Несмотря на то что вызовы времени и конъюнктура политической ситуации заставляет особое внимание уделять импортозамещению, поставки импортных комплектующих, в том числе весоизмерительных датчиков и электронных интеррогаторов для отечественных разработок, продолжаются. В статье раскрываются особенности и перспективы датчиков балочного типа, сжатия и растяжения фирмы Scaime для контроля параметров в условиях деформации и перемещения веса, что актуально во многих областях производства и в быту.
Непотопляемые производители и особенности импортозамещения
Изделия французско-китайской фирмы Scaime обеспечивают качество производства, технологии и эксплуатационные характеристики датчиков и контроллеров на уровне HBM и CAS. Это высокий конкурентный уровень. Компания численностью в сотню человек, входящая в топ крупных холдингов, работает на отечественном рынке давно и успешно. Подробнее об этом можно прочитать в статье [8]. В производственной линейке продукции Scaime у разработчиков РЭА особый интерес вызывают электронные датчики растяжения, сжатия и балочного типа, о них и будем говорить далее. К слову, в поле реализации продукции только по этому сегменту (типу) датчиков на российских просторах конкурируют 63 компании. Среди них заметно выделяется Scaime по положительным отзывам, но также и по относительно малому предложению ассортимента. Из всего пула компаний представлены порядка 10 российских производителей (или с отечественным участием), остальные – конкуренты.В этой ситуации продвижение конкурентной продукции на рынке является важным экономическим и профессиональным фактором. Отдельно уточним, что единственным «минусом», впрочем, связанным с санкционной политикой, можно считать то, что после 2017 года не обновлялись свидетельства об утверждении типа средств измерений – метрологический сертификат Росстандарта. Это видно в документации, представленной в каталогах и на сайте производителя [1], [2], [4]–[6]. Вместе с тем нам удалось получить экспертное мнение бренд-менеджера технического отдела компании «Прософт» Александра Константинова о метрологических сертификатax на продукцию. Эксперт, имеющий опыт работы по профессиональной позиции в компании с 2008 года, засвидетельствовал, что линейка оборудования Scaime периодически обновляется, а качество продукции остаётся на неизменно высоком уровне, так что о падении качественных свойств продукции ввиду «старых» метрологических сертификатов речи не идет. Наоборот, развиваются такие перспективные направления, как электронные контроллеры весовых датчиков в части улучшения функционала и оптимизации взвешивания упаковки, определения положения тары, изменения её ёмкости – наполняемости, а также ведутся работы по разработке и усовершенствованию модельного ряда тензодатчиков для определения растяжения и сжатия. А. Константинов, профессиональные статьи которого также есть в редакционном портфеле и на портале СТА, кроме прочего, в интервью заметил: «В целом, поставки оборудования компании SCAIME сохраняются, но сертификаты средства измерения на весовые датчики компании Scaime нами не обновлялись. Среда на рынке реализации продукции очень конкурентная. Многие заказчики работают с отечественными производителями (к примеру, Тензо-М), но и тензометрический мост – не самое сложное оборудование с точки зрения производства. Изделия фирмы Scaime нередко можно встретить в производственных линиях для пищевых производств, оборудования из Европы, которое до сих пор является основным в России. Также Scaime серийно поставляется в сельскохозяйственной технике CLAAS».
Минувшей осенью один датчик растяжения Scaime обнаружен в приводе системы забора сельскохозяйственных культур комбайна Ростсельмаш ДОН 1500Б 2006 года выпуска, представленном на рис. 1.
Рис. 1. Датчик растяжения Scaime в комбайне Ростсельмаш ДОН 1500Б
Надо заметить, что оборудование из Европы в прежние годы перемещалось в Россию модулями и блоками, с монтажом на местax под контролем специалистов и представителей фирм-поставщиков. Это и «плюс», и «минус» для современной ситуации. С одной стороны, зарубежные поставщики значительно сократили поставки запчастей в Россию, а с другой стороны, они не намерены полностью отказаться от поставок ввиду выгоды щекотливого свойства: гораздо лучше держать контрагента «на привязи», в зависимости, чем полностью лишиться рынка сбыта оборудования и дать возможность развития собственного производства. С третьей стороны – они намерены и далее торговать с нами технологиями, которых (условно сопоставимых по качеству) своих в России пока, за небольшим исключением, нет. Эти обстоятельства, с одной стороны, способствуют развитию импортозамещения в России, а с другой – кое-как поддерживают работу импортных производственных линий в стране. При этом надо отметить, что во всех сферах подавляющее большинство производственных линий является импортным.
Компания также разрабатывает и производит электронные датчики для прикладного медицинского применения: датчики силы для инъекционных или питательных насосов, датчики силы для диализного оборудования, датчики силы для маммографических аппаратов, весоизмерительные ячейки для медицинских диагностических систем, датчики нагрузки для инкубаторов и больничных коек или систем для перемещения пациентов. Особенно интересна разработка шприцевого насоса с контролем параметров введения препаратов пациентам, представленная в [8].
