Характеристики тензодатчиков: полный гид по паспорту с примерами

Разборщик паспорта: 25 строк, 5 групп

Паспорт любого весового тензодатчика делится на пять групп. Метрология отвечает за точность, электрика — за подключение и диагностику, условия эксплуатации — за температуру и влагу, прочность — за перегрузки, конструкция — за монтаж. Выберите модель: таблица подставит её цифры из паспорта, а колонка «Что это значит» переведёт их на язык весов.

% РКП и % НПИ: как перевести паспорт в килограммы

В паспортах встречаются две базы для процентов:

• % РКП — от рабочего коэффициента передачи, то есть от сигнала датчика на полной нагрузке. Так заданы общая ошибка, ползучесть, неповторяемость, нелинейность, баланс нуля и температурные уходы.
• % НПИ — от наибольшего предела измерений. Так заданы предельная и разрушающая нагрузки: 150 % НПИ у датчика на 2 т — это 3 т.

Раз РКП — это сигнал при нагрузке, равной НПИ, то 1 % РКП соответствует 1 % НПИ в килограммах. Погрешность в процентах от РКП не зависит от того, сколько сейчас лежит на весах: 0,02 % РКП у датчика на 500 кг — это 0,1 кг и при 50 кг груза, и при 450 кг. Поэтому датчик на слишком большой номинал «теряет» точность на малых грузах.

Проверка на одной точке: датчик 1000 кг, 2 мВ/В, 10 В — на НПИ сигнал 20 мВ. 0,02 % от него — 4 мкВ, или 0,2 кг. При грузе 300 кг это 0,067 % от показания.

НПИ — номинальная нагрузка (Emax)

НПИ (наибольший предел измерений, в документах OIML — Emax) — наибольшая нагрузка, на которую рассчитан датчик и при которой гарантированы паспортные характеристики. Датчик может долго работать на НПИ без потери точности, а выше — уже зона перегрузки (см. раздел «Предельная и разрушающая нагрузка»).

Ряды номиналов у каждой модели свои. По паспортам Sierra:

По паспортам моделей в карточках каталога Sierra, сентябрь 2026. Какие номиналы есть на складе — в карточке товара.

Как выбрать номинал

Нагрузка на один датчик складывается из полезного груза и «мёртвого» веса (платформа, бункер, ёмкость), делённых на число опор. Затем закладывают запас: груз ставят не по центру, заезжают колёсами на край, роняют паллету. Практическое правило — чтобы в обычной работе датчик был нагружен не более чем на 70–80 % НПИ. При ударных нагрузках и проезде техники запас берут больше.

Но и завышать номинал нельзя: погрешности в паспорте привязаны к НПИ, и датчик на 10 т под грузом 300 кг даст ту же абсолютную ошибку, что под 10 т. Кроме того, растёт vmin — минимальный шаг весов (см. vmin).

Чувствительность (РКП), мВ/В

РКП — рабочий коэффициент передачи: сигнал датчика на полной нагрузке в милливольтах на каждый вольт питания. У моделей Sierra — 2,0 мВ/В (большинство), 3,0 мВ/В (SH8C, SB8C, SH9F) и 1,5 мВ/В (SBM14D). Сигнал пропорционален и нагрузке, и питанию:

U_вых = РКП × U_пит × (F / НПИ)

Датчик 2 мВ/В при 10 В выдаёт 20 мВ на полной нагрузке, при 5 В — 10 мВ. Чем выше РКП, тем сильнее сигнал и тем меньше влияние шумов, но на точность датчика это не влияет: точность задают класс и погрешности.

Допуск РКП: ±0,004 и ±0,15 — в чём разница

Вторая цифра — допуск, с которым выставлен РКП на заводе. У балок, S-образных и колонных датчиков Sierra — ±0,002…±0,004 мВ/В: их ставят по несколько штук под одну платформу, и чем ближе РКП, тем меньше разброс по углам. В паспорте SH8C отдельно сказано, что в весовом комплекте датчики подобраны по РКП с точностью до 0,0001 мВ/В. У одноточечных SL6 допуск шире (±0,1…±0,15): датчик в весах один, и его сигнал всё равно калибруют терминалом.

Разброс, который остаётся после подбора, убирают юстировкой углов в соединительной коробке — пошагово это описано в статье «Как подключить тензодатчик».

