Взвешенное решение для Вашего Бизнеса
г. Москва, Дмитровское шоссе, 71Б
Пн-Чт: 10:00-18:00
Пт: 10:00-17:00
Сб-Вс: Выходной
г. Москва, Москва, Дмитровское шоссе , 71 Б
Пн-чт 10:00-18:00
Пт 10:00-17:00
Заказать звонок
Войти

Как подключить тензодатчик?Схема подключения, распиновка Sierra.market

18 мар 2022
#Тензодатчики
В данной статье мы рассмотрим общие правила подключения тензодатчиков. Схема подключения 4-х жильных, 6-ти жильных кабелей тензодатчиков. Соединение тензодатчиков через суммирующую(сводящую) коробку. Правила заземления и общие правила монтажа.
Как подключить тензодатчик? (схема подключения, распиновка)



Если Вы ошибочно попали на эту страницу, а на самом деле хотели купить тензодатчик, по ссылке можете перейти в каталог.
⚠️ ВАЖНО: Неправильное подключение тензодатчика гарантированно приводит к некорректным показаниям весов и риску выхода из строя дорогостоящего оборудования! Эта статья содержит исчерпывающую информацию по правильному монтажу и подключению тензометрических датчиков.

В промышленных весоизмерительных системах тензодатчик является ключевым компонентом, преобразующим механическую нагрузку в электрический сигнал. От правильности подключения тензометрического датчика напрямую зависит точность измерений и долговечность всего оборудования. В этом подробном руководстве мы рассмотрим все аспекты подключения тензодатчиков - от принципа работы до практических схем монтажа.

1. Принцип работы тензодатчика

Основой работы любого тензометрического датчика является тензоэффект - свойство проводника изменять свое электрическое сопротивление при механической деформации. Этот физический принцип был открыт еще в XIX веке, но свое практическое применение в промышленных измерениях нашел только в середине XX века.

Конструкция современного тензодатчика включает несколько ключевых элементов:

Устройство тензометрического датчика:

Упругий элемент - металлическая конструкция (балка, мембрана, колонна), которая деформируется под действием нагрузки. Этот элемент изготавливается из специальных сплавов с высоким пределом упругости.

Тензорезисторы - миниатюрные резисторы из металлической фольги, которые наклеиваются на упругий элемент в местах максимальной деформации. При деформации основания длина и сечение проводника тензорезистора изменяются, что приводит к изменению его электрического сопротивления.

Мостовая схема Уинстона - электрическая схема, в которой четыре тензорезистора соединены в мостовую конфигурацию. При отсутствии нагрузки мост сбалансирован, и выходное напряжение равно нулю. При приложении нагрузки баланс моста нарушается, и на выходе появляется сигнал, пропорциональный величине деформации.

Защитный корпус - герметичный корпус, защищающий чувствительные элементы тензодатчика от влаги, пыли и механических повреждений. В зависимости от условий эксплуатации, корпуса имеют различную степень защиты IP.

Кабельный ввод - специальное герметичное соединение для подключения кабеля к тензометрическому датчику, обеспечивающее защиту от попадания влаги внутрь корпуса.

Чувствительность тензодатчика выражается в милливольтах на вольт (мВ/В) и обычно составляет 1-3 мВ/В. Это означает, что при номинальном напряжении питания 10 В и полной нагрузке выходное напряжение датчика составит 10-30 мВ. Такие слабые сигналы требуют особого внимания при подключении и защите от помех.

2. Критические правила монтажа тензометрических датчиков

Правильная установка тензодатчика - залог его долгой и точной работы. Нарушение этих правил может привести к необратимым повреждениям даже самого качественного тензометрического датчика:

Обязательные правила монтажа:

Защита от механических повреждений - тензодатчики являются прецизионными приборами. Никогда не бросайте датчик, не допускайте ударов по корпусу, не роняйте прибор. При транспортировке используйте оригинальную упаковку.

Правильное обращение с кабелем - не поднимайте тензометрический датчик за кабель, избегайте резких изгибов и натяжения проводов. Минимальный радиус изгиба кабеля должен быть не менее 5-8 его диаметров.