Особые среды и аспекты защиты оборудования
Во многих сферах производственной деятельности, не исключая Агропром, аккумулирование и сбор данных в электронном цифровом формате организован по оптическому каналу с использованием устройств модельного ряда MDX от Scaime. В технологии оптоволоконных измерений, в антивандальном корпусе из нержавеющей стали с классом защиты IP66 – это условно новое слово электронной техники. К примеру, модули MDX400T в герметичном корпусе для сбора данных по оптическому каналу устойчиво работают в агрессивных средах, в условиях рисков деформации и вибрации, с повышенной влажностью и нетипичным составом воздуха, а контроллер модификации D ещё совершенней.Нетипичный состав воздуха человек может почувствовать собственным обонянием, однако возможности электронных устройств в этом деле значительно больше и шире, именно поэтому их и называют «устройства-помощники». Они способны определять, анализировать и структурировать в цифровом виде не только состав солёной воды или воздуха, но и иные запахи. Подобные датчики давно применяют в анализаторах спектра алкогольных паров (бытовой вариант – алкотестеры) и в других случаях, однако особая и не описанная ранее сфера приложения идей – по опыту автора – в определении запахов в пивоваренном производстве, где в качестве сырья используется солод, а продукты его «распада» и отработки именуют как «жмых», или, на профессиональном жаргоне, «дробина». Дробина, как отходы производства, является востребованным удобрением для агропромышленного комплекса, а также применяется в охотничьих хозяйствах – для биотехнии и прикормки диких животных (это лакомство для кабанов и медведей используют охотники в засадах). На рис. 2 представлен вид «дробины» с «удивительным» запахом, который может привлечь всех кабанов мира.
Рис. 2. Опыт автора и «дробина» образца 2005 г.
Пояснение в этой части приведено неслучайно. Если удерживающие устройства и конструкции почти не применяют в сосудах или бункерах со статической нагрузкой, когда горизонтальные силы, передаваемые на тензодатчики, невелики, то в условиях динамической нагрузки (например, сброса в контейнер нескольких тонн отработанного сырья) конвейеров или резервуаров, оснащённых мощными мешалками, на тензодатчики могут передаваться горизонтальные силы: поэтому рекомендуется использовать удерживающие устройства. К примеру, оборудованием, к которому необходимы удерживающие устройства, являются смесители высокой мощности, диспергирующие, эмульгирующие или гомогенизирующие жидкости, пасты, порошки или твёрдые вещества. Смесители большой ёмкости работают на высокой скорости, создавая сильные вибрации и колебания. Поэтому для их устойчивости рекомендуются ограничивающие стабилизирующие устройства. Это же касается защитных мер для купирования ударной (не вибрационной), а также ветровой и сейсмической нагрузки. На пивоваренном производстве, чему мы были свидетелями, установлены ёмкости большого объёма, в которые производится массовый сброс отработанного сырья, при этом предъявляются требования к устойчивости и надёжности конструкции. Поскольку стабилизирующее устройство является условием нормальной работы системы, оно обычно состоит из тяги, допускающей вертикальное перемещение и предотвращающей любое горизонтальное перемещение. На рис. 3 представлен схематичный вид резервуара с иллюстрацией сил внешнего воздействия.
Рис. 3. Схематичный вид резервуара с иллюстрацией сил внешнего воздействия
На изображении слева показаны силы давления сверху, иллюстрация справа показывает возможные точки установки датчиков для контроля состояния резервуара – против его расширения в стороны. Поэтому интересны монтажные комплекты, штанги и тяги – стабилизирующие устройства, устраняющие значительные боковые силы воздействия. Потому что когда резервуар расширяется и сжимается, посредством внешней силы возрастает фронтальная или боковая нагрузка на опоры и датчики, в частности, и на присоединенный трубопровод, в то время как резервуар должен быть условно подвижен, ибо жёсткие и неподвижные соединения, в том числе подводки трубопроводов, приводят к ошибкам взвешивания. На рис. 4 представлен вид резервуара для сброса отработанного сырья пивоваренного производства – дробины. Представлен авторский опыт обслуживания системы весового контроля по заказу ОАО «Пивоваренная компания «Балтика».
Рис. 4. Вид резервуара для сброса отработанного сырья пивоваренного производства – дробины. Завод ОАО «Пивоваренная компания «Балтика», 2020 г.
Весовое измерительное оборудование и опорные стойки резервуара оснащены соответственно датчиками и стабилизирующими устройствами, разработанными в Scaime. Компания Scaime накопила большой опыт в разработке весового оборудования, сертифицированного по ATEX и IECEx, в том числе для взвешивания в агрессивных и взрывоопасных средах. Широкий диапазон температур среды, в которых применяются весовые контроллеры и датчики, в зависимости от типа устройств имеет значения от –60 до +70°С, что позволяет применять их в нетипичных условиях, в том числе в Арктике.
