Содержание
Сильфонный тензодатчик — коротко
Сильфонный тензодатчик — балочный датчик силы, у которого зона тензорезисторов закрыта гофрированной оболочкой из нержавеющей стали (сильфоном). Сильфон герметизирует датчик и почти не мешает упругой балке прогибаться, поэтому такой датчик точно работает на малых нагрузках — от единиц килограммов. В каталоге Sierra это SBM11: номиналы 5–500 кг, класс C3, IP68 по паспорту, работает на растяжение и сжатие. Его ставят в дозаторы, фасовочные машины, конвейерные и бункерные весы, лабораторные и испытательные стенды.
Ниже — что такое сильфон и зачем он нужен, паспорт SBM11 с расшифровкой, растяжение и сжатие, размеры и крепёж, где применяют, чем сильфонный датчик отличается от S-образного и одноточечного, подбор номинала, подключение к индикатору, дозатору и ПЛК, типичные ошибки. Интерактивы: подбор номинала SBM11, погрешности в граммах, сигнал на деление, выбор типа датчика, тренажёр ошибок, чек-лист и тест.
Что такое сильфон и зачем он тензодатчику
Сильфон — тонкостенная гофрированная трубка. Гофры делают её гибкой вдоль оси и в изгибе, но оболочка остаётся сплошной и непроницаемой. В тензодатчике сильфон надевают на рабочую зону упругой балки и приваривают по краям к массивным концам. Внутри остаются тензорезисторы и их проводка — закрытые от воды, пыли, моющих средств и конденсата.
Схема сильфонного датчика (упрощённо, сильфон показан в разрезе): неподвижный конец с кабелем крепится к основанию, нагрузка приходит на свободный конец, балка с отверстием-концентратором изгибается под сильфоном, тензорезисторы стоят над и под тонкими перемычками.
Что даёт сильфон
- Герметичность. Чувствительная зона закрыта сплошной металлической оболочкой, приваренной лазером, а не залита компаундом. По паспорту и ТУ Sierra класс защиты SBM11 — IP68. В карточке SBM11 указаны применения в тяжёлых условиях: щелочные и кислотные среды, мясокомбинаты и молокозаводы.
- Точность на малых нагрузках. Чтобы датчик на 5–20 кг давал полный сигнал 2 мВ/В, балка должна быть тонкой и податливой. Толстое покрытие или заливка забрали бы часть силы на себя и внесли гистерезис. Тонкий сильфон почти не нагружен и сохраняет точность класса C3.
- Нержавеющая сталь. Корпус и сильфон не ржавеют и выдерживают мойку — важно для пищевых и химических производств.
По ТУ Sierra SBM11 относится к семейству Bend beam — изгибная балка. Как тензорезисторы превращают деформацию в сигнал и почему их соединяют в мост, разобрано в статьях «Что такое тензодатчик» и «Мостовая схема подключения тензодатчиков».