Защита от сварочных токов - завершите все сварочные работы до установки тензодатчиков. Сварочный ток, проходящий через датчик, мгновенно выводит его из строя. Если сварка неизбежна после установки, отсоедините кабели от всех датчиков и закоротите их концы.

Подготовка посадочных мест - поверхности, на которые устанавливается тензометрический датчик, должны быть тщательно очищены, выровнены и проверены на параллельность. Используйте строительный уровень высокой точности.

Правильный инструмент - для проверки и настройки тензодатчика потребуется качественный мультиметр с высоким входным сопротивлением (не менее 10 МОм) и функцией измерения милливольт. Для проверки изоляции необходим мегаомметр.

Документация - всегда имейте под рукой технический паспорт и сертификат калибровки тензометрического датчика. В документации указаны номинальные значения сопротивлений, которые понадобятся при проверке.

Условия окружающей среды - калибровку и первоначальную настройку тензодатчика следует проводить в помещении со стабильной температурой, без сквозняков и вибраций. Температура должна соответствовать рабочему диапазону датчика.

3. Схемы подключения тензодатчиков

Выбор схемы подключения тензометрического датчика зависит от его типа, расстояния до измерительного прибора и требований к точности. Рассмотрим две основные схемы подключения тензодатчиков.

3.1. Четырехпроводная схема подключения тензодатчика

Четырехпроводная схема является наиболее распространенным способом подключения тензометрических датчиков на небольших расстояниях (до 15-20 метров). Основные характеристики:

Проводная конфигурация:

Красный: Exc+ (Питание +)

Черный: Exc- (Питание -)

Зеленый: Sig+ (Сигнал +)

Белый: Sig- (Сигнал -)

Принцип работы четырехпроводного тензодатчика основан на подаче стабилизированного напряжения питания на входные клеммы (Exc+ и Exc-) и снятии пропорционального нагрузке сигнала с выходных клемм (Sig+ и Sig-).

Преимущества четырехпроводной схемы:

  • Простота подключения
  • Меньшее количество проводов в кабеле
  • Подходит для большинства стандартных применений
  • Более низкая стоимость кабеля и разъемов

Недостатки четырехпроводного подключения тензодатчика:

  • Чувствительность к сопротивлению кабеля
  • Падение напряжения на длинных линиях
  • Влияние температуры на точность измерений
  • Необходимость точного соответствия длины кабеля

Важное правило: Кабель четырехпроводного тензометрического датчика нельзя произвольно укорачивать или наращивать! Это неизбежно приведет к изменению характеристик прибора. Если наращивание неизбежно, используйте кабель того же типа, сечения и материала.

4-проводная схема подключения тензодатчика

3.2. Шестипроводная схема подключения тензодатчика

Шестипроводная схема подключения тензометрического датчика используется в случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность измерений на значительных расстояниях (более 20 метров) или в условиях сильных электромагнитных помех.

Проводная конфигурация:

Красный: Exc+ (Питание +)

Черный: Exc- (Питание -)

Зеленый: Sig+ (Сигнал +)

Белый: Sig- (Сигнал -)

Синий: Sense+ (Сенсор +)

Желтый: Sense- (Сенсор -)

Дополнительные сенсорные провода (Sense+ и Sense-) подключены непосредственно к измерительному мосту внутри тензодатчика и позволяют измерительному прибору компенсировать падение напряжения в силовых проводах питания.

Принцип компенсации в шестипроводном тензометрическом датчике:

Измерительный прибор подает напряжение питания по проводам Exc+ и Exc-.

Через сенсорные провода Sense+ и Sense- прибор измеряет фактическое напряжение на мосту Уинстона.

Если фактическое напряжение меньше требуемого, прибор автоматически увеличивает выходное напряжение.

Благодаря этому компенсируется падение напряжения в проводах питания.

