Тензодатчик с мостом Уитстона: mV/V, питание и диапазон входа

Тензодатчик с мостом Уитстона выдает дифференциальный милливольтовый сигнал, а не готовый выход 4-20 mA или RS485. Возбуждение питает мост, а деформация меняет баланс его резистивных плеч. При выборе прибора или поиске причины неверных показаний начните с фактической чувствительности, напряжения возбуждения и смещения нуля. Предположение, что любой датчик выдает 20 мВ, может привести к неверному диапазону входа, неполному использованию разрешения входа или насыщению при изменении направления силы.

Мостовой тензодатчик METRAVON MV-LC0190 с чувствительностью mV/V, зависящей от исполнения по номинальной нагрузке — Исполнение MV-LC0190 на 1 кг имеет номинальную чувствительность 0,5 mV/V; для выбора мостового входа нужно знать точное исполнение по номинальной нагрузке.

Рассчитайте сигнал тензодатчика с мостом Уитстона

Номинальное изменение сигнала при номинальной нагрузке равно чувствительности в mV/V, умноженной на напряжение возбуждения в вольтах. Для линейного приближения ниже номинальной нагрузки умножьте результат также на отношение приложенной нагрузки к номинальной. При проверке полного выходного сигнала относительно диапазона входа прибора добавьте фактическое смещение нуля. Используйте напряжение возбуждения непосредственно на датчике, а не только значение, выбранное в меню прибора.

Пример при возбуждении 5 В	Расчетное номинальное изменение сигнала при полной нагрузке
MV-LC0190, 1 кг	0,5 mV/V x 5 В = 2,5 мВ. Для исполнения на малые силы нужен вход, способный различать полезную долю этого сигнала.
MV-LC0190, 5–50 кг	1,0 mV/V x 5 В = 5 мВ. Этот случай усиления и калибровки отличается от варианта 1 кг.
MV-LC0149, исполнение 2 mV/V	2 mV/V x 5 В = 10 мВ. Подтвердите выход заказанного исполнения, не ориентируясь только на семейство моделей.
MV-LC0149, исполнение 3 mV/V	3 mV/V x 5 В = 15 мВ. Прежняя настройка входа на 10 мВ не охватит номинальный сигнал при полной нагрузке.

Эти расчеты используют номинальную чувствительность, не являются данными калибровки и не учитывают допуск чувствительности, предварительную нагрузку после монтажа и баланс нуля. Например, для MV-LC0190 на 1 кг указано 0,5 ±0,1 mV/V: один только допуск чувствительности дает расчетное изменение сигнала 2–3 мВ при полной нагрузке и возбуждении 5 В. Оставьте необходимый запас диапазона входа и откалибруйте поставленный датчик, не принимая 2,5 мВ за точное значение.

Минимальная полезная сила требует отдельного расчета. Для датчика с номинальной нагрузкой 5 кг, чувствительностью 1 mV/V и возбуждением 5 В приращение 10 г соответствует изменению сигнала 0,01 мВ, то есть 10 микровольт. Этот расчет не гарантирует полезное разрешение 10 г: шум усилителя, механические эффекты, температура и метод испытания могут скрыть такое приращение.

Проверьте отрицательный диапазон перед испытанием с изменением направления силы

Положительный предел входа — лишь половина вопроса. Для прибора METRAVON MV-WI0009 указаны возбуждение 5 В и диапазон входа от -3 до 30 мВ. Нельзя считать датчик с сигналом примерно от -10 до +10 мВ в требуемом цикле растяжения/сжатия подходящим для этого диапазона только потому, что +10 мВ ниже +30 мВ.

До выбора электроники определите полярность, предварительную нагрузку и ожидаемые крайние значения. Обнуление показаний не обязательно меняет пределы насыщения аналогового входа. Для испытания с изменением направления силы получите подтверждение полного биполярного диапазона входа и метода калибровки. Используйте руководство по выбору усилителя, когда шум, переходные пики или скорость выборки влияют на результат.

Весовой контроллер METRAVON MV-WI0009 с указанным диапазоном входа от -3 до 30 mV — MV-WI0009 имеет несимметричный диапазон входа. Проверьте обе полярности сигнала, а не только положительный максимум.

Идентифицируйте проводники по функции, а не по цвету

Четырехпроводный мост обычно имеет два проводника возбуждения и два сигнальных проводника. В шестипроводной схеме добавлены проводники обратной связи по напряжению, позволяющие совместимому прибору контролировать возбуждение в точке их подключения. Они не являются дополнительными каналами измерения силы. Экран подключается отдельно и не должен учитываться как один из проводников измерительных пар.

