Тензометрические датчики  применяют для измерения деформации. В данной статье пойдёт речь о широко применяемой разновидности тензометрических датчиков – тензорезисторных полномостовых датчиках. Этот датчик содержит четыре тензорезистора, включенных по схеме моста Уитстона. 

Тензорезистор – это фольговый или проволочный резистор, приклеенный к упругому элементу конструкции, изменяющий свое сопротивление пропорционально деформации упругого элемента: при сжатии сопротивление уменьшается, при растяжении – увеличивается. Как правило, номинальные сопротивления используемых тензорезисторов находится в диапазоне от 50 до 1000 Ом. В типичном случае в мост включают тензорезисторы равного номинала.

Для достижения желательного малого начального разбаланса моста разброс сопротивлений тензорезисторов, как правило, не должен превышать ±0,01%. В общем случае, имеет значение разброс сопротивлений в парах смежных резисторов в мосте (при любом условном разбиении на смежные пары).    

На рисунке выше показана 6-проводная схема подключения к мосту Уитстона. На схеме ±U_POW – это цепь подачи напряжения питания от источника напряжения или источника тока (с точками подключения напряжения соответствующей полярности), ±U_SIG – это измеряемое напряжение сигнальной диагонали моста, ±U_REF– это измеряемое напряжение питания моста.

Измеряемый полномостовым датчиком разбаланс моста, пропорциональный деформации,  – это безразмерная величина, равная отношению измеренных напряжений U_SIG / U_PREF [В/В]. Положительный знак разбаланса моста соответствует состоянию сжатия-растяжения показанных на рисунке тензорезисторов. Отрицательному знаку разбаланса будет соответствовать противоположные состояния сжатия-растяжения тензорезисторов.

Приводимая в паспортах большинства тензодатчиков чувствительность С_n [мВ/В] выражается формулой  С_n = 1000 * U_SIG / U_POW , где измеренное напряжение U_SIG [В] соответсвует номинальной нагрузке на датчик при измеренном напряжении питания моста   U_REF  [В].  Например, если в паспорте на датчик указано C_n = 2 мВ/В и номинальная нагрузка датчика 1 т (тонна), то при напряжении питания моста U_REF= 5 В и воздействии груза массой 1 т измеренное напряжение сигнальной диагонали моста будет  U_SIG = 10 мВ, не считая начального разбаланса моста.

6-проводная схема подключения к мосту Уитстона (точки А и B соединения цепей на рисунке находятся на стороне датчика) позволяет получить независимость измерения разбаланса моста от сопротивления проводов, считая, что входное сопротивление измерителя напряжения U_SIG значительно больше сопротивления тензорезисторов, а  входное сопротивление измерителя напряжения U_REF значительно больше сопротивления проводов (условия высоокомности входов измерителя напряжений, как правило, выполняется для АЦП, измеряющих разбаланс, например, у LTR212). В этой схеме достигается компенсация термозависимости сопротивления проводов питания моста. В случае, если датчик имеет 4 провода подключения, то для образования "6-проводности" точки соединения А и B реализуют на стороне датчика.

При использовании 4-проводной схемы подключения к мосту Уитстона (когда точки А и B  на рисунке находятся на стороне источника напряжения питания моста), следует учесть, что фактор стабильности сопротивления проводов и контактных соединений в цепи питания моста будет влиять на шкалу (масштаб) измерения разбаланса моста, что внесёт как систематическую составляющую погрешности измерений (которую можно учесть, например, при тарировке датчика), так и дополнительную температурную погрешность.   

В 6-проводной схеме полномостовой датчик является полностью термокомпенсированным датчиком если, по крайне мере, смежные пары тензорезисторов этого датчика имеют одинаковый температурный коэффициет сопротивления (ТКС) и находятся при равной температуре.

Опишем далее электрические свойства этого  датчика, с точки зрения  эквивалентной электрической схемы. Измерительные выходы сигналов U_SIG и  U_PREF датчика являются дифференциальными низкоомными выходами напряжения с активным   выходным сопротивлением. Сам датчик по цепи питания является активной нагрузкой. Тензометрический датчик, как правило, является изолированным датчиком.

При подключении мостового датчика парные провода рекомендуется вести симметрично (например, витыми парами) для достижения наилучшего сигнал/шум в измерительной цепи, также возможно применить экранирование.

При использовании искробарьеров важно знать, что 6-проводная схема подключения совместима с искробарьером. Но 4-проводная схема совместима только, если мост питается от источника тока (проходя через искробарьер, постоянный ток питания моста от источника тока не изменит своего значения, если искробарьер не имеет существенных утечек тока на землю).

В поиске датчиков Вам поможет раздел нашего сайта Производители датчиков 

---

Пример использования термина

Термин используются при описании различных тензометрических схем измерения, в которых участвуют тензоизмерительные преобразователи и тензометрических модули АЦП. Примеры подобных устройств производства OOO “Л  Кард” приводим ниже.

Измерительная система LTR

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 7,6 кГц на канал
Каналов: 4/8
Диапазоны: ±10 мВ…80 мВ
Питание датчиков: 2,5 В или 5 В

Модуль АЦП тензометрический
4/8 каналов, 24 бит, 7,6 кГц

LTR212M

Универсальный предусилитель милливольтовых сигналов

Универсальный предусилитель милливольтовых сигналов LP-04-M

LP-04-M