Содержание
Тензодатчик-педаль SH16A — коротко
Тензодатчик-педаль (тензопедаль) SH16A — плоский датчик силы, который надевают скобой на площадку педали автомобиля. Нога давит на круглую накладку, мост из тензорезисторов внутри корпуса превращает усилие в сигнал в милливольтах, а весовой индикатор, АЦП или усилитель 4–20 мА показывают его в ньютонах или килограмм-силах. По паспорту датчик предназначен для измерения силы нажатия на педаль автомобиля на испытательных стендах.
В статье: что измеряет тензопедаль и как она устроена; полный паспорт SH16A; где её применяют; перевод кгс в ньютоны; проверка номинала под ваше усилие; сигнал в милливольтах; подключение к индикатору, АЦП и усилителю 4–20 мА; частота опроса и пиковое усилие; установка на педаль; калибровка грузами; температура; ошибки, чек-лист и тест. Как вообще работает тензодатчик, рассказано в статье «Что такое тензодатчик».
Что измеряет тензопедаль и как она устроена
Тензопедаль измеряет силу, с которой нога давит на педаль: тормоза, сцепления или газа. Это не датчик хода и не датчик давления в гидравлике: показание — именно усилие на площадке педали, в ньютонах (Н), килограмм-силах (кгс) или деканьютонах (даН).
По фото и чертежу паспорта SH16A состоит из трёх частей:
- Корпус 70 × 70 мм толщиной 11 мм из никелированной конструкционной стали — в нём упругий элемент и мост из тензорезисторов.
- Накладка Ø54 мм высотой 7 мм с рифлением — на неё давит нога. Сила, прошедшая через накладку, и есть измеряемая величина.
- Скоба-прищепка с тыльной стороны: она охватывает площадку педали. На чертеже паспорта зазор между скобой и корпусом — 10÷23 мм, общая высота датчика на педали — 23 + 11 + 7 = 41 мм (в карточке — «Высота 41 мм»).
Кабель 2 м выходит снизу корпуса через зажим. Монтажных отверстий и резьб на чертеже нет: датчик ставят и снимают без инструмента, поэтому его удобно переносить с машины на машину.
Размеры — по чертежу паспорта SH16A, мм. Первая схема — вид со стороны ноги, вторая — датчик, надетый на площадку педали (заштрихована).
Внутри — обычный тензометрический мост: четыре тензорезистора на упругом элементе. Под нагрузкой элемент чуть деформируется, сопротивления плеч меняются, и на сигнальных выводах появляется напряжение, пропорциональное силе. Как устроен мост, подробно разобрано в статье «Мост Уитстона».
Характеристики SH16A по паспорту
Все цифры ниже — из паспорта SH16A (документ на карточке товара); в правой колонке отмечено, что совпадает с карточкой каталога.
| Параметр | Значение (паспорт) | Карточка каталога |
|---|---|---|
| Номинальная нагрузка (НПИ) | 100 кг (1000 Н) | 100 кг, артикул SH16A-G1-100kg-15B |
| Класс точности | G1 | G1; число поверочных интервалов 1500, vmin = НПИ/1500 |
| Чувствительность (РКП) | 1,0 ± 0,1 мВ/В | 1 ± 0,1 мВ/В |
| Общая ошибка | ≤ 0,1 %РКП | ≤ ±0,1 %РКП |
| Нелинейность / неповторяемость / гистерезис | 0,1 / 0,1 / 0,1 %РКП | нелинейность и неповторяемость ≤ ±0,1; гистерезиса нет |
| Ползучесть | 0,08 %РКП за 30 мин | совпадает |
| Баланс нуля (НКП) | ± 1,0 %РКП | нет |
| Температурное отклонение РКП / НКП | 0,03 / 0,08 %РКП на 10 °C | совпадает |
| Входное / выходное сопротивление | 725 ± 20 / 700 ± 10 Ом | совпадает |
| Сопротивление изоляции | ≥ 2000 МОм (50 В) | «±2000 (50 В)» |
| Диапазон термокомпенсации | −10…+40 °C | совпадает |
| Рабочие температуры | −35…+65 °C | совпадает |
| Напряжение питания | рекомендуемое 5–10 В, максимальное 12 В | нет |
| Предельная / разрушающая нагрузка | 150 % / 200 % НПИ (1500 / 2000 Н) | совпадает |
| Класс защиты | IP67 | IP67 |
| Кабель | 2 м, 4-жильный экранированный, Ø4 мм | 2 м, Ø4 мм |
| Материал | никелированная конструкционная сталь | никелированная сталь |
| Габариты | 70 × 70 мм, высота 41 мм (23 + 11 + 7), накладка Ø54 | 70 × 70 × 41 мм |
В карточке указан аналог — Zemic L16A. Других номиналов тензопедали в каталоге Sierra нет: если нужно больше 1000 Н, подбор датчика силы обсудите с менеджером Sierra.
