Wagi Vibra z czujnikiem kamertonowym

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.

Konstrukcja i zasada 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..

.