Электронные компоненты
Приборы, оборудование, материалы
Информационная поддержка

Тензодатчик

Версия для печати
Главная >> Тензодатчик

Тензодатчик

 Тензоизмерения осуществляется с использованием модуля АЦП ЦАП "ZET 210" и программы "Тензодатчик". В качестве чувствительного элемента используются тензорезистивные датчики, деформация которых приводит к изменению их электрического сопротивления. Подключение датчиков осуществляется по полумостовой или мостовой схеме (см. "Готовые решения -> Тензометрические измерения -> Теория").

Для правильного рассчета и отображения параметров необходима первоначальная настройка и калибровка программы. Для этого существуют следующие параметры:

  • измерительный канал, к которому подключен тензорезистор;
  • опорный канал, показания которого используются при относительных измерениях;
  • единица измерения - любая единица, выбираемая пользователем;
  • тип измерений - абсолютные или относительные, с использованием генератора постоянного или переменного тока.
  • файл калибровки - файл, содержащий данные о калибровочных параметрах измерителя. При калибровке пользователю необходимо ввести коэффициенты соответствия измеряемого параметра значениям, отображаемым в окне программы. Например, при нагружении тензодатчика весом в 1 кг, в окне программы отображается значение 0,02. При нагружении массой 100 кг - значение в окне программы увеличивается до 2,0. И т.д. Количество точек калибровки - до 15.

При запуске программы "Тензодатчик" создается виртуальный тензометрический канал, данные которого могут быть использованы в любой из программ из состава ZETLab. Также эти данные доступны при создании пользовательских приложения при помощи ZETLab-Studio.

Описание программы

Для запуска программы Тензодатчик необходимо из меню Измерение панели ZЕТLab выбрать команду Тензометр. На экране монитора отобразится рабочее окно программы Тензодатчик (рисунок 18.13). В заголовке окна программы будет отображаться название программы.

Примечание: программу можно запустить непосредственно из рабочей директории ZETLab (по умолчанию: c:\ZETLab\). Имя запускаемого файла: TenzoMeter.exe.
В левой части рабочего окна программы Тензодатчик расположен графический индикатор, в котором отображается измеренное значение усилия. Усилие измеряется в ньютонах (Н) или килограммсила (кгс). Дополнительно могут измеряться различные величины, которые используются при измерениях с применением тензорезистивных датчиков.
В поле списка (со стрелкой), расположенном сверху в середине рабочего окна программы, необходимо выбрать название включенного физического канала, к которому подключен тензодатчик. В качестве канала также можно выбрать виртуальный канал, например, после фильтрации сигналов. Выбрать необходимый канал можно двумя способами:
- нажать на стрелку поля и «мышью» выбрать из раскрывшегося списка канал;
- нажать левой кнопкой «мыши» на поле и при помощи ролика «мыши», либо кнопок клавиатуры со стрелками и выбрать канал.
Под полем списка выбора измерительного канала располагается поле списка выбора опорного канала для относительных измерений. Поле списка выбора опорного канала будет доступно для выбора канала только при установленном флажке относительные в окне настроек программы Тензодатчик (окно настроек параметров описывается ниже).
В поле справа от кнопки Сброс в выставляется значение балансировки в указанных единицах измерения. Если произошла разбалансировка прибора и при отсутствии прикладываемого усилия прибор показывает некоторое значение, то в поле обходимо выставить значение 0 и нажать на кнопку Сброс в, при этом дальнейшие измерения будут производиться с учетом балансировки.
Кнопка Параметры служит для вызова окна Настройка параметров измерителя (настройка параметров программы Тензодатчик).
Для выхода из программы необходимо нажать кнопку Выход или кнопку, расположенную в правом верхнем углу окна.

 

Настройка программы Тензодатчик


Настройка параметров измерителя

При нажатии левой кнопкой «мыши» кнопки Параметры, расположенной в правой части рабочего окна программы Тензодатчик, открывается окно Настройка параметров измерителя (рисунок 18.14).

Проводить настройку параметров необходимо для того, чтобы программа Тензодатчик правильно отображала измеренные величины относительно калибровочной таблицы и в тех единицах измерения, которые будут указаны в окне Настройка параметров измерителя. В противном случае, при отсутствии калибровочной таблицы, программа будет показывать отношение уровней сигнала измерительного и опорного каналов.
В поле ввода рамки Единица измерения вводятся единицы измерения (например Н, кгс, кг, раз и т.д.), относительно которых будут производиться измерения.  В рамке Измерения располагаются флажки относительные и переменный ток.

