Przetworniki siły stanowią kluczowe elementy w dziedzinie pomiarów i kontroli sił w różnych zastosowaniach przemysłowych i naukowych. Ich zadaniem jest konwersja sił mechanicznych, zarówno ściskających, jak i rozciągających, na sygnały elektryczne lub inne formy, które mogą być pomiarowe i monitorowane. Specjalnymi przetwornikami siły określane są wszystkie te, które wychodzą poza typowe kształty i zasady działania. Przykładem takich przetworników są przetworniki do badania naciągu liny.

WIKA to międzynarodowa korporacja o uznanej pozycji, która działa już ponad 75 lat. Kojarzy się przede wszystkim z manometrami i przetwornikami ciśnienia. Wraz z przejęciem firmy Tecsis grupa WIKA rozpoczęła podbój rynku pomiaru siły.

Rosnąca potrzeba pomiaru siły na rynku zaowocowała nawiązaniem współpracy i realizacją wielu projektów. Portfolio sięga od typowych czujników wagowych, aż po zaawansowane rozwiązania dla geotechniki. Magazyn WIKA jest pełny produktów z listy super standard, dostępnych w krótkim terminie. Specjalizujemy się w pomiarze siły, ale posiadamy dostęp do całego portfolio.

Przetworniki Siły: technologia pomiaru nacisku i obciążenia

Przetworniki siły, nazywane także czujnikami siły lub przetwornikami nacisku, to kluczowe urządzenia wykorzystywane w różnych dziedzinach przemysłu i nauki do pomiaru siły lub obciążenia.

Czym są przetworniki siły?

Przetworniki siły to urządzenia pomiarowe zaprojektowane do przekształcania mechanicznej siły, nacisku lub obciążenia na sygnał elektryczny, który może być łatwo zarejestrowany i przetworzony przez inne urządzenia, takie jak mierniki, sterowniki PLC lub inne kontrolery. Są one niezbędne w wielu dziedzinach, gdzie dokładny pomiar siły jest kluczowy.

Jak działają przetworniki siły?

Podstawową zasadą działania przetworników siły jest wykorzystanie efektu fizycznego, który zależy od przyłożonej siły. Istnieje kilka różnych technologii przetworników siły, w tym:

1. Przetworniki tensometryczne: Wykorzystują zjawisko zmiany oporu elektrycznego w odpowiedzi na odkształcenia mechaniczne. Często składają się z cienkich drucików lub folii zwanych tensometrami, które przykleja się do struktury lub obiektu, na którym ma być dokonany pomiar siły.
2. Przetworniki cienkowarstwowe: Działają na tej samej zasadzie co tensometry. W przypadku czujnika cienkowarstwowego na membranie rozmieszczone są cztery rezystory tworzące mostek Wheatstone'a, które wykrywają odkształcenie membrany pod naciskiem/rozciągnięciem. W „procesie cienkowarstwowym” te czujniki są mocowane do elementu podstawy (np. metalowego) i tworzą strukturę (rozpylanie jonowe z fotolitografią i wytrawianiem).
3. Przetworniki piezoelektryczne: Bazują na zjawisku piezoelektryczności, które polega na generowaniu napięcia elektrycznego w materiale piezoelektrycznym pod wpływem nacisku. To zjawisko jest często wykorzystywane w przetwornikach dynamicznych.

Rodzaje przetworników siły

Przetworniki siły występują w różnych rodzajach, które różnią się od siebie w zależności od zastosowania, precyzji i warunków pracy. Oto kilka popularnych rodzajów przetworników siły:

1. Przetworniki nacisku: Są wykorzystywane do pomiaru siły, która działa prostopadle do powierzchni przetwornika. Mogą mieć postać cylindrów lub tarcz.
2. Przetworniki sił ściskających/rozciągających: Są rodzajem przetworników siły używanych do pomiaru nacisku lub siły w kontekście ściskania (kompresji) lub rozciągania (naprężenia).
3. Czujniki wagowe: Wykorzystują odkształcenie tensometrów na elastycznej belce pod obciążeniem. Są zazwyczaj stosowane w wagach laboratoryjnych, przemysłowych i domowych.
4. Belki tensometryczne: Składają się z cienkiego pręta lub belki z metalu, który jest podatny na odkształcenia pod wpływem nacisku lub obciążenia. Wewnątrz znajdują się czujniki tensometryczne lub czujniki cienkowarstwowe. Belki wykorzystuje się do wyznaczania sił ścinających. Nadają się zarówno do pomiarów statycznych (technologia ważenia), jak i dynamicznych (budowa maszyn).
5. Sworznie tensometryczne: Stanowią rozwiązanie zarówno do zadań pomiarów statycznych, jak i dynamicznych. Są one projektowane tak, aby zastępować tradycyjne śruby i precyzyjnie określać siły zarówno rozciągające, jak i ściskające w różnorodnych dziedzinach zastosowań. Wewnątrz, w odpowiednich miejscach ugięcia znajdują się czujniki tensometryczne lub cienkowarstwowe.

Specjalne przetworniki siły

To wszystkie przetworniki siły, które nie wpisują się w żadną standardową konstrukcję wyżej wymienionych.

1. Czujniki naciągu liny: Ten rodzaj pomiaru jest przeznaczony do określania obciążenia w istniejących przewodach stalowych. Konieczne jest wykorzystanie punktu kotwiczenia przewodu, bowiem proces pomiaru odbywa się na linie stacjonarnej. W celu przeprowadzenia pomiaru, czujnik musi zostać zamocowany w kilku etapach na przewodzie.
2. Przetworniki naprężenia: Zostały stworzone do aplikacji, w których zachodzi potrzeba pomiaru odkształceń wywołanych siłami zewnętrznymi działającymi na istniejące elementy. Przetwornik jest przykręcany do powierzchni. Po odpowiednim ustawieniu urządzenie ma cechy przetwornika siły.
3. Czujniki blokad typu twistlock: Zastępuje on istniejące, zwykłe blokady tego typu. Blokada wyposażona w czujniki daje efekt przetwornika siły umożlwiającego pomiar siły rozciągającej, a tym samym określenie wagi bezpośrednio na spreaderze.
4. Zestaw do testowania wciągarek łańcuchowych: Przetwornik siły z takiego zestawy jest umieszczany na łańcuchu, a następnie przemieszcza się wraz z nim w górę do podstawy wciągarki łańcuchowej i blokuje w ten sposób łańcuch. Nacisk wywierany na przetwornik można odczytać z miernika dołączonego do zestawu.

Zastosowania przetworników siły

Przetworniki siły znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach, włączając w to:

1. Automatyzację przemysłową: Są używane do monitorowania sił w maszynach, co pozwala na kontrolę procesów produkcyjnych oraz zapobieganie przeciążeniom i awariom.
2. Pomiar masy i obciążenia: Waga samochodów, ciężarówek i wagonów kolejowych jest kontrolowana za pomocą przetworników siły na wagach samochodowych i torowych.
3. Przemysł medyczny: Przetworniki siły są wykorzystywane w łóżkach szpitalnych i innej aparaturze.
4. Kontrola jakości: W przemyśle spożywczym i farmaceutycznym przetworniki siły są wykorzystywane do monitorowania siły potrzebnej do nacisku opakowań lub kapsułek.
5. Badania naukowe: W dziedzinach takich jak materiałoznawstwo czy biomechanika przetworniki siły są niezbędne do przeprowadzania badań nad właściwościami materiałów i zachowaniem organizmów.

Wnioski

Przetworniki siły odgrywają kluczową rolę w dzisiejszym przemyśle i nauce, umożliwiając dokładny pomiar siły lub nacisku. Dostępność różnych rodzajów przetworników siły pozwala na dostosowanie urządzeń do różnorodnych zastosowań, co przyczynia się do poprawy jakości produkcji i efektywności badań naukowych.