Что значат РКП, класс точности, vmin, ползучесть и прочие строки паспорта — в статье «Характеристики тензодатчиков».
Где применяют тензопедаль
Паспорт SH16A называет одно применение — измерение силы нажатия на педаль автомобиля на автомобильных испытательных стендах. Ниже — типовые задачи, где нужна именно эта величина. Подходит ли SH16A под вашу методику и прибор, уточните у менеджера Sierra.
| Задача | Что меряют | На что обратить внимание |
|---|---|---|
| Стенд проверки тормозов | Усилие на педали тормоза, при котором стенд снимает тормозные силы на колёсах | Усилие и тормозные силы должны записываться одновременно — нужен прибор с выходом в систему стенда (4–20 мА или цифровой) |
| Испытания тормозной системы и усилителя | Зависимость замедления или давления от усилия на педали | Быстрый опрос и запись кривой, а не одного числа |
| Сцепление | Усилие выжима педали сцепления | Нога давит под углом — следите за положением на накладке |
| Эргономика и учебные стенды | Какое усилие развивает водитель, насколько тяжело нажимается педаль | Достаточно индикатора с удержанием пика |
| Диагностика | Сравнение усилия на педали до и после ремонта | Один и тот же датчик и одна методика установки |
Если нужно измерять силу не на педали, а в механизме — рычаге, тяге, малом прессе, — посмотрите миниатюрные тензодатчики (минисенсоры): у них другие номиналы и способы крепления.
Единицы силы: кгс, Н, даН
В паспорте номинал SH16A указан двумя числами: 100 кг и 1000 Н. В методиках испытаний тормозов усилие чаще пишут в ньютонах или деканьютонах, на старых приборах — в килограмм-силах. Точный перевод: 1 кгс = 9,80665 Н, 1 даН = 10 Н.
Важная деталь: 100 кгс — это 980,7 Н, а не 1000 Н. В паспорте номинал округлён. Разница 2 %: при точных замерах шкалу калибруют грузами, а не считают «1 кг = 10 Н».
Перевод кгс ↔ Н ↔ даН ↔ lbf
1 кгс = 9,80665 Н (стандартное g), 1 lbf = 4,44822 Н. Доля номинала — от 1000 Н по паспорту.
Подойдёт ли номинал 1000 Н под ваше усилие
У SH16A одно исполнение — 1000 Н. Поэтому вопрос не «какой номинал выбрать», а «уложится ли моё максимальное усилие». Возьмите самое сильное нажатие, которое возможно в испытании (экстренное торможение, проверка на прочность), и добавьте запас на случайный удар ногой.
Проверка номинала по максимальному усилию
Номинал 1000 Н, предельная нагрузка 150 % (1500 Н), разрушающая 200 % (2000 Н) — паспорт SH16A. Паспортная точность гарантируется в пределах номинала.
Общие правила выбора датчика по нагрузке, запасу и условиям — в статье «Как выбрать тензодатчик».
Какой сигнал даёт SH16A
Выход моста пропорционален трём величинам: чувствительности (РКП), напряжению питания и доле номинала. Формула: Uвых = РКП × Uпит × F / НПИ. Для SH16A: 1,0 мВ/В × 10 В × 500 Н / 1000 Н = 5 мВ.
У SH16A РКП 1,0 мВ/В — меньше, чем у многих весовых датчиков (2–3 мВ/В). Значит, сигнал скромный: при типовом питании индикатора 5 В на полном номинале — всего 5 мВ. Это нормально, но прибор должен уверенно работать с таким сигналом.