Класс точности и максимальное число поверочных интервалов

Класс точности датчика по ГОСТ 8.631–2013 (это OIML R60) записывают буквой и числом: C3 — класс C, n_max = 3000 поверочных интервалов. Буква говорит, для весов какого класса датчик подходит (C — средний класс III: торговые, платформенные, автомобильные, бункерные), а число — на сколько интервалов можно «разрезать» его диапазон без потери метрологии. В описании типа датчиков Sierra указаны классы C1, C2 и C3 с n_max 1000, 2000 и 3000.

Пределы допускаемой погрешности (mpe) датчика класса C по описанию типа Sierra, где v = НПИ / n_max:

Это 70 % от пределов погрешности самих весов класса III (±0,5 e, ±1 e, ±1,5 e): доля датчика в бюджете весов p_LC = 0,7, остальное остаётся на терминал и конструкцию.

vmin — минимальный поверочный интервал

v_min — наименьший шаг, с которым датчик ещё сохраняет метрологические свойства. В паспорте он задан дробью «НПИ / Y»: чем больше Y, тем мельче шаг. У датчика SH8C на 1 т с v_min = НПИ / 10000 это 0,1 кг, у SH3 на 1 т с НПИ / 7500 — 0,133 кг.

У моделей Sierra по паспортам Y = 5000 (SH2D4), 7500 (большинство), 10000 (SH8C, SBM14D) и 12000 (SHM14K, SBM14G).

v_min не надо путать с n_max: n_max ограничивает число делений весов, v_min — размер одного деления. При нескольких датчиках их шумы складываются случайно, поэтому по ГОСТ OIML R 76-1 шаг весов e должен быть не меньше v_min × √N, где N — число датчиков.

Полная проверка совместимости датчиков и весов (три условия OIML R76, включая нагрузку) — в интерактиве статьи «Что такое тензодатчик».

Общая ошибка: нелинейность + гистерезис

Общая ошибка (в англоязычных паспортах — combined error) — наибольшее отклонение реальной характеристики датчика от идеальной прямой с учётом сразу нелинейности и гистерезиса, то есть при нагружении и при разгрузке. У датчиков Sierra класса C3 по паспортам — не более ±0,020 % РКП, у SH2D4 и SBM14D (класс C2) — ±0,03 %.

Это самая удобная строка для прикидки: она уже включает основные составляющие и сразу переводится в килограммы. Датчик на 2 т: 0,02 % × 2000 кг = ±0,4 кг во всём диапазоне при постоянной температуре.

Нелинейность

Нелинейность — наибольшее отклонение характеристики при нагружении от прямой, проведённой через ноль и точку НПИ. Выражается в % РКП. Возникает из-за того, что упругий элемент и тензорезисторы деформируются не строго пропорционально; сильнее всего видна в середине диапазона. По паспортам Sierra: ±0,017 % у SH3, SB8C, SBM11, SHM9B, SH9F, SHM14K; ±0,010 % у SBM14G; ±0,02 % у SH2D4 и SBM14D. Пример: датчик на 100 кг с нелинейностью 0,02 % — отклонение до 0,02 кг.

Что снижает нелинейность: удачная геометрия упругого элемента, правильные узлы встройки (нагрузка строго по оси), калибровка весов по нескольким точкам в терминале и работа датчика в среднем диапазоне, а не у самого НПИ.

Гистерезис

Гистерезис — разность показаний при одной и той же нагрузке, достигнутой снизу (нагружение) и сверху (разгрузка). Причина — внутреннее трение в металле упругого элемента и в клеевом слое тензорезисторов. Пример из практики: на 500 кг при нагружении — 500,5 кг, при разгрузке — 499,8 кг, гистерезис 0,7 кг.

Отдельной строкой гистерезис указан только в паспорте SBM14G (±0,017 % РКП); у остальных моделей Sierra он входит в общую ошибку. На гистерезис влияют материал (легированная и нержавеющая сталь, алюминиевый сплав ведут себя по-разному), термообработка и история нагрузок: после перегрузок гистерезис растёт.

Неповторяемость

Неповторяемость — разброс показаний при многократном приложении одной и той же нагрузки в одинаковых условиях. У датчиков Sierra — не более ±0,01 % РКП. Это важнее всего в дозаторах и на фасовке: систематическую ошибку уберёт калибровка, а случайный разброс — нет.

