Тензометрические датчики в системах контроля и безопасности

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.

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.

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.

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».

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.

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.

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.

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).

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].

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.

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

В табл. 1 представлена зависимость пределов допускаемой погрешности измерений от веса нагрузки датчиков R10X.

Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале приведены в табл. 2.

Габаритные размеры и масса датчиков приведены в табл. 3.

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.

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.

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.

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

Пределы допускаемых погрешностей датчиков аналогичны указанным в табл. 1 (выше). Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале приведены в табл. 6.

Габаритные размеры и масса датчиков растяжения Scaime приведены в табл. 7.

Особый форм-фактор у датчиков растяжения Scaime ZA30X и ZFA представлен на рис. 12.

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.

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

Пределы допускаемых погрешностей датчиков блочного типа такие же, как указаны в табл. 1 (выше).

Датчики семейства AQ

Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале датчиков AQ приведены в табл. 9.

Габаритные размеры и масса датчиков AQ приведены в табл. 10.

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.

Габаритные размеры и масса датчиков AG приведены в табл. 12.

Типичный пример балочного весоизмерительного датчика AG18 C6 SH 18e F от Scaime представлен на рис. 13.

Датчики АН

Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале AH приведены в табл. 13.

Остальные технические характеристики, как в описании для всех датчиков балочного типа фирмы Scaime. Габаритные размеры представлены в табл. 14.

Датчики АР

Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале семейства AР приведены в табл. 15.

Габаритные размеры представлены в табл. 16.

Датчики АВ

Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале AВ приведены в табл. 17.

Остальные характеристики (кроме массогабаритных), как у всех датчиков балочного типа Scaime.
Габаритные размеры и масса датчиков семейства АВ приведены в табл. 18.

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.

Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале семейства AВ приведены в табл. 19.

Габаритные размеры и масса датчиков приведены в табл. 20.

Датчики SK30A

Сведения о поверочных интервалах, максимальной нагрузке и минимальном поверочном интервале семейства SK30A приведены в табл. 21.

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.

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. 

Габаритные размеры и масса датчиков SK30Х приведены в табл. 24.

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

1. Каталог продукции Scaime. URL: https://testsol.ru/catalog/eto-i-kip/scaime/. 
2. Каталог оборудования. URL: https://scaime.com/all-test-and-measurement-products.
3. Кашкаров А.П. Ядерный щит России. М.: Солон-Пресс, 2016. 124 с. 
4. Портал измерительного оборудования. URL: https://all-pribors.ru/opisanie/49508-12-scaime-tc-f-52469.
5. Техническая документация фирмы «SCAIME Sas», Франция. URL: https://scaime.com/weighing-knowledge-center.
6. Технический портал компании «Прософт». URL: https://tp.prosoft.ru/. 
7. Человеко-машинный интерфейс для взрывоопасных зон при помощи платформы VisuNet компании Pepperl+Fuchs. URL: https://controlengrussia.com/nocategory/vebinar-prosoft-po-vzryvozashchishchennomu-oborudovaniju/ .
8. Широков Ю. SCAIME – эксперт по взвешиванию // СТА. 2021. № 1. URL: https://www.cta.ru/articles/otrasli/kontrolno-izmeritelnye-sistemy/138157/.
9. 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....