Преимущества шестипроводного подключения тензодатчика:

  • Компенсация падения напряжения в проводах питания
  • Независимость точности от длины кабеля
  • Устойчивость к температурным изменениям сопротивления проводов
  • Возможность использования кабелей длиной до 1000 метров
  • Более высокая точность измерений

Недостатки шестипроводной схемы:

  • Более сложное подключение
  • Требуется измерительный прибор с поддержкой шестипроводной схемы
  • Более высокая стоимость кабеля
6-проводная схема подключения тензодатчика

4. Маркировка проводов тензодатчика

Правильное определение назначения проводов - критически важный этап подключения тензометрического датчика. Большинство производителей придерживаются стандартной цветовой маркировки, но возможны исключения.

4.1. Распиновка 4-жильного кабеля тензодатчика

Стандартная цветовая схема для четырехпроводного тензодатчика:

Красный - Exc+ (Питание +)

Черный - Exc- (Питание -)

Зеленый - Sig+ (Сигнал +)

Белый - Sig- (Сигнал -)

Возможные варианты цветовой маркировки:

  • Некоторые производители используют синий вместо белого для Sig-
  • В датчиках американского производства может использоваться комбинация: красный (Exc+), белый (Exc-), зеленый (Sig+), синий (Sig-)
  • В высокоточных тензометрических датчиках может использоваться экранирующая оплетка кабеля

4.2. Распиновка 6-жильного кабеля тензодатчика

Стандартная цветовая схема для шестипроводного тензодатчика:

Красный - Exc+ (Питание +)

Черный - Exc- (Питание -)

Зеленый - Sig+ (Сигнал +)

Белый - Sig- (Сигнал -)

Синий - Sense+ (Сенсор +)

Желтый - Sense- (Сенсор -)

Особенности сенсорных проводов:

  • Sense+ подключен внутри датчика к той же точке, что и Exc+
  • Sense- подключен внутри датчика к той же точке, что и Exc-
  • Сенсорные провода не несут значительного тока, поэтому могут быть меньшего сечения
  • В некоторых тензометрических датчиках вместо желтого может использоваться коричневый провод для Sense-

4.3. Соединение разных типов кабелей тензодатчиков

В практике часто возникает необходимость подключить тензодатчик с одним типом кабеля к оборудованию, рассчитанному на другой тип подключения.

Соединение 4-жильного тензодатчика с 6-жильным оборудованием

Схема соединения 4-проводного тензодатчика

При подключении четырехпроводного тензометрического датчика к шестипроводному входу измерительного прибора:

Подключите провода питания и сигнала напрямую: Красный → Exc+, Черный → Exc-, Зеленый → Sig+, Белый → Sig-

Установите перемычки: Красный (Exc+)Синий (Sense+)

Установите перемычки: Черный (Exc-)Желтый (Sense-)

Соединение 6-жильного тензодатчика с 4-жильным оборудованием

Схема соединения 6-проводного тензодатчика

При подключении шестипроводного тензометрического датчика к четырехпроводному входу:

Подключите основные провода: Красный → Exc+, Черный → Exc-, Зеленый → Sig+, Белый → Sig-

Установите перемычку: Красный (Exc+)Синий (Sense+)

Установите перемычку: Черный (Exc-)Желтый (Sense-)

Изолируйте неиспользуемые сенсорные провода, чтобы избежать короткого замыкания

4.4. Определение распиновки тензодатчика без документации

Если документация к тензометрическому датчику утеряна, а цветовая маркировка нестандартная, распиновку можно определить с помощью мультиметра:

Методика определения проводов тензодатчика:

Отключите тензодатчик от всех устройств и подготовьте мультиметр в режиме измерения сопротивления (Ом).

Измерьте сопротивление между всеми возможными парами проводов. Для 4-проводного датчика выполните 6 измерений, для 6-проводного - 15 измерений.

Найдите пару проводов с наибольшим сопротивлением (обычно 350 Ом, 700 Ом или 1000 Ом) - это провода питания (Exc+ и Exc-).

Найдите пару проводов со средним значением сопротивления (близким к значению моста) - это сигнальные провода (Sig+ и Sig-).

Для шестипроводного тензометрического датчика найдите два провода, которые показывают очень низкое сопротивление (близкое к 0 Ом) при подключении к Exc+ и Exc- соответственно - это Sense+ и Sense-.