Следующее уточнение касается надёжности коммуникационных линий. К примеру, в промышленном устройстве сбора данных по оптическому каналу MDX400T(D) применены коннекторы M12 повышенной надёжности для электрических и типа ODC оптических сигналов. Интерфейс связи по шине CANopen позволяет подключать его к системам промышленной автоматизации. Устройство сбора данных MDX400T-X совместимо со всеми типами датчиков SCAIME (и не только), предназначенных для измерения давления, температуры, усилий, смещения, ускорения, и не требует дополнительного оборудования. Высокочувствительные и надёжные в эксплуатации оптические датчики на основе волоконной решётки Брэгга FBG (Fiber Bragg Grating) с физической длиной всего несколько миллиметров применяются по технологии FBG в измерениях физических величин. Весовой контроллер MDX400T-X с датчиками, имеющими микроструктуру FBG (ядро – сердцевина одномодового оптоволокна), описан в [8] и каталогах [2], [5].
Современные интеррогаторы
Решения с применением оптических датчиков в Scaime этим не ограничиваются. На протяжении длительного времени особое место в производственной линейке занимают электронные контролёры обработки с АЦП, специализированные микропроцессорные системы и модули для универсального крепления в шкафы и на DIN. Пример тому – устройства опроса датчиков и сбора данных (интеррогаторы), контроллеры eNod4 с различными модификациями прошивок – для решения различных типовых задач. Базовые конфигурации контроллера (см. рис. 5) регулярно изменяются, а это говорит о заинтересованном отслеживании развития потребности рынка РЭА со стороны инженеров и менеджеров компании – для соответствия актуальным запросам разработчиков и производителей систем современной электроники.
Рис. 5. Универсальный весовой контроллер eNod4 от Scaime
Электронные контроллеры серии eNOD4 – весьма интересный для разработчиков продукт, ещё более уникальный, нежели базовые датчики веса, и при этом универсальный. Мы не раз будем возвращаться к нему, рассматривая подробно в следующих публикациях. Область их применения очень широка – от вендинговых аппаратов (о чём «СЭ» писала в № 2, 2023) до устройств в системе управления процессами розлива и фасовки. В этом ключе функциональность весовых контроллеров подтверждается обеспечением полного однокомпонентного цикла фасовки/розлива (жидких сред) и одновременным контролем нескольких наполняющих клапанов (настраиваемая последовательность работы клапанов (CF, CF-FF, HF-CF-FF, FF-CF-FF)). Они доказали свою надёжность в динамическом режиме работы «Dynamic» functioning mode для точного дозирования веществ и жидкостей без стабилизации веса и с автоматическим контролем тары. На рис. 6 представлено схематическое изображение описываемого функционала, реализуемого с помощью eNOD-4D.
Рис. 6. Схематическая иллюстрация функционала весоизмерительных электронных контроллеров eNOD-4D на производстве
Конструкции весоизмерительных датчиков и современные контроллеры типа eNOD обеспечивают качественный, корректный метрологический процесс (измерения и их обработка) безынерционно, то есть оперативно в течение нескольких секунд, а некоторые типы датчиков – долей секунд. В прикладном смысле это очень важно, поскольку с помощью означенного оборудования измерения можно проводить и анализировать буквально «на лету», что и используется в условиях промышленного производства широкого спектра. Поэтому продукция Scaime в сегменте датчиков изменения состояния не теряет, а приобретает в востребованности. Примеры использования продукции фирмы хорошо показаны в статье [8], где, в частности, речь идёт о важном и перспективном направлении, используемом в том числе в военпроме. Это замеры состояния корпуса (деформации) морских и воздушных судов, в том числе в режиме эксплуатации, под воздействием внешних факторов и в других характерных случаях.
Далее рассмотрим обзор датчиков сжатия и растяжения в прикладных целях и перспективы их применения.
Датчики сжатия и растяжения в автомобилестроении
В прикладных целях датчики сжатия, растяжения применяют и в грузовом автомобилестроении. Надо заметить, что кузова грузовых автомобилей отечественного и белорусского производства (к примеру, МАЗ, КамАЗ и др.) грузоподъемностью 3–20 т пока не оснащаются этим типом датчиков. Почему – вопрос надо адресовать автопрому, в то время как автомобили аналогичного класса грузоподъёмности фирм Man, Volco и др. с середины 90-х гг. ХХ века уже имели это оборудование, позволяющее контролировать не визуально наполняемость и вес груза в кузове (как водитель в России), а динамические характеристики деформации, наклона и вибрации, особенно это актуально при сбросе груза (к примеру, «дробины» – см. выше) из кузова, когда база грузового автомобиля (его шасси, рама) испытывает колоссальные нагрузки. Обратите внимание на иллюстрацию (рис. 7), где показаны рекомендуемые точки установки тензодатчиков растяжения.
Рис. 7. Рекомендуемые места установки датчиков для контроля нагрузки грузового автомобиля
Опять же примеры неслучайны. Если знать и контролировать существенные нагрузки на раму грузового автомобиля при наполнении кузова и особенно при его опорожнении, особенно в условиях нелинейных почв и не на твердом грунте, под уклоном, в карьерах и др., то можно распределять нагрузку на кузов более эффективно и безопасно, а главное – облегчить шасси автомобиля.
