Senzory: Obecný popis a terminologie

TML je jednou z mála společností (kromě HBM, Kyowa), které vyrábějí vlastní tenzometry na základě tenzometrů vlastní výroby. To je důvodem nejvyšší kvality produktů. Sortiment vyráběných tenzometrů je poměrně rozsáhlý. Jedná se o senzory síly, hmotnosti, posunu, momentu, tlaku, akcelerometry, sklonoměry, specializované senzory pro monitorování staveb, pro testování vozidel atd. Každý z nich je dále rozdělen podle kritérií rozsahu použití, jmenovitých hodnot, přesnosti atd. V tomto ohledu někdy vznikají potíže s výběrem požadovaného senzoru, zejména kvůli používání odlišné terminologie při popisu charakteristik senzorů. Tato část je věnována řešení otázky rozdílů v používané terminologii.

Obecný popis

Společnost TML již více než půl století podporuje globální vývoj a propagaci tenzometrických produktů, které mají velký význam pro výzkum, vývoj a návrh všech druhů měřicích systémů. Na základě technologického know-how v oblasti tenzometrů a výzkumu a vývoje společnost TML zavedla výrobu široké škály nejrůznějších senzorů – od standardních a specializovaných tenzometrů až po primární převodníky hmotnosti, zrychlení, točivého momentu, deformace, posunutí, tlaku, hladiny, teploty atd. Pro komplexní řešení problémů měření a analýzy nabízí společnost širokou škálu sekundárních převodníků a elektronických součástek: různá záznamová zařízení, sekundární převodníky, měřicí zesilovače, vícekanálové spínače, digitální indikátory, jednotky pro přenos radiotelemetrických dat, vysokorychlostní zařízení pro záznam dat v dynamice. Spolu s vývojem měřicí elektroniky specialisté společnosti také vylepšují paletu softwaru, který pomáhá nejen zaznamenávat data, ale také zajišťuje jejich vizualizaci, zpracování a provozní analýzu. Tento článek se bude zabývat senzory vyráběnými společností TML: jejich obecným popisem a použitou terminologií.

Můstkový obvod senzoru a způsob připojení

Zapojení a způsob připojení senzorového můstku jsou uvedeny níže, u některých produktů neplatí.
Pokud je požadován specializovaný konektor, uveďte to prosím v objednávce.

Vstupní/výstupní odpor senzoru

Měření metodou konstantního napětí a metodou konstantního proudu

Metoda konstantního napětí

U této metody se napájecí napětí můstku (napětí mezi kontakty A a C tenzometrického zařízení) udržuje konstantní. Naše zařízení tuto metodu obvykle používají a naše senzory se nejčastěji kalibrují touto metodou. Po prodloužení vodiče připojeného k senzoru je nutné upravit citlivost (kalibrační koeficient) senzoru.

Metoda stejnosměrného proudu

U této metody se napájecí proud můstku (proud tekoucí mezi svorkami A a C tenzometrického zařízení) udržuje konstantní. Výhodou této metody je, že hodnoty senzoru neklesají ani při prodloužení vodiče senzoru. Vstupní/výstupní odpor senzoru však musí mít určitou hodnotu (obvykle 120 nebo 350 ohmů). Kromě toho se může lišit citlivost (kalibrační koeficient) senzoru pro metodu konstantního napětí a konstantního proudu.

Výstupní signál a hodnota deformace

Výstupní signál (nominální hodnota) senzoru je vyjádřen v mV/V. Jedná se o výstupní napětí při maximálním zatížení senzoru. Ukazuje výstupní napětí při přivedení 1 V.

Příklad:
1.5 mV/V znamená, že výstup je 1.5 mV při maximálním povoleném zatížení senzoru, zatímco do můstku je dodáváno 1 V. Pokud je do můstku dodáváno 2 V, pak:

1,5 mV/V x 2 V = 3 mV

Pokud je tedy faktor tenzometru 2.00, výstupní napětí senzoru je 3 mV a tenzometr by měl zobrazovat hodnotu, kterou lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Δe = E/4 × K×ɛ ɛ = 4Δe/KE

kde Δe: Výstupní napětí senzoru
E: Vstupní budicí napětí
K: Koeficient citlivosti na deformaci
ɛ: Odečet na tenzometrickém zařízení

Pro K, E a Δe rovné 2.00, 2 V a 3 mV a za předpokladu, že 3 mV = 0,003 V, dostaneme:

ɛ = 0.003 = 3000 × 10-6 deformace

S koeficientem citlivosti tenzometru 2,00 a vstupním napětím 1 V získáme pro výstupní napětí následující:

2Δe = ɛ, pak
1 mV/V = 2000 x 10⁻⁶ napětí
2 mV/V = 4000 x 10⁻⁶ napětí

Snížená citlivost v důsledku délky vodiče připojeného k senzoru

Při měření metodou konstantního napětí a prodloužení vodiče senzoru vzhledem k původně kalibrovanému vodiči (kalibrace je zobrazena v testovacích datech) se hodnota senzoru snižuje. Hodnota (kalibrační faktor) je uvedena v následujícím vzorci. V případě potřeby by měla být provedena korekce pomocí tohoto vzorce:

Měrný odpor vodiče připojeného k senzoru

Podpora TEDS

Zkratka TEDS je zkratka pro Technical Specification of Sensor Electronics (Technická specifikace elektroniky senzorů). Senzor kompatibilní s TEDS má informace o senzoru, které splňují normu IEEE1451.4 pro interní elektronická data. To umožňuje automatický vstup informací o senzoru, včetně citlivosti a sériového čísla, do měřicího přístroje. Tato automatizace zabraňuje nesprávnému nastavení, výrazně zkracuje dobu nastavení a zefektivňuje a usnadňuje práci. Pro podrobnější popis senzorů a měřicích přístrojů kompatibilních s TEDS nás prosím kontaktujte.

Terminologie

Limity měření — toto je maximální zatížení, které může senzor měřit při zachování svých technických specifikací.

Jmenovitý výkon (RO) — je výstup při jmenovitém zatížení mínus výstup bez zatížení. Jmenovitý výstup je vyjádřen v mV na volt aplikovaný na senzor (mV/V).

Nelinearita — je maximální odchylka výstupního signálu senzoru od přímky spojující počáteční bod kalibrační křivky s bodem jmenovitého zatížení s rostoucí odchylkou. Nelinearita je vyjádřena jako procento jmenovitého výstupu (%RO).

Hystereze — je maximální rozdíl ve výstupním signálu senzoru při zvyšování a snižování zatížení. Hystereze je vyjádřena v procentech jmenovitého výkonu (%RO).

Konvergence (opakovatelnost) — je maximální rozdíl výstupních signálů během opakovaných měření stejného jmenovitého zatížení za stejných podmínek zatížení a prostředí. Opakovatelnost je vyjádřena v procentech jmenovitého výkonu (%RO).

Vliv teploty na nulu — je hodnota výstupního signálu senzoru způsobená změnou okolní teploty. Vyjadřuje se jako změna výstupního signálu senzoru v % jmenovitého výkonu při změně teploty o 1 °C (%RO/°C).

Vliv teploty na rozsah měření — je míra změny jmenovitého výkonu způsobená změnou okolní teploty. Vliv teploty na měřicí rozsah se vyjadřuje v procentech na změnu teploty o 1 °C (%/°C).

Rozsah teplotní kompenzace — je teplotní rozsah, ve kterém je kompenzován vliv teploty na nulu a na měřicí rozsah.

Přijatelný teplotní rozsah — je teplotní rozsah, ve kterém může senzor pracovat nepřetržitě bez nevratných destruktivních změn (°C).

Přetížení — je hodnota trvalého zatížení senzoru, která nezpůsobuje nevratné destruktivní změny přesahující jeho technické/metrologické charakteristiky (%).

Maximální přetížení — jedná se o maximální trvalé zatížení, které mechanicky nezpůsobuje nevratné destruktivní změny (%).

Doporučené napájecí napětí — je napětí dodávané do senzoru, při kterém zůstává v mezích svých technických/metrologických charakteristik (V).

Přípustné napájecí napětí — je maximální napětí, které lze trvale aplikovat na senzor bez způsobení nevratného poškození (V).

Nulový zůstatek — je výstupní deformace bez zatížení (%RO).

Frekvenční odezva — je maximální frekvence výstupního signálu senzoru v daném rozsahu při použití sinusového zatížení (Hz).

Vlastní frekvence — je přibližná hodnota frekvence v nezatíženém stavu, při které senzor volně kmitá (Hz).

Přípustný ohybový moment — je maximální ohybový moment trvale působící na senzor, aniž by způsobil jeho nevratné poškození (kN m).

Citlivost — je výstupní signál senzoru při pevném zatížení. Citlivost je vyjádřena jako hodnota výstupního signálu tenzometru na 1 mm (*10⁻⁶ deformace/mm), když je kalibrační faktor pro senzor posunutí na tenzometru nastaven na 6 (faktor deformace 1.000).

Základna senzoru — je vzdálenost mezi dvěma body, vzhledem k nimž se měří posunutí nebo deformace.

Tuhost pružiny — je přibližná hodnota síly, která musí být působena na pružně zatíženou tyč snímače posunutí, aby se změřila velikost posunutí (N).

Vstupní/výstupní odpor — je odpor mezi vstupní a výstupní svorkou, měřený za podmínek bez zátěže s odpojenými vstupními a výstupními svorkami (ohmy).

Vstupní/výstupní kabel – kabel, který nelze od senzoru odpojit.

Dodávaný kabel – standardní kabel, který je součástí dodávky senzoru a lze jej od senzoru připojit/odpojit.

Hmotnost — přibližná hmotnost senzoru bez kabelu a konektorů.