SBM11: характеристики по паспорту
| Параметр | Значение (паспорт SBM11) | Что это значит |
|---|---|---|
| Номинальные нагрузки (НПИ) | 5; 10; 20; 30; 50; 100; 200; 300; 350; 500 кг | в каталоге Sierra — 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300 и 500 кг; исполнение 350 кг уточняйте у менеджера Sierra |
| Класс точности | C3 | по ГОСТ 8.631–2013 (OIML R 60) |
| Макс. число поверочных интервалов | 3000 | торговые весы класса III — до 3000 делений |
| Минимальный поверочный интервал vmin | НПИ / 7500 | на 20 кг — ≈ 2,67 г, на 500 кг — ≈ 66,7 г |
| Чувствительность (РКП) | 2,0 ± 0,004 мВ/В | разброс РКП мал: датчики легче согласовать в сумматоре |
| Общая ошибка / нелинейность | 0,020 / 0,017 % РКП | на 20 кг — до 4 г и до 3,4 г |
| Ползучесть за 30 мин | 0,016 % РКП | важно для долгого взвешивания, см. «Почему плавают весы» |
| Неповторяемость | 0,01 % РКП | разброс повторных взвешиваний одного груза |
| Температурное отклонение НКП / РКП | 0,017 / 0,012 % РКП на 10 °C | уход нуля и чувствительности при изменении температуры |
| Баланс нуля (НКП) | 1,0 % РКП | начальный сдвиг, убирается обнулением |
| Входное / выходное сопротивление | 365 ± 10 / 350 ± 3 Ом | до 8 датчиков 350 Ом на XK3190-C8+ |
| Сопротивление изоляции | ≥ 5000 МОм (50 В) | проверка — в статье «Как проверить тензодатчик мультиметром» |
| Питание рекомендуемое / максимальное | 5–12 В / 18 В | постоянное напряжение от индикатора |
| Предельная / разрушающая нагрузка | 150 / 300 % НПИ | кратковременный перегруз до 150 % без потери характеристик |
| Термокомпенсация / рабочие температуры | −10…+40 / −35…+65 °C | в диапазоне термокомпенсации действуют паспортные уходы |
| Класс защиты | IP68 | также в ТУ Sierra, табл. 1 |
| Кабель | 4-жильный экранированный Ø 5,7 мм, 3–3,5 м | в каталоге — исполнения с кабелем 3 м |
| Материал | нержавеющая сталь | корпус и сильфон |
Источник — паспорт SBM11 и таблица 1 ТУ 26.51.66-001-83071865-2018. В таблице характеристик карточки SBM11 на сайте указан класс защиты IP67, а в описании той же карточки, паспорте и ТУ — IP68. Если для вашей задачи важен именно IP68 (погружение, мойка под давлением), подтвердите исполнение у менеджера Sierra при заказе.
Паспорт SBM11 в граммах
Проценты от РКП легче понять в граммах. Выберите номинал и перепад температуры в цеху.
Расчёт: значение в % РКП × НПИ. Паспорт даёт предельные значения («не более»), в реальных датчиках они обычно меньше. Уход нуля и РКП — на каждые 10 °C, пропорционально перепаду; уход РКП — при полной нагрузке. Контрольная точка: 20 кг, 20 °C → общая ошибка 4 г, уход нуля 6,8 г, уход РКП 4,8 г.
Растяжение и сжатие
SBM11 — балка: один конец закреплён, на другой приходит сила. Если сила давит на свободный конец сверху — это сжатие, если тянет его вниз через подвес снизу — растяжение. Для балки оба случая — изгиб в одну и ту же сторону; разница в том, как устроен узел передачи силы.
- Направление силы — одно. Датчик калибруют в том направлении, в котором он работает. Реверс силы (то давит, то тянет) требует разных монтажных узлов; такую схему обсудите с менеджером Sierra до покупки.
- Знак сигнала. Если после монтажа вес идёт «в минус», датчик нагружают не в том направлении или перепутаны сигнальные жилы. Проверьте знак сигнала пробным грузом до калибровки.
- Боковые силы. Балка точна, когда сила вертикальна и проходит через отверстие свободного конца. Тягу подвеса делают с шарнирами или гибким звеном, опору — со сферической или качающейся поверхностью.
Размеры, подвес и крепёж
По паспорту у SBM11 нет резьбовых отверстий: датчик крепится болтами через три сквозных отверстия Ø 8,2 мм. Два отверстия — на неподвижном конце у кабельного ввода, одно — на нагружаемом конце. Размеры одинаковы для всех номиналов.
Габаритные и присоединительные размеры по паспорту SBM11, мм: общая длина 120; межосевые 18 (между отверстиями неподвижного конца) и 82 (до отверстия нагружаемого конца); от отверстия нагружаемого конца до торца — 10; Ø корпуса 31, Ø нагружаемого конца 27, Ø сильфона 43,5; ширина блоков 20, длина нагружаемого блока 21.
Как закрепить
- Неподвижный конец — двумя болтами к жёсткому основанию или кронштейну. Основание не должно прогибаться под нагрузкой: его прогиб датчик увидит как вес.
- Зазор. Между основанием и свободным концом нужна проставка: балка прогибается, и свободный конец не должен ни во что упираться. Сильфон не зажимают, не бьют и не используют как опору.
