Japan page Japanese PageEnglish page English Page
logo Vibra

Waga z czujnikiem
kamertonowym

Od momentu swojego powstania, przez ponad 40 lat,
Shinko Denshi zawsze wykonuje pomiary w zgodzie
z zaawansowaną technologią i oryginalnością.



Dlaczego używamy czujnika kamertonowego?

W różnych typach urządzeń pomiarowych stosuje się obecnie trzy główne systemy pomiaru siły:
czujnik tensometryczny, system elektromagnetyczny oraz czujnik kamertonowy.
Powodem, dla którego najbardziej pożądanym z nich jest ten ostatni wynika z jego doskonałej wydajności, pewności oraz stabilności. Wykres

Poniżej zamieszczono porównanie wszystkich trzech systemów.

Waga z czujnikiem kamertonowym Waga z czujnkiem
elektromagnetycznym
Waga z czujnikiem tensometrycznym
Wibrator kamertonowy jest formowany w kształt pary typowych kamertonów połączonych ze sobą zębami.
Gdy metalowy wibrator jest naprężany lub obciążany, częstotliwość wzrasta/opada w zależności od zastosowanego ciężaru, który jest zliczany i wyświetlany w formie cyfrowej. Ponieważ kamerton jest standaryzowany do użytku w instrumencie muzycznym albo zegarku, częstotliwość jest wyjątkowo stała oraz dokładna. Stabilność czujnika kamertonowego jest niedościgniona, a użycie konwertera A/D - niepotrzebne. Ponadto zniekształcenia naprężenia czujnika kamertonowego są 10 razy mniejsze, a czułość wyjściowa 50 razy lepsza od czujnika tensometrycznego.
Mierzona jest siła elektromagnetyczna pochodząca z zależności oddziaływaniana na siebie magnesu oraz cewki. Pomiar odbywa się na podstawie zmian przepływu elektromagnetycznego w cewce w zależności od obciążenia. Ten typ wagi wymaga użycia konwertera A/D.
Dobry do zastosowań w wagach o dużej rozdzielczości, choć wymaga dodatkowej kompensacji ze względu na zmianę siły magnetycznej spowodowaną zmianą temperatury.
Mierzone jest naprężenie czujnika tensometrycznego przytwierdzonego do metalu w zależności od obciążenia. Analogowe wyjścia powodują, że ten typ wag wymaga konwertera A/D. Konstrukcja jest prosta i niedroga. Jednakże dokładność jest niższa niż w przypadku dwóch pozostałych czujników. Czujnik kamertonowy ukazuje w pełni swoją przewagę nad czujnikiem tensometrycznym szczególnie w kwestii wysokiej rozdzielczości (szczegóły opisane poniżej).

Konstrukcja i zasada działania czujnika kamertonowego

W tym momencie podamy więcej szczegółów dotyczących konstrukcji oraz zasady działania czujnika kamertonowego.







Rys.1 pokazuje działanie typowego czujnika siły wibrowania. Mówiąc ogólnie, naturalna częstotliwość listwy wibracyjnej pokazanej na rysunku jest obliczana jako F = A (1 + B x F)



A oraz B to stałe zmienne określane przez wymiary listwy wibracyjnej (L, b oraz T na Rys.1), gęstość materiału oraz moduł Younga. Listwa wibracyjna jest wykonana z metalu, dlatego też jej wymiary i gęstość są stałe. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu specjalnego, elastycznego materiału, którego charakterystyka temperaturowa jest mniejsza niż 10ppm/°C, stały jest także moduł Younga. W rezultacie, częstotliwość listwy wibracyjnej jest wystarczająco stabilna, by móc otrzymać niezwykłą dokładność bez zniekształceń wywołanych przez obciążenie lub metal, który wpływa na sygnały, przepływ elektromagnetyczny czy konwerter A/D. By w łatwy sposób ukazać wygląd czujnika kamertonowego, który wykorzystuje wymienione wyżej cechy listwy wibracyjnej, można opisać go jako dwa kamertony do instrumentu muzycznego, połączone ze sobą do góry nogami. Dodatkowo, złączone ze sobą są także dźwignia oraz środek, także może być on łatwo wykorzystywany jako czujnik siły czy ciężkości.



Rys.2 pokazuje czujnik kamertonowy.


Rys.3 to mechanizm wagi z czujnikiem kamertonowym. Gdy na szali położone zostanie "W", siła "F" zostanie przekazana do wibratora poprzez połączony mechanizm przekazujący.