Сигнал моста при заданном усилии
РКП 1,0 ± 0,1 мВ/В, НПИ 1000 Н — паспорт. Полоса показывает долю номинала.
Питание моста: ток и рекомендуемый диапазон
Ток = U / Rвх, Rвх = 725 ± 20 Ом; рекомендуемое питание 5–10 В, максимальное 12 В — паспорт.
Подключение: индикатор, АЦП, 4–20 мА
Кабель SH16A — 4-проводный, с экраном. Цвета жил по паспорту:
| Жила | Назначение | Обычная маркировка клемм |
|---|---|---|
| Красный | Питание (+) | EXC+ / E+ |
| Чёрный | Питание (−) | EXC− / E− |
| Зелёный | Сигнал (+) | SIG+ / S+ |
| Белый | Сигнал (−) | SIG− / S− |
| Прозрачный | Экран | SH / ⏚ |
Схема 4-проводная: отдельных sense-проводов нет. Если прибор 6-проводный, перемычки EXC+↔SEN+ и EXC−↔SEN− ставят на клеммнике прибора. Подробно про 4 и 6 проводов — в статье «Подключение тензодатчика».
Куда подключать жилы
Что выбрать: индикатор, АЦП или усилитель
- Весовой индикатор — если оператору нужно число на табло. У XK3190-T8 по паспорту есть функция удержания пикового значения: после нажатия на табло остаётся максимум. Как устроен и настраивается индикатор — в статье «Весовой индикатор».
- АЦП с Modbus — если усилие нужно передать в ПЛК, ПК или систему стенда. Числа идут сразу в цифре.
- Нормирующий усилитель 4–20 мА — если система стенда принимает только аналоговый вход. Как пересчитать миллиамперы в силу и настроить вход ПЛК, рассказано в статье «АЦП и 4–20 мА в ПЛК».
SH16A и прибор из каталога Sierra
Данные приборов — из их паспортов (XK3190-T8, CBT-A1X, XK3190-A12E) или карточек (SMB101, CAS WTM, FD-3). Что в источнике не указано — уточните у менеджера Sierra.
Выход 4–20 мА ↔ усилие
Линейная шкала: 4 мА — нуль, 20 мА — выбранное усилие. I = 4 + 16 · F / Fшк.
Удлинять кабель лучше 4-жильным экранированным кабелем для тензодатчиков, например кабелем Ø5 мм из каталога Sierra. Как правильно сращивать и экранировать — в статье «Кабель для тензодатчика».
Разрешение: цена деления в ньютонах
По карточке у SH16A 1500 поверочных интервалов, vmin = НПИ/1500 ≈ 0,67 Н. Индикатор можно настроить на более мелкое деление, но последние цифры будут «плавать». Для стенда обычно хватает 1 Н или 0,5 даН.
Цена деления при заданном диапазоне
Цена деления = диапазон / число делений; vmin = 1000 Н / 1500 — карточка SH16A.
Частота опроса и пиковое усилие
Резкое нажатие на тормоз длится доли секунды. Если прибор делает 10 измерений в секунду, вершина импульса может попасть между отсчётами, и в протокол уйдёт заниженный пик. Сам датчик тут ни при чём: его сигнал меняется сразу вслед за силой. Ограничивает прибор и его цифровой фильтр.
Насколько прибор занизит пик
Что делать: включить удержание пика (если оно есть), уменьшить цифровой фильтр, а для записи кривой торможения брать быстрый АЦП с выходом в систему стенда.
Как установить тензопедаль на педаль
Моментов и усилий затяжки нет — датчик держится скобой. Главное — чтобы вся сила ноги прошла через накладку и была направлена по оси датчика.
- Осмотрите датчик и кабель: накладка Ø54 мм чистая, кабель без надрезов, скоба не погнута.
- Подключите SH16A к прибору до установки на педаль и убедитесь, что при нажатии рукой показание растёт.
- Очистите площадку педали от грязи и масла: скоба должна сесть плотно, без перекоса.