При установленном флажке относительные будут проводиться относительные измерения (рассчитывается отношение уровня сигнала измерительного канала к уровню сигнала опорного канала). При снятом флажке относительные будут проводиться абсолютные измерения (выдается значение уровня сигнала измерительного канала), при этом, выбор опорного канала в программе Тензодатчик будет не доступен.
При установленном флажке переменный ток расчет значений будет проводиться по алгоритму селективного вольтметра, и, соответственно, измерительная схема (первичный преобразователь) должна быть запитана переменным током. При снятом флажке переменный ток расчет значений будет проводиться по алгоритму вольтметра постоянного тока, и, соответственно, измерительная схема (первичный преобразователь) должна быть запитана постоянным током.
В поле Файл калибровки вводится путь к файлу с сохраненными ранее настройками и калибровочной таблицы. При нажатии кнопки , расположенной справа от поля ввода пути, открывается стандартное окно открытия файла. В этом окне указать путь и имя файла калибровки. Директория, где хранятся файлы калибровки, по умолчанию – C:\ZetLab\config\. Файлы калибровки имеют расширение *.clb.
В рамке Калибровочная таблица располагаются элементы для создания, редактирования и сохранения калибровок.
Флажок Калибровка служит для выбора режима отображения. При снятом флажке программа Тензодатчик будет отображать прямое отношение уровней сигнала измерительного и опорного каналов без единиц измерения и без учета калибровочной таблицы. При установленном флажке – в выбранных единицах измерения и в соответствии с калибровочной таблицей.

В списке, находящемся справа от надписи Количество точек, выбирается необходимое количество точек для калибровки первичного преобразователя. Минимальное количество точек – 2, максимальное – 15. Для выбора необходимого количества точек необходимо нажать левой кнопкой «мыши» на кнопку списка, и, в раскрывшемся списке, выбрать нужное количество точек.
После выбора количества точек для калибровки в таблице, расположенной под списком количества точек, отобразится столько строк, сколько было выбрано количество точек. В левом столбце таблицы калибровки в ячейках задаются количественные выражения в установленных единицах измерения, в правом указываются численные значения отношения уровней сигнала соответствующие количественному выражению. Численные значения берутся из показаний программы Тензодатчик.
Кнопка Сохранить файл калибровки служит для сохранения параметров калибровки в файл. После нажатия кнопки открывается стандартное диалоговое окно для сохранения файла. В этом окне необходимо указать путь и имя файла. Директория, куда предлагается сохранить файл калибровки, по умолчанию – C:\ZetLab\config\. Файлы калибровки имеют расширение *.clb.
Для вступления в силу введенных настроек параметров измерителя нажать кнопку Применить, после чего окно Настройка параметров измерителя закроется, а программа Тензодатчик будет отображать измеренные значения с учетом введенных настроек параметров измерителя.
Для выхода из окна настроек без применения настроек нажать кнопку Отмена или кнопку, расположенную в верхнем правом углу окна настроек.

Подключение тензорезистивных датчиков

При использовании в измерениях тензорезистивных датчиков необходимо подключить используемые тензорезистивные датчики к входным и выходным каналам, настроить сервисные и измерительные программы.
В рамках пункта 18.3 Подключение тензорезистивных датчиков, в качестве примера, будет рассматриваться подключение двух тензодатчиков к модулю «ZET 2XX», использующих шестипроводные мостовые схемы. Тензодатчики будут подключаться к входным каналам в дифференциальном включении. Запитка тензодатчиков будет осуществляться с выхода генератора модуля «ZET 2XX».

Подключение тензорезистивных датчиков к модулю «ZET 2XX»