Rys.4 pokazuje wagę, która wykorzystuje czujnik kamertonowy. Czujnik posiada dwa piezoceramiczne elementy bliżej dolnej części listew wibrujących. Tak jak pokazano na rysunku, elementy te (podłączone odpowiednio do wyjścia i wejścia wzmacniacza) wytrzymują wibrację, jeden dla elementu wzbudzającego, a drugi dla czujnika. Impedancja elementu to kilkaset kΩ, jest ona o kilka kΩ mniejsza niż impedancja czujnika tensometrycznego; w porównaniu z systemem elektromagnetycznym jest ona 100 razy większa. Dodatkowo, zużycie energii jest bardzo niskie – system minimalizuje całkowite zużycie prądu dlatego, że nie wykorzystuje konwertera A/D oraz ponieważ obwód jest prosty. Ta wielka zaleta jest wykorzystywana do wyspecjalizowanych potrzeb, takich jak przeciwwybuchowość.


Rys.5 ukazuje strukturalny przykład wagi z czujnikiem kamertonowym. Waga ta składa się z mechanizmu z czujnikiem kamertonowym, obwodu czujnikowego oraz głównego obwodu z mikrokomputerem.

Poniżej znajduje się przegląd właściwości czujnika kamertonowego:

Powtarzalność Doskonała, gdyż system nie wymaga żadnego odkształcenia metalu
Liniowość Choć oryginalny sygnał jest nieliniowy, to charakteryzuje się on stabilnością i może zostać zlinearyzowany w komputerze. W dużym stopniu minimalizuje to nieliniowość
Charakterystyka temperaturowa Bardzo dobra, gdyż większa część mechanizmu to wytrzymały materiał nie zmieniający właściwości pod wpływem temperatury
Emisja ciepła Bardzo mała ze względu na niskie zużycie prądu przez czujnik oraz obwód, a także ze względu na fakt, iż czujnik nie potrzebuje czasu na rozgrzanie
Stabilność długoterminowa Doskonała, gdyż jak wspomniano powyżej czynnik tolerancji jest bardzo niewielki
Konstrukcja Mała i kontaktowa

Waga z czujnikiem kamertonowym, która spełnia wszystkie oczekiwania

Tak jak powiedziano powyżej, czujnik kamertonowy posiada wiele zalet w porównaniu z czujnikiem tensometrycznym czy systemem elektromagnetycznym. Z drugiej strony faktem jest, iż zarówno czujnik tensometryczny jak i system elektromagnetyczny były przez długi czas wykorzystywane jako główny mechanizm wag elektronicznych i/lub wag precyzyjnych. Jednakże czujnik kamertonowy, który jest systemem zupełnie innym od pozostałych, dosłownie rewolucjonizuje dotychczasową koncepcję wag elektronicznych, właśnie dzięki wszystkim swoim zaletom. Obsługa wibratora kamertonowego nie wymaga zużycia dużej ilości energii elektrycznej, a sama waga wykorzystująca ten nowoczesny system nie potrzebuje czasu na rozgrzanie, podczas gdy czujnik tensometryczny i system elektromagnetyczny muszą mieć na to od 10 do 50 minut. Jesteśmy pewni, że to niezwykle przydatne rozwiązanie jest wręcz epokowe. Dodatkowo usterki w działaniu czujnika są niezwykle rzadkie, gdyż wbudowano w niego system zapobiegający uderzeniom i przeciążeniom. Udowadnia to fakt, że stopień występowania usterek jest bardzo niski w stosunku do innych rozwiązań. Przetwarzanie sygnału jest wyjątkowo szybkie, a to z powodu cyfrowego sygnału wysyłanego przez wibrator. Nie trzeba mówić, że prędkość, stabilność i wyświetlanie danych pomiarowych jest o wiele lepsze niż w innych systemach.

Najbardziej charakterystyczną cechą czujnika kamertonowego jest to, że jego punkt zero oraz rozpiętość są wyjątkowo stabilne wobec zmian temperatury. Bezsprzecznie udowadnia to Subaru, największy światowy teleskop, a właściwość ta nie zanika, nawet przy użytkowaniu naszych produktów przez długi czas. Oznacza to, że rozgrzewanie i późniejsza kalibracja nie są potrzebne w trakcie użytkowania , gdy przy pierwszym uruchomieniu została wykonana kalibracja. W pościgu za faktycznymi i potencjalnymi potrzebami użytkowników rozwijamy unikalne produkty dzień i noc.

Teleskop optyczny SUBARU
Wagi elektroniczne - Copyright UNIWAG 2008r.