На размах влияют не только датчики, но и монтаж: заедание в узлах встройки, трение платформы об упоры, мусор под опорой. Если весы «не повторяются» заметно хуже паспорта, начинают с механики.

Ползучесть

Ползучесть — изменение сигнала при постоянной нагрузке со временем. В паспорте — в % РКП за 30 минут. У моделей Sierra: 0,014 % (SH8C), 0,016 % (SH3, SBM11, SB8C, SHM14K), 0,0167 % (SL6D), 0,017 % (SBM14G), 0,02 % (остальные).

Ползучесть важна там, где груз стоит долго: бункеры, силосы, ёмкости, весы для выдержки. На торговых весах, где груз лежит секунды, её почти не видно. По описанию типа датчиков Sierra ползучесть за 30 минут не должна превышать 0,7 mpe, а за время между 20-й и 30-й минутами — 0,15 mpe: основной уход приходится на первые минуты.

Кривая на графике — модель экспоненциального ухода с постоянной времени ≈ 5 мин, показывает характер процесса. Паспорт гарантирует только конечное значение за 30 минут.

Баланс нуля (НКП)

НКП — начальный коэффициент передачи, или баланс нуля: сигнал датчика без нагрузки. У всех моделей Sierra по паспортам — в пределах ±1,0 % РКП. Для датчика 2 мВ/В при питании 10 В это до ±0,2 мВ на выходе без груза.

На точность НКП не влияет: ноль весов обнуляется терминалом. Но это главный диагностический параметр. Если на ненагруженном датчике сигнал ушёл за паспорт в несколько раз, упругий элемент получил остаточную деформацию (перегрузка, удар) или внутрь попала влага.

Как мерить: питание подано, датчик разгружен (снят с платформы или платформа поднята), мультиметр в режиме милливольт между зелёной и белой жилами. Подробная методика — в статье «Как проверить тензодатчик».

Температура: диапазоны и температурные уходы

В паспорте четыре температурные строки:

• Диапазон термокомпенсации — в нём датчик соответствует паспортной точности. У большинства моделей Sierra −10…+40 °C, у SHM9B, SH2D4 и SBM14D — −30…+40 °C.
• Рабочий диапазон — датчик работает и не повреждается, но погрешность от температуры может быть больше. У Sierra −35…+65 °C, у SBM14G — −40…+80 °C.
• Температурное отклонение РКП (ТК РКП, ТКЧ) — как меняется чувствительность, % РКП на 10 °C. Влияет на показания под грузом пропорционально нагрузке.
• Температурное отклонение НКП (ТК НКП, ТКН) — как уходит ноль, % РКП на 10 °C. Смещает все показания на одну величину; уход нуля терминал частично убирает автоматическим слежением за нулём.

Для автомобильных весов на улице ТК НКП и ТК РКП — одни из главных строк: перепад день/ночь 20–30 °C бывает обычным делом.

Расчёт по паспортным максимумам — худший случай. У реального датчика уходы обычно меньше и могут частично компенсировать друг друга; при нескольких датчиках они складываются не арифметически.

Входное и выходное сопротивление

Входное сопротивление — между жилами питания (у Sierra красная и чёрная), выходное — между сигнальными (зелёная и белая). Мост из четырёх тензорезисторов по 350 или 700 Ом даёт выходное сопротивление ровно номинал плеча. Входное обычно больше: последовательно с мостом стоят резисторы термокомпенсации и нормирования чувствительности.

Зачем это знать: сопротивления — самая быстрая проверка исправности мультиметром, а входное сопротивление задаёт ток, который датчики забирают у терминала. Четыре датчика по 380 Ом параллельно — это 95 Ом, при 5 В ток ≈ 53 мА; у терминала есть предел по числу и сопротивлению подключаемых датчиков.

Сопротивления в карточке на сайте и в паспорте могут немного различаться между партиями — ориентируйтесь на паспорт вашего датчика.

Сопротивление изоляции

Сопротивление между любой жилой (или всеми жилами, соединёнными вместе) и корпусом датчика. По паспортам Sierra — не менее 5000 МОм при 50 В, у SH2D4 — не менее 2000 МОм. Экран при этом не подключают к жилам.

Падение изоляции — первый признак влаги внутри датчика или в кабеле, задолго до явной неисправности: показания начинают «плыть» в сырую погоду, ноль не держится. Сотни мегаом — уже повод для тревоги, единицы мегаом — датчик, как правило, на замену.