В российском автопроме традиционно возобладала привычка «на всякий случай» увеличивать шасси, что приводит к неоправданному увеличению массы грузового автомобиля отечественного производства и расходу металлов. Примерно та же проблема технологий, напоминающих анахронизм эпохи, видна на российских железных дорогах в части грузового товарооборота и логистики. Далее расскажем о том, как контролируется до сих пор в 2023 году целостность и вес грузового железнодорожного вагона, цистерны с массой 63 тонны. Контроль во время маршрута осуществляется неоднократно, в «парках» отстоя составов перед следующим участком пути, а также сотрудниками ведомственной охраны ЖДТ, которых подряжают на охрану грузовых составов и их сопровождение. Для цели контроля у сотрудника ведомственной охраны ЖДТ есть с собой специальная «палка» – измерительный инструмент из плоской доски, вырезанный «лесенкой» (примерно, если шахматную доску по диагонали разрезать и по клеточкам). Эту зубчатую конструкцию сотрудник-контролёр подсовывает под пружину колёсной пары грузового вагона (цистерны) до того участка, пока палка влезает между пружиной и рамой колёсной пары, – определяют наполняемость цистерны. Разумеется, примерно. Одно деление (клеточка) равняется примерно 5 тоннам веса. Соответственно маркированная «доска» с клеточками полностью (до отказа) влезает в означенное место, если цистерна пуста, а при наполненной цистерне «тестовая доска» едва влезает между пружиной и рамой колесной пары на один «квадратик-клеточку». Надо полагать, что тут фирма Scaime могла бы помочь линейкой своих датчиков и весоизмерительных контроллеров.
На рис. 8 представлен автомобиль МАЗ без системы автоматического контроля нагрузки на шасси и кузов (авторский опыт).
Рис. 8. Грузовой автомобиль МАЗ, сбрасывающий «дробину» в поля
В то время как ту же задачу с применением технологий Scaime (и не только) уместно решать с дополнительной пользой. Зная распределение сил и нагрузок, факторов внешнего воздействия и давления на конструкцию, кузов грузового автомобиля можно сделать легче, что приведёт также к улучшению всех эксплуатационных характеристик грузового автомобиля. Примерно тем же путем можно следовать в области производственного авиа- и кораблестроения. Для изучения проблематики и совершенствования готовых конструкций подходят весовые датчики и контроллеры, перспективы которых мы рассматриваем. Для справедливости надо сказать, что некоторые (крайне мало) весовые датчики применяются в автомобилях повышенной грузоподъёмности 450 тонн типа «Белаз» модели 75710 разработки 2013 года, а также в военной промышленности. Однако в российских традициях это пока единичные или частные случаи. У нас до сих пор имеется «зияющее» и, по сути, неоправданное разграничение классификаций и требований, предъявляемых к продукции военпрома и бытового («народного хозяйства») назначения, в то время как в странах с преобладанием высоких технологий производства такого разделения нет; любой грузовой автомобиль одинаково комфортен и надёжен как для армии, так и для агропромышленного комплекса или частного владения. То же касается системы комплексного определения критичных нагрузок в движении, в том числе в полете и плавании, а также взвешивания самолётов и вертолётов (система VPH-3Z) в процессе технического обслуживания. Эта разработка с тремя независимыми каналами взвешивания позволяет отслеживать смещение центра тяжести летательного аппарата для контроля его нахождения в пределах лётной годности. В перспективе развития и совершенствования этой системы её ориентация на беспилотные средства передвижения и летательные аппараты.
Датчики сжатия и растяжения для кораблей, самолётов, вертолётов и БПЛА
Пример системы контроля целостности корпуса судна с мониторингом в реальном времени описан в [8]. История применения датчиков сжатия и растяжения в военпроме мировых держав известна с 2004 года (действующий авианосец с атомной установкой «Шарль де Голль», Франция). С тех пор на кораблях, танкерах, транспортировщиках сжиженного природного газа (СПГ), ледоколах и контейнеровозах устанавливают системы, решения к которым предложены Scaime. На рис. 9 представлена схема размещения оптических датчиков на корпусе танкера [8].
Рис. 9. Иллюстрация размещения оптических датчиков на корпусе танкера
Система не только контролирует целостность корпуса, но и следит за утечками сжиженного газа, обнаруживаемыми по изменению температуры ёмкости. Аналогичным образом осуществляется мониторинг утечек в наземных газовых хранилищах. Датчики растяжения и сжатия применяются в военных разработках в местax дислокации ракет подземного (шахтного – не только в России) базирования, но и для ракетных комплексов, в том числе межконтинентальных баллистических ракет на автомобильном грузовом шасси и скрытым базированием в усиленных железнодорожных вагонах-рефрижераторного типа (вида) в составе БЖРК – боевого железнодорожного ракетного комплекса. Последние БЖРК в России были расформированы в начале «нулевых», однако и сегодня обсуждаются вопросы и перспективы по восстановлению этого типа «ядерного щита» [3]. Эти системы и операторские станции отвечают строгим стандартам в плане безопасности, надёжности и функционального оснащения. Концепция взрывозащищённых операторских станций серии VisuNet RM обеспечивает удобный способ обмена информацией между оборудованием во взрывоопасной производственной зоне и аппаратурой, установленной в диспетчерской. Комплекс включает в себя удалённый монитор (операторскую станцию) или панельный ПК (в качестве узла сети) в сочетании с дополнительными интерфейсными компонентами. Кроме военной перспективы устройства подходят для применения в химической, фармацевтической, нефтегазовой и пищевой отраслях. Серия VisuNet имеет конструктивные особенности, гарантирующие высокую степень взрывозащиты, в частности, залитый компаундом предохранитель и внутренние полости корпуса, заполненные кварцевыми стеклянными шариками. Технология Ethernet позволяет располагать операторские панели во взрывоопасной зоне на расстоянии до 2 км от рабочей станции, находящейся в безопасной зоне. Серия имеет сертификацию по ATEX II 2G, II 2D EEx qe [ib] IIC T4, IEC II 2G, II 2D и разрешение Ростехнадзора. Корпуса из нержавеющей или кислотоустойчивой стали c различными вариантами крепления. Диапазон рабочих температур от –20 до +50°С [7].