Для подключения тензодатчиков, настройки сервисных и измерительных программ и измерения необходимо проделать следующие шаги:
Подключить тензодатчики к модулю «ZET 2XX» согласно схеме, показанной на рисунке 18.15.
Для включения по мостовой 6-проводной схеме необходимо в нижние точки мостов (тензодатчиков) подать линии «общий» (pin 13 разъема DB-25 модуля «ZET 2XX») и Вход 2 (pin 14 разъема DB-25 модуля «ZET 2XX»). В верхние точки мостов подать линии Выход 1 генератора (pin 12 разъема DB-25 модуля «ZET 2XX») и Вход 1 (pin 1 разъема DB-25 модуля «ZET 2XX»). Вход 1 и Вход 2 будут образовывать Дифференциальный Вход 1 (Вход 1 «+», Вход 2 «-»). Дифференциальный Вход 1 будет служить в качестве опорного канала для подключенных тензодатчиков. В диагональ первого моста (Тензодатчик 1) подать линии Вход 3 (pin 3 разъема DB-25 модуля «ZET 2XX») и Вход 4 (pin 15 разъема DB-25 модуля «ZET 2XX»). Вход 3 и Вход 4 будут образовывать Дифференциальный Вход 2 (Вход 3 «+», Вход 4 «-»). Дифференциальный Вход 2 будет служить в качестве измерительного канала для тензодатчика 1. В диагональ второго моста (Тензодатчик 2) подать линии Вход 5 (pin 4 разъема DB-25 модуля «ZET 2XX») и Вход 6 (pin 16 разъема DB-25 модуля «ZET 2XX»). Вход 5 и Вход 6 будут образовывать Дифференциальный Вход 3 (Вход 5 «+», Вход 6 «-»). Дифференциальный Вход 3 будет служить в качестве измерительного канала для тензодатчика 2.
Эффективное значение измерения изменения напряжения при подключении таких измерительных схем к модулю «ZET 2XX» составляет 10-4. Для усиления сигнала в таких измерительных схемах необходимо применять дифференциальный усилитель, например, предварительный усилитель TDA, разрабатываемый ЗАО «Электронные технологии и метрологические системы». Эффективное значение измерения изменения напряжения при подключении таких измерительных схем к модулю «ZET 2XX» с усилением сигнала предварительным усилителем TDA составляет 10-7.

Настройка параметров АЦП и ЦАП для тензоизмерений

После подключения схемы необходимо настроить входы и выход модуля «ZET 2XX». Для этого из меню Сервисные панели ZETLab выбрать команду Настройка параметров АЦП и ЦАП, после чего откроется рабочее окно программы Настройка параметров АЦП и ЦАП (рисунок 18.16). Программа Настройка параметров АЦП и ЦАП описана в пункте 4 настоящего Руководства оператора.
В настройках АЦП в рамке Каналы установить флажок канала 1 (Вход 1). В списке выбора Номер канала выбрать 1, а списке выбора Тип канала выбрать Дифф., при этом поле установки флажка второго канала (Вход 2) заблокируется и станет темного цвета. После этой операции физические каналы 1 и 2 модуля «ZET 2XX» образуют дифференциальный канал 1 (Дифференциальный Вход 1). Первый канал при этом будет плюсом дифференциального канала 1, второй минусом. Аналогичным образом настраиваются Дифференциальный Вход 2 и Дифференциальный Вход 3. Для Дифференциального Входа 1 используются пара входных каналов 3 и 4, для Дифференциального Входа 2 – 5 и 6.
Если частота дискретизации в списке выбора Частота дискретизации после включения всех нужных для измерения каналов оказалась не целым числом, то можно для установки кратной частоты дискретизации включить любой из оставшихся физических каналов. В данном случае выбран седьмой входной канал.
Частоту дискретизации в настройках АЦП установить 25 кГц, частоту дискретизации ЦАП – 100 кГц.
После настройки всех параметров вид программы Настройка параметров АЦП и ЦАП будет, как показано на рисунке 18.16.
Настроив все параметры необходимо кнопку Сохранить. Эти параметры будут теперь устанавливаться каждый раз при загрузке сигнального процессора и при панели ZETLab, если устройство было включено в компьютер. Для выхода из программы Настройка параметров АЦП и ЦАП нажать кнопку Выход.

 Настройка измерительных трактов

Далее необходимо настроить измерительные тракты входных каналов, которые задействованы в измерениях. Для этого в меню Сервисные панели ZETLab выбрать команду Редактирование файлов параметров, после чего откроется рабочее окно программы Редактирование файлов параметров (рисунок 18.17). Программа Редактирование файлов параметров описана в пункте 5 настоящего Руководства оператора.
После настройки параметров АЦП и ЦАП (пункт 18.3.2 настоящего Руководства оператора) таблица программа Редактирование файлов параметров должна выглядеть примерно, таким образом, как показано на рисунке 18.17. В данном случае в строке №1 таблицы отображаются настройки тракта Дифференциального Входа 1 (в данном примере назван Опорный). Тоже самое касается Дифференциальный Вход 2 (строка №3) и Дифференциальный Вход 3 (строка №5) (в данном примере названы Тензодатчик 1 и Тензодатчик 2, соответственно). Седьмой канал был включен как дополнительный для установки целого числа частоты дискретизации. Параметры измерительных каналов должны быть настроены относительно измерения напряжения, как показано в таблице рисунка 18.17. Название каналов пользователь вводит по своему усмотрению.