Напряжение питания (возбуждения)

Напряжение, которое терминал подаёт на мост. В паспорте две цифры: рекомендуемое и максимальное. По паспортам Sierra:

Чем выше питание, тем сильнее сигнал (он пропорционален напряжению), но тем больше ток и нагрев тензорезисторов. Выше максимума — перегрев, дрейф нуля и риск повреждения. Весовые терминалы обычно питают датчики 5 В постоянного тока. Требования к стабильности питания снимает сама схема: терминал измеряет отношение сигнала к питанию.

Предельная и разрушающая нагрузка

• Предельная нагрузка (в OIML — Elim) — наибольшая нагрузка, после снятия которой датчик возвращается к паспортным характеристикам. У моделей Sierra — 150 % НПИ, у SBM14D — 200 %.
• Разрушающая нагрузка — при ней возможно механическое разрушение упругого элемента. У Sierra 200 % НПИ (SH8C, SH8C4, SHM9B, SBM14G, SH2D4, одноточечные) или 300 % (SH3, SB8C, SBM11, SH9F, SHM14K, SBM14D).

Между 150 и 200–300 % — зона, где датчик не сломается, но может получить остаточную деформацию: уйдёт ноль, появится нелинейность. Обратите внимание: динамический удар создаёт силу в несколько раз больше веса груза. Мешок в 50 кг, сброшенный на платформу, легко даёт кратковременные сотни килограммов на датчик.

Оценка по упругому удару без демпфирования: F = m·g·(1 + √(1 + 2h/δ)), где δ — статический прогиб под этим грузом. Прогиб датчика и платформы на НПИ — доли миллиметра; уточните по конструкции. Реальная сила меньше из-за упругости груза и резиновых прокладок, но порядок величин показателен.

Степень защиты IP

Код IP по ГОСТ 14254-2015 (IEC 60529): первая цифра — защита от пыли (6 — пыленепроницаемо), вторая — от воды. У датчиков Sierra по паспортам — IP65 (одноточечные алюминиевые), IP67 (SH8C, SH3, SH9F, SH2D4) и IP68 (SBM11, SHM9B, SHM14K, SBM14G, SBM14D; SB8C — IP67/IP68).

IP говорит о корпусе и кабельном вводе. Сам кабель, клеммная коробка и место соединения должны быть защищены не хуже, иначе вода пойдёт по кабелю внутрь.

Кабель и подключение

В паспорте указаны длина, тип (у всех моделей Sierra — 4-жильный экранированный, диаметр 4,2–6,3 мм) и распиновка. Цвета жил у датчиков Sierra одинаковы: красный — питание +, чёрный — питание −, зелёный — сигнал +, белый — сигнал −, прозрачный — экран.

Длину кабеля четырёхпроводного датчика не меняют: сопротивление жил учтено при заводской настройке чувствительности и температурной компенсации. Лишнее сматывают в бухту. Длина по паспортам: от 0,35–3 м у SL6D до 12–16 м у SHM9B и SHM14K и 20 м у SBM14D; у SH8C — 4 м (0,5–2 т) и 6 м (2,5–10 т).

Шестипроводную схему (с линиями SEN±) используют на длинной линии от сумматора до терминала. Схемы, перемычки и расчёт потерь в кабеле — в статье «Как подключить тензодатчик».

Материал и конструкция

У одноточечных датчиков в паспорте есть ещё две строки: размер платформы (SL6D — 350 × 350 мм, SL6E — 400 × 500, SL6E3 — 500 × 500, SL6W — 600 × 600) и угловая коррекция — 0,02 % от нагрузки на 100 мм смещения груза от центра. Одноточечный датчик сам компенсирует положение груза на платформе, но только если платформа не больше паспортной.

Тип упругого элемента определяет способ установки: одноопорную балку крепят болтами с одного конца, S-образный работает на растяжение и сжатие, колонный стоит на опорных чашках. Обзор типов с 3D-моделями — в статье «Что такое тензодатчик».

Сравнение моделей Sierra по паспортам

Все цифры ниже — из паспортов (PDF в карточках каталога). Нажмите на заголовок столбца, чтобы отсортировать, или выберите две модели для сравнения по строкам: лучшее значение подсвечивается.

«—» — параметр не указан в паспорте отдельной строкой. Номиналы: SH9F — в тысячах фунтов (klb), как в паспорте.