- Нагружаемый конец — одно отверстие: через него ставят опору, штырь, штангу подвеса или крепят ковш. Сила — по вертикали через ось отверстия.
- Крепёж. Класс прочности болтов, момент затяжки и готовые монтажные узлы для SBM11 паспорт не приводит. Узлы под задачу подберёт менеджер Sierra; общие правила — в статье «Монтаж тензодатчиков: узлы встройки, ножки, проушины».
Где применяют сильфонный датчик
| Применение | Как стоит SBM11 | На что смотреть |
|---|---|---|
| Дозаторы порошков, гранул, жидкостей | весовой ковш или бункер на 1–3 датчиках: на опоре или на подвесе | удар падающего продукта, вибрация питателя, гибкие вставки на входе и выходе |
| Фасовка и упаковочные машины | ковш на консоли датчика, 1 датчик на ковш; мультиголовочные машины — по датчику на каждую головку | малый номинал под реальную дозу, быстрый отклик, мойка |
| Конвейерные и ленточные весы | весовая роликоопора на двух датчиках | вибрация и пыль, боковые силы от ленты |
| Бункеры и ёмкости на подвесе | небольшой бункер на 3 датчиках с тягами на шарнирах | обвязка без жёстких связей; подробнее — «Взвешивание бункеров и ёмкостей» |
| Платформенные весы | 4 датчика под углами платформы | одинаковые номиналы, сумматор, калибровка по углам |
| Стенды и лабораторные установки | измерение силы на растяжение или сжатие | перевод в силу: F [Н] = m [кг] × 9,80665 |
Бункерные весы, дозаторы и конвейерные весы указаны в характеристиках карточки SBM11 («Применение, по виду весов»); платформенные весы — в паспорте и описании карточки; мясокомбинаты, молокозаводы, щелочные и кислотные среды — в описании карточки.
Подбор номинала SBM11
Номинал считают по брутто: ковш, бункер или платформа плюс продукт. Потом умножают на коэффициент динамики и делят на число датчиков, которые реально несут вес. Берут ближайший номинал вверх из ряда каталога. Слишком большой номинал тоже плох: сигнал малый, и точность на дозе падает. Общий порядок выбора любого датчика — в статье «Как выбрать тензодатчик».
F₁ = (тара + продукт) × k / N. Номинал — ближайший не меньше F₁ из исполнений SBM11 в каталоге Sierra: 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 500 кг. Загрузка по продукту — доля номинала, которую занимает сама доза: чем она больше, тем больше сигнала приходится на грамм. Коэффициент динамики — ориентир, окончательный запас определяет проектировщик. Контрольная точка: 3 + 10 кг, 1 датчик, ×1,5 → 19,5 кг → SBM11 на 20 кг.
Если на один датчик приходится больше 500 кг, SBM11 не подойдёт — увеличьте число датчиков или смотрите S-образные и балочные датчики на большие нагрузки.
Сигнал на деление: сколько микровольт на грамм
Индикатор видит не граммы, а микровольты. Полный сигнал SBM11 — 2 мВ на каждый вольт питания. Если датчиков несколько, их сигналы в сумматоре усредняются, и полный сигнал 2 мВ/В достигается при суммарной нагрузке N × НПИ. На одно деление шкалы приходится Uпит × 2 мВ/В × d / (N × НПИ). Чем меньше микровольт на деление, тем сильнее на показания влияют шум и дрейф.
Сигнал на деление = U × 2,0 мВ/В × d / (N × НПИ). Число делений n = Max / d; для датчика класса C3 — не больше 3000. Проверка vmin по OIML R 76 для весов на N датчиках: vmin × √N ≤ d, vmin = НПИ / 7500. Минимально допустимый сигнал на деление смотрите в паспорте своего индикатора. Контрольная точка: 20 кг, 1 датчик, 5 В, d = 5 г → 2,5 мкВ на деление, 10 мВ на номинале.
- Для учёта и технологии (дозатор, фасовка без поверки) дискретность можно брать мельче, чем 3000 делений, — но стабильность показаний ограничит шум, вибрация и температура.