После настройки измерительных трактов в программе Редактирование файлов параметров для сохранения информации нажать кнопку Сохранить. Для выхода из программы Редактирование файлов параметров нажать кнопку Выход.

Проверка функционирования измерительной схемы

Для проверки функционирования измерительной схемы необходимо из меню Генераторы панели ZETLab запустить программу Генератор сигналов (рисунок 18.18) и из меню Отображение запустить программу Многоканальный осциллограф (рисунок 18.19).

В программе Генератор сигналов установить для генерирования синусоидального сигнала частоту 1000 Гц, уровень сигнала 0,5 В, смешение нуля 0 В и последовательно нажать кнопки Добавить и Включить. В программе Многоканальный осциллограф в списке Кол-во кнл выбрать четыре канала (четыре осциллограммы).В списке Частота выбрать частотный диапазон отображения сигналов 25 кГц. В верхней осциллограмме выбрать Дифференциальный вход 1 (в данном случае он назван Опорный), во второй – виртуальный канал Генератор 1 (порожден программой Генератор сигналов), в третьей – Дифференциальный Вход 2 (в данном случае он назван Тензодатчик 1), в нижней – Дифференциальный Вход 3 (в данном случае он назван Тензодатчик 2).
В программе Многоканальный осциллограф должны отображаться синусоиды на всех осциллограммах. Уровни на Опорном и виртуальном канале Генератор 1 должны быть близкими, сигнал на всех каналах не должен быть искаженным.
После проверки функционирования измерительной схемы выйти из программ Многоканальный осциллограф и Генератор сигналов.

Настройка параметров программы Тензодатчик

Для проведения измерений по двум тензодатчикам необходимо из меню Измерения панели ZETLab запустить две программы Тензодатчик (рисунок 18.20). Для запитки измерительной схемы из меню Генераторы панели ZETLab запустить программу Генератор сигналов (рисунок 18.21).

В первой программе Тензодатчик в списке измерительного канала выбрать Дифференциальный Вход 2 (в данном примере он назван Тензодатчик 1), в списке опорного канала выбрать Дифференциальный Вход 1 (в данном случае он назван Опорный).
Во второй программе Тензодатчик в списке измерительного канала выбирать Дифференциальный Вход 3 (в данном примере он назван Тензодатчик 2), в списке опорного канала выбирать Дифференциальный Вход 1 (в данном случае он назван Опорный). В программе Генератор сигналов, для запитки тензодатчиков переменным напряжением, установить частоту 5000 Гц, уровень сигнала 0,5 В, смешение нуля 0 В и нажать кнопку Включить. Если необходимо запитывать измерительную схему постоянным напряжением, то в программе Генератор сигналов установить уровень 0 В и смещение нуля, например, 1 В. В данном примере рассматривается запитка переменным напряжением.
В первой программе Тензодатчик, настроенной на измерения показаний с Тензодатчика 1, необходимо провести калибровку. Для этого нажать кнопку Параметры и в открывшемся окне Настройка параметров измерителя (рисунок 18.22) установить необходимые параметры измерения и параметры калибровки.

