny |
| Mechanické snímače |
| Hydraulické snímače |
Až do 5-ti tun |
0.25% |
Nádrže, zásobníky, násypky,
výbušná peostředí.
|
odolnost proti rázům, necitlivé na teplotu. |
Drahé, komplexní |
| Pneumatické snímače |
Široký |
Vysoká |
Potravinářství, výbušná prostředí |
Nevýbušné, neobsahuje kapaliny |
Pomalá odezva, vyžadují čistý suchý vzduch |
| Tenzometrické snímače síly |
| Nosníkové ohybové snímače |
50N až 25kN |
0.03% |
Zásobníky, plošinové váhy |
Levné, jednoduchá konstrukce |
Tenzometry jsou namáhány, vyžadují ochranu |
| Nosníkové snímače (smykové napětí) |
50N až 25kN |
0.03% |
Zásobníky, plošinové váhy, nesymetrické zátěže |
Vysoké boční zatížení, lepší těsnění a ochrana |
|
| Soudkové snímače |
do 2,5MN |
0.05% |
Nákladní auta, zásobníky, kolejové váhy, násypkové váhy |
Pohybující se zátěž |
Nemají horizontální ochranu |
| Prstencové a diskové snímače |
25 až 2,5MN |
|
Zásobníky, sila, váhy |
Celonerezové |
Nedovolují pohyb zátěže |
| Knoflíkové a podložkové snímače |
0-250KN
0-1KN typ. |
1% |
Malé váhy |
Malé, levné |
Zátěž musí být vyvážena a bez pohybu |
| Ostatní snímače síly |
| Pružinové snímače |
0-200KN |
0.2% |
Plošinové váhy, zdviže, mobilní váhy, váhy zátěže autonáprav |
Přenosné váhy, zatížení náprav, přetěžování, šoky |
|
| Snímače s optickými vlákny |
|
0.1% |
El. přenosové kabely, montáž na svorníky nebo šrouby |
Odolnost proti elmag. rušení, vysoké teplotě, nevýbušné provedení |
|
Piezo-
odporové |
|
0.03% |
|
Vysoká citlivost, vysoká úroveň výstupního signálu |
Velmi drahé, nelineární výstup |
Principy činnosti snímačů síly:
Konstrukčně lze snímače síly rozlišovat dle typu výstupního signálu (pneumatický, hydraulický, elektrický) nebo dle způsobu detekce váhy (ohyb, smyk, přítlak, tah atd.)
Hydraulické snímače síly jsou silově vyvažovaná zařízení měřící váhu - hmotnost jako změnu tlaku vnitřní kapalinové náplně. U hydraulického snímače s válcovou
membránou se využívá síla působící na zátěžovou hlavu, která je pak přenášena na píst, jenž zpětně stlačuje plnící kapalinu uzavřenou v elastické membránové komoře. Když síla
vzrůstá, zvyšuje se tlak hydraulické kapaliny. Tlak lze pak indikovat místně nebo přenášet pro vzdálenou indikaci nebo řízení. Výstup je lineární a relativně bez vlivu teploty
nebo množství plnící kapaliny. Jsou-li tyto snímače pečlivě namontovány a ocejchovány, lze dosáhnout přesnosti i lepší než 0,25 % z celého rozsahu, která vyhovuje většině
provozních vážních aplikací. Ponevadž snímač nemá elektrický výstup, je ideální pro prostředí s nebezpečím výbuchu. Typické aplikace pro hydraulické snímače síly jsou nádrže,
sila, násypky. Pro maximální přesnost vážení hmotnosti zásobníku by měl být snímač umístěn na každé jeho podpěře a sčítat jejich výstupy.
Pneumatické snímače síly také pracují na principu rovnováhy sil. Tyto snímače využívají vícenásobných komor a dosahují vyšší přesnosti. První z nich slouží jako tárovací.
Pneumatické snímače síly jsou často používány k vážení relativně malých hmotností v průmyslu, kde je čistota a bezpečnost primární. K jejich výhodám rovněž patří bezpečnost ve
výbušných prostředích a také necitlivost na teplotní změny. Navíc neobsahují žádné kapaliny a nemohou tak kontaminovat proces při porušení membrány. Nevýhodou je poměrně malá
rychlost odezvy a nutnost přívodu čistého suchého a regulovaného vzduchu nebo dusíku.
Tenzometrické snímače síly převádějí působící sílu na elektrické signály. Samotné tenzometry jsou nalepeny na nosník nebo deformační část snímače. Ve většině případů
se používají čtyři tenzometry, čímž se dociluje maximální citlivost i teplotní kompenzace. Dva tenzometry jsou použity pro tah a dva pro stlačení a jsou zapojeny s kompenzačním
nastavením, jak je uvedeno na obr. 7 - 2. Když tíha působí, povrchové napětí způsobuje úměrnou změnu elektrického odporu tenzometru. Poněvadž tenzometry jsou nadále vyráběny
s vyšší přesností při klesající ceně, ztrácejí jiné typy snímačů síly svůj význam.
|
|