В справочной схеме MV-LC0149 красный/черный назначены возбуждению, зеленый/белый — сигналу, желтый — экрану. В документации MV-LC0099 для возбуждения используются красный/синий, для сигнала — белый/желтый. В одной схеме желтый служит экраном, в другой — сигнальным проводником. Поэтому даже привычные цвета нужно проверять по схеме конкретной модели.

При подключении четырехпроводного датчика к шестипроводному входу выполняйте соединения обратной связи по напряжению согласно руководству прибора. Их подключение в соединительной коробке позволяет контролировать возбуждение в этой коробке, а не у каждого моста за ней. Оно не компенсирует все падения напряжения и не устраняет ослабленную клемму дальше по цепи. Укажите расположение этих соединений на кабельной схеме.

Сопротивление — это диагностическое измерение, а не показатель веса

При отключенном питании и безопасно отсоединенном от электроники датчике измерьте сопротивление между проводниками установленной пары возбуждения и отдельно пары сигнала, затем сравните с точной спецификацией. Для MV-LC0149 указаны входное сопротивление 385 ±10 Ω и выходное 351 ±2 Ω; для MV-LC0190 — 350 ±5 Ω для обеих пар. Различие значений между разными моделями само по себе не означает неисправность.

Параллельное подключение датчиков уменьшает сопротивление нагрузки цепи возбуждения. В качестве примера: четыре одинаковых входа по 385 Ω, соединенные параллельно, дают 96,25 Ω; при 5 В они потребляют примерно 52 мА без учета влияния кабеля. Для реальной установки используйте минимальное указанное сопротивление и допустимую нагрузку источника возбуждения прибора. В расчет тока возбуждения нельзя подставлять выходное сопротивление вместо входного.

Нормальный результат сопротивления не определяет состояние изоляции, точность калибровки или отсутствие механических повреждений. Не используйте тестер изоляции через подключенный усилитель. Любое напряжение и процедура испытания изоляции должны быть одобрены для датчика и отсоединенных компонентов; последствия использования неподходящего тестера могут быть более серьезными, чем первоначальная неисправность.

Тензодатчик METRAVON MV-LC0149 типа сдвиговой балки для проверки выходного сигнала и сопротивления моста — Для MV-LC0149 до диагностики всей весоизмерительной цепи проверьте исполнение на 2 или 3 mV/V и назначение клемм.

Вопросы на клеммах прибора

Q1. Могу ли я подключить мост напрямую к аналоговому входу PLC?

Только если вход рассчитан на мост, обеспечивает или принимает необходимое возбуждение и поддерживает милливольтовые измерения. Обычный канал 4-20 mA таким входом не является. В ином случае используйте подходящее согласование сигнала, отдельно выбрав выход для контроллера. Руководство по подключению тензодатчика к PLC охватывает эти варианты подключения.

Q2. Почему показания перестают расти, хотя сила увеличивается?

Проверьте насыщение входа, превышение настроенного диапазона или наличие механического упора, принимающего дополнительную силу. По утвержденной методике испытания сопоставьте исходный сигнал, возбуждение и показания. Не продолжайте добавлять нагрузку, пытаясь найти предел. Показания с ограничением сигнала не доказывают, что нагрузка на датчик остается ниже номинальной.

Q3. Достаточно ли симулятора моста для приемки весов?

Он помогает проверить прибор и, в зависимости от точки подключения, часть кабельного тракта. Он не прикладывает силу к датчику и не проверяет крепление под нагрузкой. Для окончательной приемки по-прежнему нужно подходящее испытание установленной системы под нагрузкой. Храните результаты симулятора отдельно от протокола механической калибровки.

Q4. Должен ли я увеличить возбуждение, чтобы получить более сильный сигнал?

Только в пределах спецификаций датчика и прибора, после пересчета диапазона входа и тока возбуждения. Для датчика с номинальной чувствительностью 3 mV/V переход с 5 В на 10 В удваивает расчетное изменение сигнала при полной нагрузке с 15 до 30 мВ. Предел входа 30 мВ тогда не оставит запаса на положительное смещение нуля или допуск чувствительности. Увеличение сигнала бесполезно, если вход насыщается.

Резюме

Используйте mV/V для расчета ожидаемого сигнала, проверьте оба конца диапазона прибора и определите каждый проводник по его функции. При запросе технической помощи METRAVON укажите точное исполнение датчика, возбуждение, схему подключения и измеренные входные/выходные значения. Эти сведения помогают отличить несовместимый прибор от поврежденного кабеля или механической проблемы.