Zasada działania czujnika tensometrycznego

Wewnątrz belki tensometrycznej znajdują się czujniki odkształcenia – najczęściej w postaci folii tensometrycznych przyklejonych do metalowej belki. Gdy belka ugina się nawet o ułamek milimetra pod obciążeniem, foliowe tensometry wydłużają się lub skracają, co powoduje zmianę ich rezystancji. Zwykle cztery takie rezystory są połączone w układ mostka Wheatstone'a, który przetwarza zmianę rezystancji na niewielką różnicę napięć. Ten sygnał jest bardzo słaby, więc do jego odczytu potrzebny jest wzmacniacz pomiarowy o dużej czułości (np. popularny moduł HX711 stosowany przy obsłudze belek tensometrycznych z mikrokontrolerami). Cały układ tensometryczny zapewnia liniową i powtarzalną zależność między przyłożoną siłą a sygnałem elektrycznym, co umożliwia precyzyjną kalibrację i odczyt wartości ciężaru.

Zastosowania i typy belek tensometrycznych

Najbardziej rozpowszechnione zastosowanie tensometrów to wszelkiego rodzaju wagi elektroniczne. Pojedyncza belka tensometryczna o odpowiednim zakresie może posłużyć do zbudowania wagi kuchennej lub łazienkowej. W większych wagach platformowych stosuje się po cztery belki w narożnikach dla równomiernego rozłożenia obciążenia. Innym zastosowaniem jest pomiar siły nacisku lub naprężenia w maszynach – np. tensometry montuje się w prasach, siłomierzach, urządzeniach testujących wytrzymałość materiałów, aby monitorować działające siły. W robotyce czujniki tensometryczne mogą pełnić rolę “zmysłu dotyku”, wykrywając nacisk (np. chwytaka na obiekcie).

Belki tensometryczne różnią się kształtem i zakresem pomiarowym. W ofercie spotkać można:

• Belki jednopunktowe – prostokątne pręty aluminiowe, wykorzystywane pojedynczo przy niewielkich wagach (np. 1kg, 5kg, 10kg).
• Belki typu “S” – kształtem przypominające literę S, często stosowane w wagach hakowych i przemysłowych do większych obciążeń (kilkadziesiąt lub kilkaset kg).
• Tensometry osiowe – walcowe czujniki do pomiaru sił ściskających/rozciągających (np. w siłownikach).

Wykorzystanie czujników tensometrycznych w praktyce

Aby skorzystać z belki tensometrycznej w swoim projekcie, należy ją zamontować na stabilnym podłożu i dołączyć układ odczytowy. W sklepie Elektroweb dostępne są belki o różnych zakresach (np. do 1 kg, 2 kg, 10 kg, 20 kg) oraz kompatybilne moduły wzmacniające sygnał (np. HX711). Typowy sposób podłączenia to czteroprzewodowy mostek tensometryczny do wejścia wzmacniacza HX711, który następnie komunikuje się z mikrokontrolerem poprzez interfejs cyfrowy. Po zmontowaniu układu konieczna jest kalibracja – określenie, jaki sygnał odpowiada zerowemu obciążeniu (tara) oraz znanej masie wzorcowej. Dla mniejszych obciążeń dostępne są również czujniki nacisku piezorezystywne (np. elastyczne sensory FSR), jednak klasyczne belki tensometryczne zapewniają zazwyczaj wyższą dokładność i stabilność pomiaru. Dzięki nim można zbudować własną wagę lub system pomiaru siły dostosowany do konkretnych potrzeb, osiągając precyzję rzędu ułamków procenta.