- Для торговых весов число поверочных делений не больше 3000, а поверочный интервал не меньше vmin с учётом числа датчиков.
- Питание. Больше питание — больше сигнал, но индикатор и сумматор задают его сами. У XK3190-C8+ питание моста 5 В и вход ±19 мВ по паспорту; у SMB101 возбуждение 5 В по карточке.
Сильфонный, S-образный или одноточечный
На малые нагрузки Sierra предлагает три типа датчиков. Они не взаимозаменяемы: у каждого своя схема нагружения.
| Сильфонный SBM11 | S-образный SH3 | Одноточечный SL6E | |
|---|---|---|---|
| Схема нагружения | балка: один конец закреплён, сила — на отверстие другого | сила по оси между двумя резьбовыми отверстиями; растяжение и сжатие | платформа крепится прямо к датчику, груз — в любом месте платформы |
| Номиналы в каталоге | 5 кг – 500 кг | 5 кг – 30 т | 50 кг – 300 кг |
| Класс защиты (паспорт) | IP68 | IP67 | IP65 |
| Материал | нержавеющая сталь | сталь с никелевым покрытием | алюминиевый сплав |
| Внецентренная нагрузка | не нормирована — сила по оси отверстия | не допускается — нужны шарниры, отклонение силы до 0,5° по ТУ | нормирована: угловая коррекция 0,02 % на 100 мм, платформа до 400 × 500 мм |
| Крепление | 3 сквозных отверстия Ø 8,2 мм | резьба по номиналу (M8 … M42) | резьбовые отверстия (M6 × 1 по карточке) |
| Типичные задачи | дозаторы, фасовка, мойка, химия, малые бункеры | подвесные бункеры, крановые весы, тяга, стенды | настольные и платформенные весы, фасовка в сухих цехах |
IP, материал и угловая коррекция — по паспортам SBM11, SH3, SL6E; номиналы — по каталогу Sierra на сентябрь 2026. Подробно про S-датчики — в статье «S-образный тензодатчик: подвесные, крановые весы, дозаторы».
Какой тип подойдёт
Правила выбора — по паспортам и номиналам каталога. Это ориентир для первого выбора; окончательное решение по конкретной конструкции — с менеджером Sierra.
Подключение к индикатору и дозатору
SBM11 — 4-проводной датчик. Цвета жил по паспорту:
| Жила | Назначение | Клемма индикатора |
|---|---|---|
| красный | питание + | EXC+ (E+) |
| чёрный | питание − | EXC− (E−) |
| зелёный | сигнал + | SIG+ (S+) |
| белый | сигнал − | SIG− (S−) |
| прозрачный | экран | SH / корпус прибора |
- 6-проводной вход. XK3190-C8+ по паспорту подключает датчики по 6-проводной схеме с компенсацией длинных проводов. У 4-проводного SBM11 входы обратной связи (SEN±) соединяют с питанием (EXC±) на клеммах прибора или сумматора — как это сделать и почему кабель не укорачивают, разобрано в статьях «Как подключить тензодатчик» и «Кабель тензодатчика».
- Несколько датчиков соединяют параллельно в сумматоре (соединительной коробке): «Сумматор для тензодатчиков».
- Дозатор. Весовой контроллер XK3190-C8+ по паспорту умеет суммирующее и вычитающее дозирование, имеет 3 управляющих входа и 3 выхода (реле AC 220 В, 0,5 А), подключает от 1 до 8 датчиков по 350 Ом, класс C3 (n = 3000), разрешение A/D до 1/30000, аналоговый выход 0/4–20 мА или 0–5/0–10 В, RS-232 или RS-422/485. Как выбрать индикатор под задачу — в статье «Весовой индикатор: как выбрать и подключить».
