2.1.2 Розробка конструкції чутливого елемента давача навантаження

Незважаючи на велику кількість виробників давачів навантаження, асортимент їх продукції досить вузький, і обмежується консольними балками вигину і зсуву, датчиками стиснення, датчиками типу « платформа» і S- образними датчиками розтягування і стиснення ( рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Основні типи тензоперетворювачів :

а ) консольна балка вигину ;

б) консольна балка зсуву;

в) давач типу « платформа» ;

г) давач стиснення ;

д) Б -подібний давач.

Як правило, всі ці тензодавачі складаються з цільного металевого пружного елемента, який одночасно є корпусом. У найбільш чутливому місці такого елемента розташовуються тензорезистори, що закриваються зовні, як правило, металевими кришками. У корпусі давача розташовується роз'єм або кабельний ввід для подключення до вторинної апаратури.

Кожен такий тензодавач зазвичай має чотири тензорезистора, включених в мостову схему. Деякі виробники включають в схему кілька додаткових тензорезисторов, що забезпечують температурну стабільність показів давача. Виводи з діагоналей моста підключаються до вторинної апаратури через кабель, довжина якого може становити до декількох десятків метрів.

Вторинна апаратура являє собою електронні блоки, що мають дисплей, клавіатуру, входи для підключення декількох тензодавачів та інтерфейсні роз'єми для підключення до ЕОМ. Таким чином, оператор може спостерігати на дисплеї чисельне значення прикладеної до кожного тензодавача навантаження і передавати цю інформацію в ЕОМ.

Головним недоліком таких тензодавачів є пасивний вихід. Тензорезисторний міст пов'язаний з джерелом живлення і вимірювальною схемою довгим кабелем, що робить давач сприйнятливим до впливу всіляких електромагнітних наведень і перешкод. Джерелами таких збурень є потужні електродвигуни, зварювальні агрегати і перетворювачі частоти. Зі зміною температури буде змінюватись опір проводів кабелю, що спричинить за собою додатковий температурний дрейф. Ці обставини ускладнюють використання пасивних тензодавачів на промислових об'єктах і знижують їх метрологічні характеристики.

Значно кращих експлуатаційних і метрологічних характеристик можна домогтися при конструюванні тензодавачів з активним вихідним сигналом. У цьому випадку на металевому пружному елементі розташовується електронна плата, яка перетворює опір в цифрий сигнал. Оскільки довжина сполучних проводів між тензорезистивним мостом і електронною платою мінімальна, такий тензодавач в значно меншому ступені вразливий для зовнішніх перешкод і коливань температури. З виходу електронної плати тензодавача надходить нормований цифровий сигнал, який не схильний до впливу опору підвідних проводів, електромагнітних та інших перешкод.

У бакалаврській роботі запропоновано використати тензорезисторний консольний вимірювальний перетворювач сили з активним вихідним сигналом. Пружний елемент вимірювального перетворювача - балка консольного типу (рис. 2.4).

Рисунок 2.4 - Тензорезисторний консольний давач ваги

Конфігурація балки розраховувалася з використанням методів комп'ютерного моделювання, що дозволило забезпечити номінальну і рівномірну деформацію на ділянках розташування тензорезисторів. Ділянки з тензорезисторами знаходяться у заглибленнях і зверху закриваються металевими кришками, завдяки чому давач надійно захищається від механічних пошкоджень. Електронна плата розміщується безпосередньо на балці під захисним металевим кожухом. Така конструкція дозволяє застосувати давач в умовах промислових об'єктів, де можуть бути різні джерела електромагнітних завад: потужні електродвигуни, зварювальні агрегати, комутуюча апаратура.

Застосування спеціальних алгоритмів перетворення забезпечує стабільність вихідного сигналу давача в широкому діапазоні температур навколишнього середовища, а також придушити вплив мережевої перешкоди частотою 50 Гц.

У роботі пропонується застосувати вимірювальний перетворювач ДВ-02. Технічні характеристики запропонованого давача навантаження наводяться в таблиці 2.1.

Таблица 2.1 - Технічні характеристики

	ДВ-02
Номінальне зусилля:	2000 Н
Роздільна здатність:	0,5 Н
Повна приведена похибка, не більше:	0,5%
Напруга живлення:	24В
Діапазон робочих температур:	-40...85°С
Габаритні розміри, мм:	215х22х55
Вихідний сигнал: - Цифровий інтерфейс - Аналоговий струмовий	RS - 485 4.20 мА
Максимальна довжина кабелю:	500…800 м
Максимальний споживаний струм, не більше:	0,1 А