Чому ми використовуємо датчик Tuning-fork?
В даний час в електронних вагах головним чином використовуються три основні типи датчиків: тенздатчік, електромагнітний датчик і датчик Tuning-Fork. Порівнюючи Tuning-Fork з двома іншими системами, ми спробуємо пояснити, чому Tuning-Fork є з нашої точки зору кращим.
датчик Tuning-fork
Датчик Tuning-Fork представляє з себе монолітну систему, що складається ніби з двох камертонів, з'єднаних зубцями в єдине ціле. При розтягуванні або стисненні металевого вібратора відбувається зміна (підвищення або зменшення) його частоти. Камертон застосовується як еталон звуку певної висоти для настроювання музичних інструментів, оскільки частота є надзвичайно стабільною фізичною характеристикою. Крім того частота є цифровий характеристикою, і тому не потрібно додаткового аналого-цифрового перетворювача (АЦП). Деформація датчика Tuning-Fork складає всього 1/10 від деформації тензодатчика, але при цьому чутливість вище чутливості тензодатчика більш ніж в 50 разів.
електромагнітний датчик
Даний принцип використовує компенсацію навантаження електромагнітної силою шляхом зміни сили струму, що протікає через котушку магніту. Даний тип датчика дозволяє досягти дуже високої точності зважування, однак вимагає установки аналого-цифрового перетворювача, як і тензодатчик. На покази терезів, що використовують даний тип датчика, сильний вплив роблять електромагнітні поля і зміни температури. До початку вимірювань система на базі електромагнітного датчика вимагає тривалого прогріву.
тензометричний датчик
Датчик складається з металевої (як правило, алюмінієвої або сталевої) балки і наклеєного на неї тензорезистора, опір якого змінюється пропорційно деформації балки. Ваги на базі тензодатчика також вимагають АЦП для перетворення сигналу. Перевагою тезодатчика є простота і низька вартість. Однак, точність таких ваг набагато нижче, ніж точність вагів на електромагнітному датчику або на датчику Tuning-Fork. Тензодатчик також вимагає приблизно півгодинного прогрівання для отримання стабільних результатів вимірювань.
Структура датчика Tuning-Fork
Далі ми розповімо більш детально про структуру датчика Tuning-Fork і принципах, що лежать в основі його роботи.
Рис. 1 показує принцип роботи звичайного камертона. Власна частота вібруючою пластини обчислюється за формулою:
F = A (1 + B × F),
A і B - фіксовані параметри, які визначаються геометричними розмірами камертона (L, b і T на Рис.1), щільністю матеріалу і модулем Юнга. Камертон виготовляється з металу, тому його розміри і щільність постійні. Крім того, величина модуля Юнга також не змінюється завдяки використанню особливих пружних матеріалів. Власна частота камертона достатньо стабільна і не схильна до впливу магнітних полів.
Датчик Tuning-Fork повною мірою використовує ці достоїнства камертона. Tuning-Fork навіть виглядає, як два камертона, зрощених один з одним вібруючими зубцями. Більше того, важіль і точка опори також вже вбудовані в єдину монолітну систему датчика.
На Рис.2 зображений датчик Tuning-Fork.
На Рис.3 показаний принцип роботи ваг на датчику Tuning-Fork. Якщо помістити на платформу вантаж "W", сила "F" передасть навантаження на датчик через спеціальний механізм.
На Рис.4 схематично зображено принцип роботи ваг на датчику Funing-Fork. Безпосередньо на вібраторі датчика закріплені два пьезокерамических елемента: збудливий і чутливий. Як показано на малюнку, елементи підключені відповідно до входу і виходу підсилювача. Опір датчика становить кілька сотень кОм, і система в цілому має дуже низьку споживану потужність, що призводить до мінімального виділенню тепла. Крім того, так як в якості вимірюваного параметра виступає частота, відсутня необхідність у застосуванні аналого-цифрового перетворювача. Це є великою перевагою при використанні такої системи, наприклад, у вибухонебезпечному обладнанні.
На Рис.5 показано пристрій ваг на датчику Tuning-Fork. Ваги складаються з механічної частини з датчиком Tuning-Fork, плати вібратора і основної плати з мікропроцесором.
характеристики датчику Tuning-Fork
Відтворюваність. Висока, так як система не вимагає значної деформації металу.
Лінійність. Оригінальний сигнал нелинеен, але надзвичайно стабільний. Нелінійність зводиться до мінімуму за допомогою мікропроцесора.
Температурні характеристики. Дуже хороші, так як механізм виготовлений з міцного і пружного матеріалу.
Тепловиділення. Мінімальна завдяки низькій споживаної потужності сенсора і основної плати, сенсор не потребує прогріванні до початку вимірювань.
Довгострокова стабільність. Чудова (з причин, викладених вище)
Структура. Невелика і компактна
Ваги VIBRA перевершують всі очікування
Як зазначено вище, датчик Tuning-Fork має багато незаперечних переваг у порівнянні з тензодатчиком або електромагнітною системою. З іншого боку, тензодатчик і електромагнітний датчик використовуються в електронних вагах вже протягом тривалого часу.
Однак, сенсор Tuning-Fork, який принципово відрізняється від інших систем, руйнує існуючу концепцію електронних ваг завдяки описаним вище перевагам. Наприклад, той факт, що ваги на датчику Tuning-Fork на відміну від традиційних датчиків не вимагають прогріву перед початком вимірювань, робить їх набагато більш зручними в експлуатації.
Крім того, датчик Tuning-Fork стійкий до перевантажень і має вбудований захист від ударів. Це підтверджується тим фактом, що механічні пошкодження датчика Tuning-Fork трапляються набагато рідше в порівнянні з іншими системами. Також процес обробки сигналу у датчика Tuning-Fork набагато швидше, так з датчика виходить вже цифровий сигнал, і швидкість стабілізації показів ваг вища ніж в інших систем.
Найбільш значним, але не останнім гідністю датчика Tuning-Fork є висока стабільність калібрування при зміні температури. Це об'єктивно доведено роботою найбільшого в світі оптичного телескопа "Субару", який використовує систему Tuning-Fork для контролю положення свого основного дзеркала вже протягом тривалого часу. Це означає, що відпадає необхідність не тільки в прогріванні ваг перед роботою, але і в їх періодичному калібруванні, якщо місце експлуатації ваг не змінювалося.
f
ВАГИ VIBRA. Лабораторні і промислові ваги з інноваційним ваговим датчиком TUNING_FORK.
Офіційний дистриб'ютор в Україні ТОВ "МАНКОР"
Деталі на сайті mankor.ua