Подключение к ПЛК
Сигнал датчика в милливольтах в ПЛК напрямую не подают. Есть два пути: аналоговый выход 4–20 мА индикатора или контроллера (у XK3190-C8+ он есть) — либо весовой АЦП с цифровым выходом, который отдаёт готовый вес по Modbus. Пример — серия SMB101: по карточке Modbus RTU по RS-485/RS-232, у исполнений ETH и WIFI — Modbus TCP, 1, 4 или 8 каналов, возбуждение датчика 5 В, частота выборки 10 или 40 Гц. Подробно, с картой регистров и проверкой связи, — в статье «Весовой АЦП и усилитель 4–20 мА: вес в ПЛК по Modbus».
Типичные ошибки с сильфонными датчиками
| Ошибка | Что происходит | Как правильно |
|---|---|---|
| Номинал «с запасом на всё» | доза занимает 1–2 % номинала, сигнал на деление мал, показания шумят | номинал — по брутто с коэффициентом динамики, ближайший вверх |
| Не учли тару и удар | ковш + продукт + удар больше 150 % НПИ: сдвиг нуля, повреждение | считать брутто и динамику; ограничители хода для ударных нагрузок |
| Свободный конец зажат | балке некуда прогибаться, часть силы идёт мимо датчика | проставка под неподвижным концом, зазор под свободным |
| Нагрузка не через отверстие | внецентренная сила скручивает балку; показания зависят от положения груза | сила по оси отверстия свободного конца; для платформы с грузом «где угодно» — одноточечный датчик или 4 датчика |
| Удар или упор в сильфон | вмятина на гофре, нарушение герметичности, ложная сила | сильфон ни с чем не соприкасается, при монтаже его не зажимают |
| Защищён только датчик | вода по кабелю и через сумматор; ошибки «плавают» после мойки | кабель с петлёй, ввод вниз; сумматор и индикатор с IP под условия |
| Сварка рядом с датчиком | сварочный ток через датчик выводит его из строя | сварка до установки или с макетом |
Найдите причину
Если весы уже врут, пошаговая диагностика — в статьях «Как проверить тензодатчик мультиметром», «Тензодатчик сломался или не работает» и «Почему плавают весы».
Порядок монтажа SBM11
- Посчитать номинал. Брутто (ковш, бункер, платформа + продукт) × коэффициент динамики / число датчиков → ближайший номинал вверх из каталога.
- Закончить сварку. Сварочные работы на раме и ковше закончить до установки датчиков или вести с макетом вместо датчика.
- Подготовить основание. Жёсткая ровная площадка под неподвижный конец, проставка, чтобы под свободным концом остался зазор.
- Закрепить неподвижный конец. Двумя болтами через отверстия Ø 8,2 мм у кабельного ввода; датчик не скручивать, сильфон не зажимать и не бить.
- Подвести нагрузку. Через отверстие свободного конца: опора, штырь или тяга с шарниром. Сила — вертикально, по оси отверстия.
- Проложить кабель. Кабель не укорачивать, закрепить с петлёй, ввод — вниз, отдельно от силовых кабелей.
- Подключить. Красный — питание +, чёрный — питание −, зелёный — сигнал +, белый — сигнал −, прозрачный — экран; при нескольких датчиках — через сумматор.
- Калибровать. Проверить нуль и нагрузку по углам или по подвесам, откалибровать гирями после монтажа всей обвязки.
Калибровка — в статье «Калибровка тензодатчиков и весов».
Чек-лист: сильфонный датчик готов к работе
Проверьте себя
Частые вопросы
Что такое сильфонный тензодатчик?
Балочный тензодатчик, у которого зона тензорезисторов закрыта гофрированной оболочкой из нержавеющей стали — сильфоном. Сильфон делает датчик герметичным и почти не мешает балке прогибаться, поэтому датчик точен на малых нагрузках. В каталоге Sierra — модель SBM11 на 5–500 кг.
Какой класс защиты у SBM11?
По паспорту и ТУ Sierra — IP68, корпус из нержавеющей стали с лазерной сваркой. В таблице характеристик карточки на сайте указано IP67; если важен именно IP68, подтвердите исполнение у менеджера Sierra.
Работает ли SBM11 на растяжение?
Да, датчик работает на растяжение и сжатие: нагрузку можно давить на свободный конец сверху или подвешивать к нему снизу на тяге. Направление силы в работе — одно, и калибруют датчик именно в нём.