Для определения полярности внутри пар: подайте стабилизированное напряжение 5-10 В на предполагаемые Exc+ и Exc- и измерьте напряжение между предполагаемыми Sig+ и Sig-. Если показания положительные - полярность определена верно.

5. Заземление и экранирование тензометрических систем

Правильное заземление и экранирование - обязательное условие для стабильной работы тензодатчиков. Слабый сигнал тензометрического датчика (обычно 0-30 мВ) крайне чувствителен к электромагнитным помехам.

Система заземления для тензодатчиков:

Используйте кабель с металлическим экраном (оплеткой или фольгой с дренажным проводом) для всех тензометрических датчиков.

Заземляйте экран ТОЛЬКО С ОДНОЙ СТОРОНЫ - обычно со стороны измерительного прибора или балансировочной коробки. Заземление с двух сторон создает "земляную петлю".

Подключите экран к надежной точке защитного заземления (PE) в электрощите. Никогда не используйте "ноль" (N) в качестве заземления!

Для металлических корпусов тензодатчиков соедините корпус с экраном кабеля и заземлите через тот же провод PE.

В системах с несколькими тензометрическими датчиками соедините экраны всех кабелей внутри балансировочной коробки и заземлите в одной точке.

Используйте ферритовые фильтры на кабелях вблизи клемм контроллера для подавления высокочастотных помех.

Последствия неправильного заземления тензодатчиков:

  • Дрейф нулевой точки
  • Случайные колебания показаний
  • Нестабильность измерений
  • Повышенная чувствительность к включению соседнего оборудования
  • Полное искажение результатов взвешивания

6. Подключение нескольких тензодатчиков через балансировочную коробку

В весовых системах с несколькими точками опоры (платформенные весы, бункерные весы, автомобильные весы) используется несколько тензодатчиков, сигналы которых необходимо суммировать и балансировать.

Зачем нужна балансировочная коробка для тензометрических датчиков?

  • Разные тензодатчики имеют небольшие различия в характеристиках, даже из одной партии
  • Нагрузка на платформе распределяется неравномерно
  • Механическая конструкция весов может иметь перекосы
  • Без балансировки показания зависят от положения груза на платформе

Подключение тензодатчиков к балансировочной коробке:

Каждый тензометрический датчик подключается к коробке отдельным кабелем

Питание (Exc+ и Exc-) от контроллера подается на общие шины внутри коробки

Сигнальные провода (Sig+ и Sig-) от каждого датчика подключаются к балансировочным резисторам

Суммарный сигнал (Sum Sig+ и Sum Sig-) передается на весовой терминал

Экраны всех кабелей соединяются вместе и заземляются в одной точке

Процедура балансировки системы с тензодатчиками:

Установите весы на ровное основание и убедитесь, что платформа свободно лежит на датчиках

Снимите всю нагрузку с весов и обнулите показания на терминале

Поместите эталонный груз (20-30% от максимальной нагрузки) последовательно в зону каждого тензодатчика

Регулируйте подстроечные резисторы для каждого канала, пока показания не будут одинаковыми для каждого положения груза

После балансировки выполните полную калибровку весовой системы

7. Цифровые тензодатчики и интеграция с автоматизированными системами

Современные тензометрические датчики все чаще выпускаются в цифровом исполнении, что открывает новые возможности для интеграции в автоматизированные системы.

Особенности цифровых тензодатчиков:

  • Встроенный АЦП (аналого-цифровой преобразователь)
  • Микропроцессор для обработки сигнала
  • Цифровые интерфейсы передачи данных (RS-485, CANopen, Ethernet)
  • Встроенная память для хранения калибровочных данных
  • Возможность удаленной диагностики и настройки

Подключение тензодатчика к системе Arduino:

Подключите провода питания тензодатчика к стабилизированному источнику 5V или 10V

Подключите сигнальные провода к усилителю для тензодатчиков (HX711)

Соедините усилитель с аналоговыми входами Arduino

Установите библиотеку для работы с тензодатчиками (HX711_ADC)

Напишите скетч для калибровки и считывания показаний

Реализуйте дополнительные функции: тарирование, усреднение, фильтрацию

Программные функции для работы с тензометрическими датчиками:

  • Автоматическая калибровка с использованием эталонных грузов
  • Температурная компенсация показаний
  • Фильтрация высокочастотных помех
  • Усреднение показаний за период времени
  • Автоматическое определение нулевой точки
  • Сохранение калибровочных коэффициентов в EEPROM

8. Эксплуатация и обслуживание тензометрических датчиков

Правильная эксплуатация тензодатчиков значительно увеличивает их срок службы и сохраняет точность измерений.

