Главная > Публикации > Применение тензодатчиков в весах для взвешивания животных

Применение тензодатчиков в весах для взвешивания животных

Посмотреть PDF-версия

Взвешивание животных не является чем-то новым. Конструкция весов подбирается в зависимости от вида взвешиваемых животных. Чисто механические весы используются для этих целей все реже. Они вытесняются электронными весами. Принцип работы весов для животных схож с работой платформенных весов. Вес (сила) действуют на тензодатчик и преобразуют ее. В зонах измерения тензодатчиков находятся тензорезисторы (DMS), сопротивление которых изменяется в соответствии с деформацией. С помощью электроники поступающий сигнал преобразуется и регистрируется как весовой показатель. Быстрое развитие электроники дает все больше возможностей для регистрации и обработки сигнала в том числе и специально для сельскохозяйственной и животноводческой промышленности.

В принципе работы тензорезисторного (DMS )-датчика практически ничего не изменилось. Он является электро-механической частью. В результате большого количества механических конструктивных форм, у заказчика часто возникают «муки выбора». Вот несколько примеров различных конструтивных форм.

Несколько тензодатчиков с равной номинальной нагрузкой подключаются паралелльно. При этом следует учитывать высокую точность характеристик. Исключением являются точечные тензодатчики (SP). Ввиду высокого допуска в чуствительности (мВ/В, mV/V ), они не подходят для паралелльного включения.

Для работы в агрессивной окружающей среде предпочтительнее тензодатчики из нержавеющей стали. Во многих других случаях достаточно датчиков из аллюминия или никелированной стали.

В весах для взвешивания животных преимущество имеют тензодатчики с номинальной нагрузкой от 10кг до 500кг, особенно в балочных весах. Они предоставляют возможность оптимального выбора размера весов. Специалист непременно оценит их преимущества, такие как например небольшая высота или отверстия с внутренней резьбой для приложения силы. Не стоит также забывать о низких ценах при высом качестве исполнения.

Общим для всех тензодатчиков, независимо от их формы, является то, что используется лишь зона упругой деформации. Зона упругой деформации составляет примерно 1100m/m, пластическая (остающаяся) деформация наступает при 1700m/m. Из этого расчитана предельная нагрузка – примерно 150% номинальной.

Основное правило: чем меньше диапазон измерения (номинальная нагрузка), тем выше опасность перегрузки.

Деформация чуствительного элемента очень мала, поэтому оптически или с помощью механических средств измерения, деформацию практически нельзя распознать, лишь электрическим измерением. Перегруженный тензодатчик нельзя ( или очень условно)далее использовать.

Наиболее часто встречающиеся причины перегрузок:

Неравномерное распределение нагрузки, плохая нивелировка и действие неучтенных сил снижают точность весов. Риск перегрузки можно снизить (особенно при жестких ударах), если амортизировать действие силы. Это достигается посредством того, что действие силы направлено не непосредственно на датчик, а через резиновую буфферную прокладку. Условием хорошей амортизации является оптимальный подбор размера и плотности буфферной прокладки к номинальной нагрузке датчика. Распространенные на рынке шарнирные и плавающие опоры не всегда выполняют эту задачу.

Тензодатчики реагируют также на перенапряжение. Основной компонент датчика это тензорезистор. Он состоит из пленочной основы и измерительной металлической решетки. Толщина изоляции между измерительной решеткой и металлическим корпусом датчика ничтожно мала и составляет примерно 15-30μм. Она должна быть такой тонкой чтобы решетка перенимала деформацию металлического корпуса без потери качества. Высокое напряжение (пиковое) может повредить изолирующую пленку. Самый известный пример пикового напряжения это молния. Нельзя на 100% исключить возможность того, что это пиковое напряжение попадет на датчик. В качестве профилактической защиты от пиковых напряжений может служить гибкий медный провод (заземлитель), с помощью которого устанавливается связь между тензодатчиком и потенциалом земли с целью «выравнивания» излишнего напряжения.

Если удается избегать механических перегрузок и пикового напряжения, срок действия тензодатчика практически не ограничен.

Для крупных животных необходимы весы больших размеров (с четырьмя тензодатчиками), для свиней, овец, крупной птицы (гуси, индюки) используются весы с ограждающей решеткой. При этом размер весов не следует выбирать больше , чем необходимо.

По месту крепления датчика, предусмотрены в основном два вида монтажа:

При креплении под платформой излюбленной формой являются балочные весы. Обычно это прямоугольные трубы, в которых встроены 2 тензодатчика. Их преимущество состоит в том что датчики защищены от загрязнения. При монтаже 4 датчиков под платформой следует располагать их по возможности в самых крайних угловых положениях.