Поэтому обеспечение средствами современной электроники летательных аппаратов, судов, «бороздящих» просторы водных акваторий, в том числе подводного флота, ТС, автомобилей грузового типа, особенно с большой грузоподъёмностью, является задачей отечественных разработчиков (автопром) будущего; для этого производителями РЭА и современной электроники, в том числе от Scaime, представлены достаточные возможности. Датчики, преобразователи, весовые контроллеры и индикаторы состояния наряду с опытными рекомендациями по их применению нужны для построения полноценной системы измерения и взаимодействия со сторонними управляющими системами.
Весоизмерительные тензодатчики различного назначения
Тензодатчики веса, силы и преобразователей для измерений обеспечивают измерение в пределах 200 грамм – 5000 тонн, а силы – 0,1–5000 Ньютон. Таковы особенности их калибровки. Тензодатчики могут функционировать в широком диапазоне температур, с классом точности C2–C6, со степенью защиты разных моделей от IP54 до IP68, и могут располагаться во взрывоопасных средах. S-образные датчики производятся из никелированной и нержавеющей стали. Условно простые и удобные в установке, они предназначены в основном для взвешивания ёмкостей и в натяжных системах для взвешивания. Могут применяться во взрывоопасных средах и для измерения веса резервуаров, вагонов, автотранспорта, усилий в подъёмных механизмах, прокатных станах; нагрузок в опорных стенах; тяги авиадвигателей, испытаний кузовов автомобилей, плоскостей и фюзеляжа самолетов. Приборы сертифицированы по международным метрологическим стандартам OIML, NTEP, ATEX, FM.Весоизмерительный датчик преобразует упругую деформацию, возникающую под действием силы тяжести взвешиваемого объекта в нормированный электрический сигнал. Представленный на рис. 10 весоизмерительный датчик сжатия Scaime ТC F класса 28.01 выпускается с 2012 года по настоящее время.
Рис. 10. Внешний вид весоизмерительных датчиков сжатия Scaime ТC F
Датчик состоит из упругого элемента и тензорезисторов на клеевой основе, соединённых по мостовой электрической схеме. Среди разработчиков популярны два семейства датчиков R10X и CB50X, отличающиеся монтажными элементами встройки в весы, габаритными размерами и массой. Модификации датчиков отличаются максимальной нагрузкой, пределами допускаемой погрешности. Обозначение датчиков Scaime ТС F XY, где ТС F – обозначение типа, определяется так: X – обозначение семейства; Y – обозначение максимальной нагрузки (Еmax) в тоннах.
Датчики сжатия семейства R10X
Некоторые технические характеристики датчиков семейства R10X (каталожные сведения).- Доля от пределов допускаемой погрешности весов 0,7 pLC
- Составляющая погрешности, связанная со сходимостью и ползучестью: за 30 мин, кг, не более 0,7 mpe, за время между 20-й и 30-й минутами, кг, не более 0,15 mpe
- Номинальный относительный выходной сигнал 2 мВ/В
- Обозначение по влажности СН
- Напряжение питания, диапазон 1...15 В
- Вероятность безотказной работы (за 2000 ч): 0,9
- Класс точности D по ГОСТ Р 8.726-2010
- Значение входного сопротивления датчиков 760±20 Ом
- Значение выходного сопротивления датчиков 700±10 Ом
- Предел допустимой нагрузки Еmin: 200 (150 для 50 т) % от Еmax
- Предельные значения температуры: –30…40°С
Таблица 1. Зависимость пределов допускаемой погрешности измерений от веса нагрузки датчиков R10X
Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале приведены в табл. 2.
Таблица 2. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале
Габаритные размеры и масса датчиков приведены в табл. 3.
Таблица 3. Габаритные размеры и масса датчиков R10X
Датчики сжатия семейства СВ50Х
Датчики семейства СВ50Х имеют класс точности С по ГОСТ Р 8.726-2010. Пределы допускаемых погрешностей датчиков семейства СВ50Х аналогичны датчикам R10X. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале приведены в табл. 4.
Таблица 4. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков семейства СВ50Х
Значение входного сопротивления датчиков 815±20 Ом. Предельные значения температуры в диапазоне –10…+40°С. Значение выходного сопротивления датчиков и предел допустимой нагрузки для датчиков R10X и CB50X не отличаются. Габаритные размеры и масса датчиков CB50X приведены в табл. 5.