Как крепить SBM11, какая у него резьба?
Резьбы на датчике по паспорту нет: три сквозных отверстия Ø 8,2 мм. Два — на неподвижном конце (межосевое 18 мм), одно — на нагружаемом (82 мм от второго). Длина датчика 120 мм, Ø сильфона 43,5 мм.
Какой номинал SBM11 выбрать для дозатора?
Сложите массу ковша или бункера и наибольшей дозы, умножьте на коэффициент динамики (1,2–2) и разделите на число датчиков. Возьмите ближайший номинал вверх из ряда 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200, 300, 500 кг. Пример: 3 + 10 кг × 1,5 = 19,5 кг → 20 кг.
Чем сильфонный датчик отличается от одноточечного?
Одноточечный датчик рассчитан на платформу, закреплённую прямо на нём: груз можно класть в любое место, у него нормирована угловая коррекция. Сильфонный — балка с нагрузкой через отверстие свободного конца: он герметичнее (IP68 против IP65 у алюминиевых SL6E) и из нержавеющей стали, но груз должен приходить по оси отверстия.
Можно ли подключить SBM11 к ПЛК?
Не напрямую: сигнал датчика — милливольты. Нужен индикатор или контроллер с выходом 4–20 мА (например, XK3190-C8+) либо весовой АЦП с Modbus, например SMB101.
Какой сигнал даёт SBM11?
2,0 ± 0,004 мВ на вольт питания при номинальной нагрузке. При питании 5 В — 10 мВ, при 10 В — 20 мВ. Рекомендуемое питание по паспорту — 5–12 В, максимальное — 18 В.
Словарь
- Сильфон
- Тонкостенная гофрированная металлическая оболочка: гибкая, но герметичная.
- Изгибная балка (Bend beam)
- Упругий элемент, закреплённый с одного конца; сила на другом конце изгибает его, тензорезисторы измеряют деформацию.
- НПИ
- Наибольший предел измерений датчика (номинал).
- РКП
- Рабочий коэффициент передачи — сигнал при номинальной нагрузке на 1 В питания; у SBM11 — 2,0 мВ/В.
- НКП
- Начальный коэффициент передачи — сигнал без нагрузки (нуль датчика).
- vmin
- Минимальный поверочный интервал датчика; у SBM11 — НПИ / 7500.
- Дискретность d
- Цена деления весов — шаг, с которым индикатор показывает массу.
- Ползучесть
- Медленное изменение сигнала под постоянной нагрузкой; у SBM11 — до 0,016 % РКП за 30 минут.
- Предельная нагрузка
- Нагрузка, после снятия которой характеристики восстанавливаются; у SBM11 — 150 % НПИ.
- IP68
- Полная пылезащита и защита при длительном погружении в воду по ГОСТ 14254.
Источники
- Паспорт тензодатчика Sierra SBM11: номиналы, метрологические характеристики, класс защиты, кабель, цвета жил, габаритные и присоединительные размеры.
- ТУ 26.51.66-001-83071865-2018 «Датчик тензометрический» (ООО «Сиерра»), таблица 1 — SBM11, семейство Bend beam.
- Паспорта тензодатчиков Sierra SH3 и SL6E; паспорт весового контроллера XK3190-C8+.
- Сертификат об утверждении типа средств измерений № 76409-19 от 06.12.2024 (срок действия до 18.10.2029) «Датчики весоизмерительные тензорезисторные Sierra».
- ГОСТ 8.631–2013 (OIML R 60:2000) «Датчики весоизмерительные. Общие технические требования. Методы испытаний».
- OIML R 76 «Неавтоматические взвешивающие устройства» — соотношение vmin и поверочного интервала для весов на нескольких датчиках.
- Карточки каталога sierra.market: SBM11, SH3, SL6E, XK3190-C8+, SMB101.
Читайте также
Пришлите массу ковша и дозы, число датчиков и условия в цеху — менеджер Sierra подскажет номинал SBM11, крепёж, сумматор и индикатор.
Сильфонные тензодатчики