Бюджет погрешности: сложим всё вместе

Строки паспорта удобно сложить в одну оценку: сколько килограммов может «набежать» у весов с конкретными датчиками при вашей температуре и времени выдержки. Независимые составляющие складывают квадратично (корень из суммы квадратов), худший случай — арифметически.

Упрощённая инженерная оценка по паспортным максимумам: нуль после калибровки считается выставленным, ошибки датчиков одной модели — независимыми. Весы в целом поверяют по ГОСТ OIML R 76-1, там учитываются также терминал и конструкция.

Как выбрать датчик по паспорту: 8 шагов

1. Тип — по конструкции весов: одна точка опоры — одноточечный; платформа на 4 опорах — балки; подвес — S-образный; автовесы — двухопорные балки или колонные.
2. Номинал — нагрузка на датчик с учётом тары и неравномерности, 70–80 % НПИ в обычной работе (калькулятор).
3. Класс и n_max — не меньше числа делений весов: весам 3000 e нужен C3.
4. v_min — шаг весов e не меньше v_min × √N (калькулятор).
5. Температура — диапазон термокомпенсации покрывает условия, ТК НКП и ТК РКП приемлемы для перепада (калькулятор).
6. Ползучесть — критична для бункеров и ёмкостей, где груз стоит долго.
7. IP и материал — по среде (подбор).
8. Электрика — сопротивления и питание совместимы с терминалом, длины кабеля хватает до сумматора.

Подбор идёт только по паспортным данным 15 моделей из этой статьи. Тип датчика и конструкцию весов учитывайте отдельно; итоговый выбор согласуйте с инженером Sierra.

Семь ошибок при чтении паспорта

• Класс C3 — это 3000 интервалов, а не ±0,03 %.
• % РКП считают от сигнала на полной нагрузке, а не от показаний весов.
• Лишний запас по НПИ ухудшает точность на малых грузах и увеличивает v_min.
• Баланс нуля 1 % РКП убирается обнулением, на точность не влияет.
• Паспортная точность — только в диапазоне термокомпенсации.
• IP68 не означает стойкость к мойке горячей водой под давлением — это IP69.
• Кабель четырёхпроводного датчика не укорачивают.

Проверьте себя

Частые вопросы

Словарь терминов

НПИ (Emax)

Наибольший предел измерений — номинальная нагрузка датчика.

РКП

Рабочий коэффициент передачи — чувствительность, мВ/В, сигнал на НПИ на каждый вольт питания.

НКП

Начальный коэффициент передачи — баланс нуля, сигнал без нагрузки.

n_max

Максимальное число поверочных интервалов датчика; цифра в обозначении класса (C3 — 3000).

v, v_min

Поверочный интервал датчика и его наименьшее допустимое значение, задаётся как НПИ / Y.

e

Поверочный интервал весов.

mpe

Пределы допускаемой погрешности (maximum permissible error).

Общая ошибка

Совокупная погрешность от нелинейности и гистерезиса, % РКП.

Ползучесть

Изменение сигнала под постоянной нагрузкой за 30 минут, % РКП.

ТК РКП / ТК НКП

Температурные отклонения чувствительности и нуля, % РКП на 10 °C.

Предельная нагрузка (Elim)

Наибольшая нагрузка без необратимых изменений характеристик, % НПИ.

p_LC

Доля погрешности датчика в пределах погрешности весов; для датчиков Sierra — 0,7.

IP

Степень защиты оболочки от пыли и воды по ГОСТ 14254.

Источники

• Паспорта тензодатчиков Sierra SH8C, SH8C4, SB8C/SBM8C, SH3, SBM11, SHM9B, SH9F, SHM14K, SBM14G, SBM14D, SH2D4, SL6D, SL6E, SL6E3, SL6W — документы в карточках каталога Sierra.
• Описание типа средства измерений «Датчики весоизмерительные тензорезисторные Sierra» (приложение к сертификату об утверждении типа № 76409-19 от 06.12.2024) — классы, mpe, ползучесть, p_LC, v_min.
• ГОСТ 8.631–2013 (OIML R 60:2000) «Датчики весоизмерительные. Общие технические требования. Методы испытаний».
• ГОСТ OIML R 76-1–2011 «Весы неавтоматического действия».
• ГОСТ 14254–2015 (IEC 60529) — степени защиты IP.

Читайте также