Тензометрический датчик веса

Тензометрический датчик веса (load cell, тензодатчик) — массовое промышленное решение для измерения силы и веса. Основа всех современных электронных весов и систем дозирования.

Принцип работы

На упругий стальной элемент (балку определённой формы) наклеены 4 тензорезистора, соединённые в мостовую схему Уинстона. При приложении силы:

• Балка деформируется (упруго, в пределах закона Гука)
• Тензорезисторы на растяжение удлиняются, их сопротивление растёт
• Тензорезисторы на сжатие укорачиваются, сопротивление падает
• Мостовая схема даёт разностный сигнал пропорциональный силе

Чувствительность — обычно 2 мВ/В (при 10 В питания на номинальной нагрузке 20 мВ выход).

Типы по форме элемента

Балочный (bending beam)

• Z-образная или S-образная консольная балка
• Для 1-500 кг
• Применение: платформенные весы, расфасовочные линии

S-образный

• Два отверстия сверху и снизу, нагрузка на растяжение или сжатие
• Для 10 кг - 100 тонн
• Применение: подвесные весы, крановые весы

Шайбовый (compression)

• Короткий цилиндр с мембраной
• Для 500 кг - 500 тонн
• Применение: силосные весы, автомобильные весы, бункерные дозаторы

Односторонней консоли

• Прямоугольный блок с нагрузкой на свободном конце
• Для 1-500 кг
• Применение: платформенные весы

Шарнирный (shear beam)

• Балка на срез
• Для 100 кг - 10 тонн
• Применение: автомобильные весы, резервуарные весы

Основные характеристики

• Номинальная нагрузка — максимальная рабочая нагрузка
• Чувствительность — выход в мВ/В при номинальной нагрузке (стандарт 2 мВ/В)
• Класс точности — C3 (0,03%), C4 (0,05%), C6 (0,02%) по OIML
• Температурная компенсация — от -10 до +40°C или -30..+70°C
• Класс защиты — IP65-IP68, для пищевых IP69K
• Материал — алюминий (бытовые), нержавеющая сталь (пищевые, промышленные), легированная сталь

Применение

Промышленное взвешивание

• Платформенные весы (товарные, транспортные)
• Автомобильные весы (3-4 датчика по углам)
• Железнодорожные весы (поосевое взвешивание)
• Крановые и подвесные весы

Дозирование и фасовка

• Бункерные весы для цемента, зерна, муки
• Весы для расфасовочных линий (товары до 10 кг)
• Весы для аптечных автоматов
• Весы молочных ферм

Силосы и резервуары

• Контроль количества продукции (3-4 датчика под опорами силоса)
• Контроль уровня жидкости в резервуаре по весу
• Контроль утечек

Промышленные процессы

• Измерение натяжения стальных канатов
• Контроль усилий в прессах
• Измерение тяги двигателей
• Весы комбайнов, экскаваторов

Производители

• Mettler-Toledo — швейцарский лидер, премиум
• HBM / HBK — немецкий, промышленный стандарт
• Vishay / BLH — американский, широкая линейка
• Keli — китайский массовый
• Тензо-М (российский) — для товарных весов, автомобильных

Электроника обработки

• Весовые терминалы — Mettler-Toledo IND, HBM WE2110
• Весовые модули для ПЛК — HBM AE501, Siemens SIWAREX
• ADC для встраивания — HX711, ADS1232 для компактных решений

Для автоматики резервуарных парков и бункерных систем — тензодатчики с интерфейсом 4-20 мА или цифровым Modbus RTU.