Правила эксплуатации тензометрических датчиков:

Не превышайте максимальную нагрузку на тензодатчик (150% от номинальной обычно вызывает необратимую деформацию)

Защищайте датчики от боковых нагрузок и крутящих моментов, для которых они не предназначены

Обеспечьте соответствие условий эксплуатации классу защиты IP датчика

Регулярно очищайте тензометрический датчик от пыли и загрязнений сжатым воздухом

Не используйте агрессивные химические вещества для очистки корпуса датчика

Проводите периодическую поверку и калибровку весовой системы (рекомендуется 1 раз в год)

Контролируйте состояние кабелей и соединений

Типичный срок службы тензодатчиков: 5-10 лет при правильной эксплуатации. Факторы, сокращающие срок службы:

  • Постоянные перегрузки
  • Ударные нагрузки
  • Работа в агрессивных средах без соответствующей защиты
  • Частые циклы заморозки/разморозки
  • Воздействие вибраций, превышающих допустимые значения

9. Диагностика неисправностей тензодатчиков

При появлении проблем в работе весовой системы первым шагом должна быть диагностика тензометрических датчиков.

Методика проверки тензодатчика:

Проверка сопротивления изоляции: Измерьте сопротивление между каждым проводом и экраном/корпусом мегаомметром (должно быть > 1000 МОм)

Проверка входного сопротивления: Измерьте сопротивление между Exc+ и Exc- (должно соответствовать паспортному значению ±1%)

Проверка выходного сопротивления: Измерьте сопротивление между Sig+ и Sig- (должно соответствовать паспортному значению ±1%)

Проверка сопротивления утечки: Измерьте сопротивление между Exc+ и Sig+, Exc+ и Sig-, Exc- и Sig+, Exc- и Sig- (должно быть > 5000 Ом)

Проверка нулевого сигнала: Подайте номинальное напряжение питания и измерьте выходное напряжение без нагрузки (должно быть в пределах ±1% от номинального выходного сигнала)

Проверка реакции на нагрузку: Подайте известную нагрузку и убедитесь, что изменение сигнала пропорционально приложенной силе

Типичные неисправности тензометрических датчиков:

  • Обрыв тензорезисторов (бесконечное сопротивление)
  • Короткое замыкание в мостовой схеме (нулевое сопротивление)
  • Повреждение изоляции (низкое сопротивление изоляции)
  • Механическое повреждение упругого элемента (нелинейность характеристики)
  • Повреждение кабеля (обрыв или короткое замыкание проводов)
  • Попадание влаги внутрь корпуса (дрейф показаний)

10. Типичные ошибки подключения тензодатчиков

Избегайте этих распространенных ошибок при работе с тензометрическими датчиками:

Частые ошибки при подключении тензодатчиков:

Перепутаны провода питания и сигнала при подключении тензодатчика

Неправильная полярность подключения питания к тензометрическому датчику

Использование неэкранированного кабеля или неправильное заземление экрана

Параллельное подключение нескольких тензодатчиков без балансировочной коробки

Неправильное соединение 4-х и 6-проводных компонентов системы

Подача слишком высокого напряжения питания на тензодатчик

Использование длинных кабелей без соответствующей компенсации

Пренебрежение температурной компенсацией в условиях переменных температур

Последствия ошибок подключения:

  • Неправильные показания весов
  • Нестабильность измерений
  • Выход из строя тензодатчика
  • Повреждение весового терминала
  • Необходимость дорогостоящего ремонта
  • Простой оборудования