Для данного примера это будут следующие параметры:
1. в рамке Единица измерения установить единицу измерения – ньютоны (Н). В данном примере рассматривается измерение усилия, с которым прогибается балка. Это усилие будет измеряться в ньютонах;
2. в рамке Измерения установить флажки относительные и переменный ток. Флажок относительные, в данном примере, устанавливается для расчета отношения уровней сигналов измерительного канала (Тензодатчик 1) к опорному каналу (Опорный). Флажок переменный ток необходимо установить, так как в данном примере запитка тензодатчика осуществляется по переменному току;
3. в рамке Калибровочная таблица для проведения калибровки тензодатчика необходимо провести следующие действия:
­ нажать кнопку Калибровка, при этом на графическом индикаторе первой программы Тензодатчик станут отображаться данные прямых расчетов отношения сигналов без внесения в них калибровочных данных;
­ в списке Количество точек указать необходимое количество точек для калибровки первого тензодатчика. В данном примере указать четыре точки, после чего в калибровочной таблице отобразятся четыре строки для ввода калибровочных данных;
­ в левом столбце единиц измерения (в данном случае название столбца будет Н) для каждой точки калибровки (одной точке принадлежит одна строка) ввести количественное значение единиц измерения. Для первой точки в столбце единиц измерения указать 1 (1 Н), для второй – 10 (10 Н), для третьей – 100 (100 Н), для четвертой – 1000 (1000 Н). Первая калибровочная точка будет соответствовать усилию в 1 Н, последняя – 1000 Н, это значит, что измерения будут проводиться в диапазоне от 1 Н до 1000 Н;
­ приложить усилие (нагрузку) к балке (усилие прилагать в направлении действия измеряемого усилия) в 1 Н. Занести показания программы Тензодатчик в столбец Показания калибровочной таблицы в ту же строку с установленной единицей измерения 1 Н;
­ приложить усилие к балке в 10 Н. Занести показания программы Тензодатчик в столбец Показания калибровочной таблицы в ту же строку с установленной единицей измерения 10 Н;
­ для усилий 100 Н и 1000 Н проделать такие же операции как и для усилий 1 Н и 10 Н;
­ после заполнения таблицы нажать кнопку Сохранить файл калибровки, которая служит для сохранения параметров калибровки в файл. После нажатия кнопки открывается стандартное диалоговое окно для сохранения файла. В этом окне необходимо указать путь и имя файла. Директория, куда предлагается сохранить файл калибровки, по умолчанию – C:\ZetLab\config\. В данном примере имя файла было задано – Тензо1.clb;
4. далее необходимо открыть этот калибровочный файл. Для этого нажать кнопку Файл калибровки , после чего откроется стандартное окно открытия файла. В этом окне указать имя файла калибровки (В данном примере Тензо1.clb);
5. для ввода калибровочных данных в программу Тензодатчик нажать кнопку Применить. После нажатия кнопки Применить окно Настройка параметров измерителя закроется, а первая программа Тензодатчик, настроенная на измерение усилия с первого тензодатчика, будет измерять приложенное усилие к балке в установленных единицах измерения – ньютонах.

Во второй программе Тензодатчик, настроенной на измерения показаний с Тензодатчика 2, провести настройку и калибровку аналогичным образом, как и для первой программы. Если второй тензодатчик расположен в другом месте (на другой балке), то соответственно усилие прилагать в месте расположения этого тензодатчика.
После калибровки второй программы Тензодатчик можно приступать непосредственно к измерениям.
Каждая программа Тензодатчик порождает свой виртуальный канал, который можно анализировать и регистрировать любой программой из состава ZETLab.
Программа Тензодатчик не проводит экстраполяции данных, а только интерполяцию. Т.е. интервал отображаемых величин задается в калибровочной таблице в виде максимальных и минимальных значений. В приведенном примере диапазон отображаемых усилий (нагрузок) будет от 1 Н до 1000 Н.
Время расчета каждого значения тензодатчика составляет 0,1 секунды. При использовании большего количества тензодатчиков для измерения опорного значения используется один канал АЦП, а все остальные как измерительные каналы.

Регистрация быстропротекающих процессов

В случае, когда необходимо зарегистрировать быстропротекающие процессы необходимо использовать следующую измерительную схему. При запитывании тензодатчика переменным напряжением необходимо из меню Генераторы панели ZETLab запустить программу Генератор сигналов, выбрать вкладку Синус установить частоту, например, 5000 Гц, уровень 0,5 В и последовательно нажать кнопки Добавить и Включить. Затем из меню Автоматизация панели ZETLab запустить программу Фильтрация сигналов (рисунок 18.23). Программа Фильтрация сигналов описывается в пункте 26 настоящего Руководства оператора.

В программе Фильтрация сигналов устанавливается количество фильтров равное количеству тензодатчиков. В каждом фильтре задается номер измерительного канала, фильтры верхних и нижних частот. ФНЧ и ФВЧ устанавливаются на 5000 Гц (частота запитки переменны током), время интегрирования огибающей устанавливается 2 мс. В результате работы программы Фильтрация сигналов порождаются виртуальные каналы отфильтрованных входных каналов. Виртуальные каналы можно анализировать и регистрировать любой программой из состава ZETLab.