Tenzometrické snímače: srdce modernej váhy

Od závaží k senzorom – ako sa vyvíjalo váženie

Váženie je jednou z najstarších ľudských činností. Od jednoduchých mechanických pákových váh, ktoré poznali už starí Egypťania, sa technológia posunula míľovými krokmi. V 19. a 20. storočí prevládali mechanické pružinové váhy, založené na Hookovom zákone – teda na pretiahnutí pružiny úmernom sile, ktorou teleso pôsobí. Ak chcete vedieť viac o histórií váh, prečítajte si náš blogový príspevok: História a vývoj váh: Od jednoduchých rovnoramenných váh po moderné digitálne systémy

Tieto váhy boli síce spoľahlivé, no ich presnosť bola limitovaná trením, teplotou a opotrebením materiálov. So vznikom elektroniky a materiálov citlivých na deformáciu prišiel prelom – tenzometrické snímače.

Čo je tenzometrický snímač

Tenzometrický snímač (alebo tenzometer) je elektronické zariadenie, ktoré premieňa silu – ako napríklad tlak či kompresiu na elektrický signál . Základom je tenzometrický mostík (Wheatstonov most), často zložený z tenkých odporových drôtikov alebo fólie.

Princíp fungovania tenzometrického snímača

Tenzometrický snímač funguje na jednoduchom princípe – meria, ako sa materiál natiahne alebo stlačí pod zaťažením.
V snímači je umiestnený tenzometer, teda veľmi citlivý odporový drôt alebo fólia.
Keď sa na snímač pôsobí silou (napríklad hmotnosťou nádoby alebo materiálu), mierne sa zdeformuje. Táto deformácia zmení elektrický odpor tenzometra, a pomocou digitálno-analógového prevodníka sa dá presne vypočítať hmotnosť pôsobiaceho objektu, ktorú následne zobrazí indikátor váhy.

Vďaka tomu dokážu tenzometrické snímače spoľahlivo merať hmotnosť aj v náročných podmienkach – v priemysle, silách, nádržiach či váhových systémoch a výsledkom je presné, rýchle a opakovateľné meranie, ktoré nie je ovplyvnené trením ani zložitou mechanikou.

Ako funguje meranie v praxi

Tenzometrické snímače väčšiny váh využívajú zapojenie Wheatstonovho mostíka, ktorý dokáže presne zachytiť aj minimálne zmeny odporu.
Elektronika váhy následne tieto signály zosilní, prevedie na digitálnu hodnotu a zobrazí výsledok s presnosťou napríklad až na stotinu gramu.

Tenzometrické snímače v minulosti a dnes

V minulosti sa používali drôtové tenzometre – tenké drôtiky prilepené na kovovú pružinu. Ich výroba bola náročná, kalibrácia zdĺhavá a presnosť sa menila vplyvom teploty.
Dnešné tenzometre sú väčšinou fóliové alebo polovodičové, oveľa menšie a odolnejšie. Používajú sa materiály ako kremík, hliník alebo nerezová oceľ, ktoré zaručujú vysokú stabilitu a dlhú životnosť.
Moderné váhy tiež využívajú digitálne spracovanie signálu a teplotnú kompenzáciu, čo znamená, že výsledky váženia sú stabilné aj pri zmenách teploty či vlhkosti.

Tenzometrické snímače – spoľahlivá technológia dneška aj zajtrajška

Tenzometrické snímače ponúkajú ideálny kompromis medzi presnosťou, cenou a spoľahlivosťou. Preto sa dnes používajú nielen v laboratórnych a priemyselných váhach, ale aj napríklad v:

• dopravných váhových systémoch,
• silomernej technike,
• medicínskych prístrojoch,
• ale aj v inteligentných domácich zariadeniach (napr. smart váhy).

Vďaka miniaturizácii a pokroku v mikroelektronike sa očakáva, že tieto snímače budú čoraz presnejšie a citlivejšie.

Nie všetky váhy používajú tenzometre

Napríklad laboratórne váhy fungujú na princípe elektromagnetickej kompenzácie sily (využitím tzv. PID regulátora).
Po položení váženého predmetu na vážiacu misku, jeho hmotnosť spôsobí mierne vychýlenie ramena snímača. Elektronika však okamžite vytvorí protismernú silu pomocou elektromagnetu, ktorá rameno vráti späť do rovnovážnej polohy.
Z veľkosti tejto kompenzačnej sily sa potom presne vypočíta hmotnosť položeného predmetu.

Vďaka tomuto princípu dokážu laboratórne váhy zaznamenať aj tie najmenšie zmeny hmotnosti – často až v rozsahu tisícin gramu.

Od tenzometra po laser – ako rôzne snímače vážia hmotnosť

V nasledujúcej tabuľke si môžete pozrieť prehľad rozličných snímačov, ktoré slúžia na meranie hmotnosti.

Typ snímača	Princíp fungovania	Typické použitie	Hlavné výhody
Tenzometrický	Meria deformáciu kovového telesa zmenou elektrického odporu tenzometra.	Priemyselné, plošinové a silové váhy, váženie nádrží.	Spoľahlivosť, presnosť, dostupná cena.
Elektromagnetický	Kompenzuje vychýlenie ramena váhy elektromagnetickou protisilou.	Laboratórne a analytické váhy.	Extrémna presnosť, rýchla odozva.
Kapacitný	Zisťuje zmenu kapacity medzi elektródami pri deformácii.	Mikrováhy, medicínske a presné merania.	Vysoká citlivosť, bez pohyblivých častí.
Piezorezistívny / piezoelektrický	Meria napätie generované materiálom pri pôsobení sily.	Dynamické merania, automobilový priemysel.	Rýchla reakcia, vhodné pre pulzné sily.
Optický	Sleduje zmenu polohy alebo deformácie pomocou svetelného lúča.	Výskum, automatizácia, extrémne prostredia.	Odolnosť voči rušeniu, bezkontaktné meranie.
Magnetostrikčný	Zisťuje zmenu magnetických vlastností materiálu pri mechanickom napätí.	Výrobná technika, špeciálne merania síl.	Dobrá stabilita, vhodné do náročných podmienok.

Záver: Presnosť v milióntinách deformácie

Tenzometrické snímače predstavujú jadro každej modernej presnej váhy. Kým kedysi bolo váženie záležitosťou rovnováhy ramien a závaží, dnes ide o zmeny odporu v tenkej vrstve materiálu, ktoré elektronika dokáže premeniť na extrémne presné čísla.
Je fascinujúce, že celé váženie, ktoré kedysi vyžadovalo sústavu závaží a dlhé vyrovnávanie, sa dnes deje v priebehu sekundy – vďaka technológii menšej než ľudský vlas.

Ak hľadáte spoľahlivé snímače hmotnosti alebo potrebujete poradiť, ktorý typ je pre vás ten pravý, radi vám pomôžeme.
Spolupracujeme s viacerými výrobcami a vieme odporučiť riešenie presne podľa vašich požiadaviek.
Stačí sa nám ozvať a radi s vami nájdeme presnú rovnováhu medzi kvalitou a cenou.