- Наденьте датчик скобой на площадку педали так, чтобы накладка оказалась по центру площадки, а корпус — параллельно ей.
- Проложите кабель вдоль рулевой колонки и закрепите хомутами: он не должен попадать под педаль и ногу.
- Дайте датчику прогреться под питанием и принять температуру салона, затем обнулите показания без нагрузки.
- Сделайте 2–3 пробных нажатия до рабочего усилия и снова проверьте нуль.
- Проведите замер; после испытания снимите датчик и сверните кабель без резких перегибов.
По чертежу паспорта скоба рассчитана на зазор 10÷23 мм. Если площадка педали толще или имеет нестандартную форму, уточните у менеджера Sierra, подойдёт ли датчик.
Сила под углом к накладке
Геометрия: вдоль оси — F · cos α, поперёк — F · sin α. Как датчик реагирует на поперечную силу, паспорт не указывает.
Калибровка тензопедали грузами
Самый доступный эталон силы — вес груза известной массы. Датчик кладут на ровное жёсткое основание накладкой вверх, сверху — лёгкую площадку по центру накладки, на неё — гири ступенями до 100 кг. Сила, которую создаёт груз: F = m · g. Общий порядок калибровки индикатора — в статье «Калибровка весов».
- Включите прибор и дайте датчику прогреться под питанием.
- Без груза обнулите показание. Массу площадки учтите — либо обнулитесь вместе с ней, либо прибавьте её к гирям.
- Нагрузите 2–3 раза до номинала и разгрузите — датчик «приработается».
- Поставьте эталонный груз ближе к номиналу и введите его силу в приборе (в Н или кгс, как удобно).
- Пройдите ступени 0 – 25 – 50 – 75 – 100 кг вверх и вниз, запишите показания в протокол.
Какой груз нужен для нужного усилия
m = F / g. Для точных работ берите местное значение g; стандартное — 9,80665 м/с².
Протокол калибровки: отклонение от прямой
Введите показания прибора (в Н) при гирях 0, 25, 50, 75 и 100 кг — калькулятор проведёт прямую через 0 и 100 кг и посчитает отклонение каждой точки.
| Груз, кг | Сила m·g, Н | Показание, Н | Прямая по 0 и 100 кг, Н | Отклонение, %РКП |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,000 |
| 25 | 245,2 | 245,3 | 245,2 | 0,013 |
| 50 | 490,3 | 490,8 | 490,4 | 0,046 |
| 75 | 735,5 | 735,9 | 735,5 | 0,038 |
| 100 | 980,7 | 980,7 | 980,7 | 0,000 |
Отклонение = (показание − прямая) / (показание на 100 кг − на 0) × 100 %. Паспортная нелинейность SH16A — 0,1 %РКП.
Если прибор сам ничего не показывает, сначала проверьте датчик мультиметром — сопротивления плеч и выход без нагрузки: «Проверка тензодатчика мультиметром».
Температура: уход нуля и чувствительности
Кабина машины на стенде зимой и летом — разные условия. По паспорту SH16A нуль уходит не больше чем на 0,08 %РКП на 10 °C, чувствительность — на 0,03 %РКП на 10 °C; термокомпенсация рассчитана на −10…+40 °C, работать датчик может при −35…+65 °C.
Верхняя граница температурной погрешности
Уход нуля = 0,08 % × 1000 Н × ΔT / 10; изменение РКП = 0,03 % × F × ΔT / 10 — паспорт SH16A. Это предельные значения, реальный датчик обычно лучше.
Вывод простой: обнуляйте датчик перед каждой серией замеров, когда он уже принял температуру салона. Уход нуля после обнуления исчезает, остаётся только малое изменение чувствительности.
Частые ошибки: найдите причину
Чек-лист перед замером
Проверьте себя
Частые вопросы
Что такое тензопедаль?
Это тензодатчик силы в виде плоской накладки, который крепится на педаль автомобиля и измеряет усилие нажатия ногой. В каталоге Sierra — модель SH16A на 100 кг (1000 Н), РКП 1,0 мВ/В, IP67.
Какое максимальное усилие выдерживает SH16A?