Таблица 5. Габаритные размеры и масса датчиков CB50X
Поверка осуществляется в соответствии с приложением В «Методика поверки» ГОСТ Р 8.726-2010. Основные средства поверки: рабочие эталоны 1-го разряда по ГОСТ Р 8.663-2009 с пределами допускаемых значений доверительных границ относительной погрешности 0,01%.
Весоизмерительные датчики растяжения
Принцип действия датчиков основан на преобразовании упругой деформации датчика, возникающей под действием силы тяжести взвешиваемого груза, в электрический сигнал. Примером тому тензодатчик растяжения из нержавеющей стали Scaime МТРД – МТРС для веса до 50 т (см. рис. 11) и аналогичного типа.
Рис. 11. Тензодатчик растяжения из нержавеющей стали Scaime МТРД – МТРС для контроля веса до 50 т
Датчик MTRD обеспечивает уровень защиты IP65, датчик MTRS уровень защиты IP67. Комбинированная ошибка для обоих типов составляет ±0,15%. Каждый тензодатчик шунтирован, соединяется с весовым контроллером многожильным медным кабелем в экранирующей оплётке, чтобы исключить влияние электрических и эм-помех, а при монтажных или регламентных работax с габаритным оборудованием предотвратить отрицательное воздействие сварочного тока через тензодатчик. Датчик состоит из упругого элемента и тензорезисторов на клеевой основе, соединённых по мостовой электрической схеме. Модификации датчиков отличаются максимальной нагрузкой, пределами допускаемой погрешности, габаритными размерами и массой. Принятое обозначение датчиков в Scaime ТС C ZA30X Y, где ТС C – обозначение типа, ZA30X – обозначение семейства, а Y – обозначение максимальной нагрузки (Еmax), тонн.
Некоторые технические характеристики весоизмерительных датчиков растяжения Scaime.
- Доля от пределов допускаемой погрешности весов 0,7 pLC
- Составляющая погрешности, связанная с сходимостью и ползучестью: за 30 мин., кг, не более 0,7 mpe, за время между 20-й и 30-й минутами, кг, не более 0,15 mpe
- Номинальный относительный выходной сигнал 2 мВ/В
- Обозначение по влажности СН
- Напряжение питания, диапазон 1...15 В
- Вероятность безотказной работы (за 2000 ч): 0,9
- Класс точности C по ГОСТ Р 8.726-2010
- Значение входного сопротивления датчиков 385±20 Ом
- Значение выходного сопротивления датчиков 350±10 Ом
- Предел допустимой нагрузки Еmin: 150% от Еmax
- Предельные значения температуры: –10…+40°С
Таблица 6. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков растяжения
Габаритные размеры и масса датчиков растяжения Scaime приведены в табл. 7.
Таблица 7. Габаритные размеры и масса датчиков растяжения Scaime
Особый форм-фактор у датчиков растяжения Scaime ZA30X и ZFA представлен на рис. 12.
Рис. 12. S-образные датчики растяжения Scaime ТС C ZA-30X (cверху) и ZFA (снизу)
Знак утверждения типа наносится фотохимическим способом на маркировочную табличку, расположенную на датчике, и типографским способом на титульный лист паспорта. Основные средства поверки и принцип её осуществляются так же, как для весоизмерительных датчиков растяжения Scaime производства КНР.
Весоизмерительные ячейки
Кроме того, в линейке выпускаемого оборудования особое место занимают весоизмерительные ячейки, предназначенные для взвешивания или измерения больших нагрузок на погрузочно-разгрузочном оборудовании. Вместимость вариативна и может ограничиваться значениями в 5, 10, 20, 30, 50 тонн. Это устройство на базе срезного стержня, для эксплуатации в резервуарных, путевых и платформенных весах. Измерительный элемент представляет собой пружину напряжения среза из нержавеющей стали, на которой расположены расширительные измерительные полоски (DMS). DMS находятся под углом 45° к продольной оси сбоку на пружинном элементе и, таким образом, работают на срез. За счёт воздействия нагрузки в измерительном направлении пружинное тело и связанные с ним DMS эластично деформируются. При этом вырабатывается измерительное напряжение, пропорциональное нагрузке. У разных производителей такие датчики отличаются. Для сведения параметры весоизмерительных ячеек SIWAREX R представлены в табл. 8.