Для взвешивания мелких животных (поросята, утки, куры, кролики) требуется небольшая площадь. Поэтому для этих случаев достаточно одного точечного (Single Point) тензодатчика. Точечные (SP) тензодатчики имеют низкие цены и просты в монтаже. Однако в этих весах сильно ограничен выбор площади платформы (см. таблицу), погрешности при неравномерной нагрузке малы. Точечные (SP) тензодатчики изготавливаются преимущественно из аллюминия.

Точечные (SP) тензодатчики
Серия/Тип
Диапазон измерений SP-датчика
[кг]
Макс. допустимый размер взвешивающей платформы
[см]
BSP 608 0,5; 1; 2; 3; 5 15 x 15
BSP 611 3; 5; 8; 10; 15 15 x 15
BSP 6-LD 2,5; 3; 5; 6; 8; 10; 15; 20; 30; 35; 40; 50 25 x 35
BSP 10 3; 5; 7; 10; 15; 20; 30; 50 30 x 30
BSP 628 100; 150; 200; 300; 350 50 x 60
BSP 629 50; 100; 200; 250; 300; 350; 500 60 x 70
BSP 70 50; 70; 100; 150; 200; 300; 500; 600; 635 60 x 60

Для больших площадей взешивания и более высоких нагрузок технически проще и выгоднее в ценовом смысле монтировать датчики непосредственно под платформой (платформенные весы).

Электрические, пневматические или гидравлические подсоединения к весам (например для открытия и закрытия дверцы ограждения) должны быть достаточно гибкими.

Монтаж тензодатчиков над взвешиваваемой платформой несколько сложнее. При этом однако практически отпадает опасность загрязнения. В системах с 4 тензодатчиками они монтируются либо сверху на ограждении/клетке, либо на боковых стенках. Кроме того существуют конструктивные решения для 2 или даже 1 тензодатчика. Во избежание односторонних нагрузок (неравномерная, наклонная, угловая) используются направляющие. В качестве материала для их изготовления рекомендуется тефлон (PTFE). Момент трения покоя (μН) и момент трения скольжения (μG) лежат в районе 0,04. Возникающая при этом тормозящая сила, действующая параллельно датчику невелика и при профессиональном монтаже практически не сказывается на результатх взвешивания.

Выбор диапазона измерения тензодатчика:
При использовании 4 тензодатчиков – на каждый датчик приходится 1/4 общей нагрузки(веса).
Общая нагрузка (вес) - брутто = вес тары (собственный вес платформы с решеткой ограждения) + нетто (макс. вес взвешиваемых животных).
Соответственно при использовании 2 тензодатчиков – 1/2 общей нагрузки, при одном датчике – полная нагрузка.

Во всех случаях центром тяжести является центр весовой платформы. Животные однако двигаются, иногда даже с полной силой давят на боковые стенки в результате чего центр тяжести смещается и отдельные датчики могут быть перегружены, см. схемы 1, 2, 3.

Такие случаи необходимо учитывать. Необходимо контролировать предельно допустимую нагрузку тензодатчиков. При необходимости, выбирать датчик с более высокой номиральной нагрузкой. Не следует однако выбирать слишком большую номинальную нагрузку т.к. в этом случае измеряемый сигнал будет настолько мал, что придется изменять шаг индикации на весовой электронике.

Кабели тензодатчиков не отрезать или же укорачивать на одинаковую длину. Кабели являются составной частью тензодатчика и учитываются при калибровке. К взвешиванию можно приступить лишь через некоторое время после включения датчика. Время «разогрева» тензодатчика зависит от формы датчика, напряжения питания, сопротивления, температуры окружающей среды. Хотя тензодатчики температурно компенсированы, необходимо несколько минут для равномерного прогревания измерительной зоны.

Весы для взвешивания животных при небольших технических навыках и понимании можно сконструировать и в «домашних» условиях. Важными составными частями их являются тензодатчики и преобразующие приборы. Балочные весы при этом имеют то преимущество, что их можно использовать также в качестве платформенных или паллетных весов. Это значительно экономит пользователю затраты.

При использовании весов на предприятии, необходимо применять датчики индустриального стандарта. Дешевые тензодатчики массового производства, используемые в хозяйственных или персональных весах для этого не походят. Они не обладают достаточным качеством. В случае использования весов для животных в качестве торговых, должны применяться ОIМL-сертифицированные (или же поверочные ) весы. Тензодатчики индустриального стандарта часто обладают большей точностью чем ОIМL-сертицицированные, т.к. в индустиальном секторe, как правило, востребованна большая точность, чем в комерческом.