Номинальная нагрузка — 1000 Н (100 кг). Предельная, без потери характеристик, — 150 % НПИ, то есть 1500 Н. Разрушающая — 200 % НПИ, 2000 Н. Паспортная точность гарантируется в пределах номинала.
Как перевести кгс в ньютоны?
Умножить на 9,80665: 50 кгс = 490,3 Н, 100 кгс = 980,7 Н. 1 даН = 10 Н. В паспорте SH16A номинал «100 кг (1000 Н)» округлён.
Какой сигнал даёт SH16A?
РКП 1,0 ± 0,1 мВ/В: при питании 10 В на номинале 1000 Н — около 10 мВ, при 5 В — 5 мВ. При 500 Н и 10 В — 5 мВ.
Как подключить тензопедаль к индикатору?
По паспорту: красный — питание (+), чёрный — питание (−), зелёный — сигнал (+), белый — сигнал (−), прозрачный — экран. На 6-проводном приборе поставьте перемычки EXC+↔SEN+ и EXC−↔SEN−. Питание датчика — 5–10 В, не выше 12 В.
Можно ли вывести усилие в ПЛК?
Да: через нормирующий усилитель с выходом 4–20 мА (например, FD-3) или через АЦП с Modbus (например, SMB101). Подробности о настройке входа ПЛК — в статье «АЦП и 4–20 мА в ПЛК».
Как откалибровать тензопедаль без стенда?
Положить датчик накладкой вверх на ровное основание, поставить по центру лёгкую площадку и нагружать гирями ступенями до 100 кг. Сила груза — m · g; показание прибора сравнивают с ней и вводят калибровку в индикатор.
Почему пиковое усилие на стенде получается меньше реального?
Чаще всего прибор опрашивает датчик слишком редко или сильно сглаживает сигнал фильтром: короткий пик попадает между отсчётами. Помогает режим удержания пика, слабый фильтр и быстрый АЦП.
Словарь
- Тензопедаль
- Тензодатчик силы, который устанавливают на педаль автомобиля, чтобы измерить усилие нажатия ногой.
- Накладка
- Круглая площадка датчика (у SH16A — Ø54 мм), через которую сила ноги передаётся на упругий элемент.
- НПИ
- Наибольший предел измерений, номинальная нагрузка датчика. У SH16A — 100 кг (1000 Н).
- РКП
- Рабочий коэффициент передачи: сигнал на номинале в милливольтах на 1 В питания. У SH16A — 1,0 ± 0,1 мВ/В.
- НКП
- Начальный коэффициент передачи — сигнал без нагрузки, «нуль» датчика.
- Ньютон (Н)
- Единица силы СИ. 1 кгс = 9,80665 Н, 1 даН = 10 Н.
- Предельная нагрузка
- Наибольшая нагрузка, после которой датчик сохраняет характеристики. У SH16A — 150 % НПИ.
- Удержание пика
- Режим прибора, в котором на табло остаётся максимальное значение за измерение.
- 4–20 мА
- Токовый аналоговый сигнал: 4 мА — нуль шкалы, 20 мА — её верх. Устойчив к помехам на длинных линиях.
- vmin
- Минимальный поверочный интервал датчика: у SH16A по карточке — НПИ/1500.
Источники
- Паспорт тензодатчика специального Sierra SH16A: характеристики, подключение, монтажно-габаритные размеры.
- Карточка каталога sierra.market «Тензодатчик SH16A педальный (тензопедаль)»: исполнение SH16A-G1-100kg-15B, класс G1, 1500 интервалов, аналог.
- Паспорта весовых терминалов XK3190-T8, CBT-A1X, XK3190-A12E; карточки АЦП SMB101, CAS WTM и усилителя FD-3 на sierra.market.
- ГОСТ 8.631–2013 (OIML R 60:2000) «Датчики весоизмерительные. Общие технические требования. Методы испытаний» — термины РКП, НКП, vmin.
- Стандартное ускорение свободного падения gn = 9,80665 м/с² (определение килограмм-силы).
Читайте также
Напишите, какое усилие и на какой педали нужно измерять, куда выводить результат (табло, ПЛК, ПК) и нужна ли запись пика — менеджер Sierra подскажет комплект.
Тензодатчики-педали