Таблица 8. Некоторые параметры весоизмерительных ячеек SIWAREX R
Датчики весоизмерительные балочные Scaime
Датчики весоизмерительные балочные Scaime предназначены для измерений и преобразования воздействующей на датчик силы тяжести – упругой деформации под воздействием взвешиваемого груза в электрический ток. Как и датчик растяжения и сжатия, балочный имеет в основе упругий элемент – тензорезисторы на клеевой основе, соединённые по мостовой электрической схеме. Линейка датчиков состоит из семейств AQ, AG, AH, AP, AB, F60X, SK30A, SK30X, отличающихся монтажными элементами встройки датчика в весы, габаритными размерами и массой. Также модификации датчиков отличаются максимальной нагрузкой, пределами допускаемой погрешности. Обозначение датчиков Scaime C XY, где C – обозначение типа, X – обозначение семейства, Y – обозначение максимальной нагрузки (Еmax), кг.Некоторые технические характеристики весоизмерительных датчиков балочного типа Scaime
- Доля от пределов допускаемой погрешности весов 0,7 pLC
- Составляющая погрешности, связанная со сходимостью и ползучестью: за 30 мин., кг, не более 0,7 mpe, за время между 20-й и 30-й минутами, кг, не более 0,15 mpe
- Номинальный относительный выходной сигнал 2 мВ/В
- Обозначение по влажности SН
- Напряжение питания, диапазон 1–15 В
- Вероятность безотказной работы (за 2000 ч): 0,9
- Класс точности C по ГОСТ Р 8.726-2010
- Значение входного сопротивления датчиков 410±20 Ом
- Значение выходного сопротивления датчиков 350±10 Ом
- Предел допустимой нагрузки Еmin: 150% от Еmax
- Предельные значения температуры: –10…+40°С
Датчики семейства AQ
Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков AQ приведены в табл. 9.
Таблица 9. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков AQ
Габаритные размеры и масса датчиков AQ приведены в табл. 10.
Таблица 10. Габаритные размеры и масса датчиков AQ
Датчики AG
Этот тип датчиков отличается от рассмотренных выше (AQ) незначительно – только сведениями, представленными в табл. 11 и 12, – соответственно незначительны отличия в поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков и их габаритaх.
Таблица 11. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков AG
Габаритные размеры и масса датчиков AG приведены в табл. 12.
Таблица 12. Габаритные размеры и масса датчиков AG
Типичный пример балочного весоизмерительного датчика AG18 C6 SH 18e F от Scaime представлен на рис. 13.
Рис. 13. Весоизмерительный тензодатчик Scaime AG18 C6 SH 18e F балочного типа
Датчики АН
Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале AH приведены в табл. 13.
Таблица 13. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков AH
Остальные технические характеристики, как в описании для всех датчиков балочного типа фирмы Scaime. Габаритные размеры представлены в табл. 14.
Таблица 14. Габаритные размеры датчиков типа АН
Датчики АР
Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале семейства AР приведены в табл. 15.
Таблица 15. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков АР
Габаритные размеры представлены в табл. 16.
Таблица 16. Габаритные размеры датчиков АР
Датчики АВ
Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале AВ приведены в табл. 17.
Таблица 17. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков АВ
Остальные характеристики (кроме массогабаритных), как у всех датчиков балочного типа Scaime.
Габаритные размеры и масса датчиков семейства АВ приведены в табл. 18.
Таблица 18. Габаритные размеры датчиков семейства АВ
Датчики F60X
Датчики F60X имеют те же характеристики (выше), кроме предназначения по влажности – CH и параметра входного сопротивления датчиков 410±20 Ом. Предельные значения температуры в диапазоне –30…+40°С. Остальное как у всех датчиков балочного типа от Scaime. Внешний вид тензодатчика балочного типа Scaime F60X20 C6 CH10e представлен на рис. 14.
Рис. 14. Тензодатчик балочного типа Scaime F60X20 C6 CH10e
Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале семейства AВ приведены в табл. 19.
Таблица 19. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков F60X
Габаритные размеры и масса датчиков приведены в табл. 20.
Таблица 20. Габаритные размеры и масса датчиков типа F60X
Датчики SK30A
Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале семейства SK30A приведены в табл. 21.
Таблица 21. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков SK30A
Входное сопротивление датчиков 385±20 Ом. Предельные значения температуры в диапазоне –10…+40°С. Остальное, как у всех датчиков балочного типа от Scaime. Габаритные размеры и масса датчиков приведены в табл. 22.
Таблица 22. Габаритные размеры и масса датчиков SK30A
Датчики SK30X
Отличительные особенности связаны с поверочными особенностями и массогабаритным форм-фактором. Обозначение класса по влажности – СН. Остальные параметры, как у датчиков SK30A. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале семейства SK30Х приведены в табл. 23.
Таблица 23. Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков SK30Х
Габаритные размеры и масса датчиков SK30Х приведены в табл. 24.
Таблица 24. Габаритные размеры и масса датчиков SK30Х
Широкий ассортимент датчиков SCAIME представлен для одноточечной нагрузки – результат многолетнего партнёрства с ведущими производителями платформенных весов. Одноточечные датчики точно измеряют вес нагрузки независимо от положения на платформе и разработаны специально для применения в весоизмерительных системах с одним датчиком – в ювелирных, лабораторных, торговых, почтовых и других платформенных весах. Среди этого класса разработчики выбирают одноточечные датчики BEF-F 3 в алюминиевом исполнении и для номинальной нагрузки 3 кг. Датчик веса AVX 15 C3 CH 15e TR сделан из нержавеющей стали, номинальная нагрузка 15 кг, класс точности C3. Датчик весоизмерительный PE 2000 в алюминиевом корпусе для нагрузки до 2 кг – надёжный аналог популярного тензодатчика SPL. Консольный одноточечный тензодатчик Scaime AG18 C6 SH 18e F для измерения веса до 18 кг представлен на рис. 13 (выше).
Конкуренцию для рассмотренных датчиков в соответствующих семействах и условиях предназначения составляют весоизмерительные датчики сжатия RC3 разработки Flintec GmbH (Германия) модельного ряда 740 DМЕТ фирмы UTILCELL (Испания) и др. К слову, ЗАО «Весоизмерительная компания Тензо-М» (п. Красково, Россия) – действующий партнёр Scaime, имеет собственный модифицированный ряд изделий – более 20 позиций.
Перспективы применения датчиков растяжения и сжатия
Весоизмерительные датчики сжатия, растяжения и балочного типа фирмы Scaime в соответствии с предназначением и техническими характеристиками обеспечивают решение таких насущных задач, как взвешивание автомобилей, силосов и ёмкостей, в том числе в динамично изменяющихся условиях непрерывного перемешивания, и дозирование, контроль и сортировку фракций по весу. В части наполнения и упаковки обеспечивают точное ленточное взвешивание, измерение уровня экстензометрами, гигиеническое и асептическое взвешивание (фармация), а также взвешивание в опасных зонах и условиях. Найденные опытным путем в сельскохозяйственной уборочной технике – комбайнах, резервуарах пивоваренных производств и даже в шлюзах Сайменского канала, а также Волховской ГЭС-6 (Ленинградская область, Волховская ГЭС имени В.И. Ленина), фактически подтверждают широкое распространение рассмотренных типов датчиков силы, измеряющих нагрузку, задействованных почти во всех сферах нашей жизни. В бытовых условиях они вполне могут помочь даже готовящейся стать мамой представительнице прекрасной половины человечества ежеминутно (или по желанию) контролировать свой растущий вес.В промышленных условиях давно применяются контроль нагрузки на погруженные якоря и при транспортировке (буксировке) судов и даже лесосплаве по рекам – датчики деформации закреплены на погружённых в воду цепях, анкерный мониторинг морских буёв. Контроль шлюзовых ворот на дамбах, шлюзах и гидроэлектростанциях – давно освоенная специализация применения рассматриваемого сегмента датчиков. Они актуальны также в военной технике, датчики сжатия и растяжения востребованы в том числе в оборудовании «судного дня». Финляндия арендует 19,6 км российской части Сайменского канала (из 57,3 км общей протяжённости) и прилегающую территорию до 2063 года. На втором шлюзе «Брусничное» датчики от Scaime закреплены на воротах.
Преимущества и возможности применения оптоволоконных измерительных систем широко используют разработчики в устройствах мониторинга нагрузки во время фаз заполнения/опорожнения/открытия/закрытия любого назначения, в том числе при мониторинге и эксплуатации рыбных ферм – в необслуживаемых, труднодоступных местах. Благодаря функционалу весоизмерительного оборудования, где Scaime представлена выдающимися дистрибьюторами оборудования для АСУ ТП и встраиваемых систем, реализуется возможность монтажа десятков датчиков на одну линию, когда слабое затухание сигнала в оптоволокне удаётся обеспечить технически. Благодаря этому действуют объекты сложной конфигурации с большой – до нескольких километров – линией коммуникации. При разработках нового оборудования существенную пользу приносит инструментарий, представленный в [6] и [9].
Высокая надёжность и большой срок службы при наработке до отказа (более 20 лет), хорошая сопротивляемость цикличным нагрузкам и устойчивость датчиков к значительным деформациям (до 10 000 мкм/м) снискали к ним неизбывный и продолжающийся интерес. Поэтому предложенный обзор не может охватить все возможные примеры и перспективы, но он показывает наглядно – каковы они. Как говорится, «имеющий глаза да увидит», а накапливающий вес и силу растяжения – да проконтролирует их.
Литература
- Каталог продукции Scaime. URL: https://testsol.ru/catalog/eto-i-kip/scaime/.
- Каталог оборудования. URL: https://scaime.com/all-test-and-measurement-products.
- Кашкаров А.П. Ядерный щит России. М.: Солон-Пресс, 2016. 124 с.
- Портал измерительного оборудования. URL: https://all-pribors.ru/opisanie/49508-12-scaime-tc-f-52469.
- Техническая документация фирмы «SCAIME Sas», Франция. URL: https://scaime.com/weighing-knowledge-center.
- Технический портал компании «Прософт». URL: https://tp.prosoft.ru/.
- Человеко-машинный интерфейс для взрывоопасных зон при помощи платформы VisuNet компании Pepperl+Fuchs. URL: https://controlengrussia.com/nocategory/vebinar-prosoft-po-vzryvozashchishchennomu-oborudovaniju/ .
- Широков Ю. SCAIME – эксперт по взвешиванию // СТА. 2021. № 1. URL: https://www.cta.ru/articles/otrasli/kontrolno-izmeritelnye-sistemy/138157/.
- Полезная документация на сайте компании «Прософт» (доступ после регистрации). URL: https://tp.prosoft.ru/docs/shared/%D0%A2%D0%B5%D1%85%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%B0%D0%BB/%D0%90%D0%A....
Комментарии