Wzmacniacz tensometryczny – w jaki sposób działa?

wzmacniacz tensometryczny

Wzmacniacz tensometryczny, będący elementem bezpośrednio powiązanym z czujnikiem tensometrycznym (często nazywanym także czujnikiem siły)  to urządzenie pozwalające na przetwarzanie sygnału z czujnika na sygnały napięciowe w standardzie przemysłowym. Wzmacniacze, jak sama nazwa wskazuje, przystosowane są do wzmacniania sygnałów różnicowych i wpięte w układ mostkowy wraz z czujnikiem pozwalają na uzyskiwanie precyzyjnych wyników pomiarowych. W jaki sposób działają i gdzie się je stosuje?

Zasada działania czujnika tensometrycznego

Aby w pełni zrozumieć rolę i działanie wzmacniaczy tensometrycznych warto na początek zapoznać się z samymi tensometrami, czyli czujnikami siły pozwalającymi między innymi na odczyt masy przedmiotów, sił rozciągnięcia i naprężenia lin czy też dopuszczalnego obciążenia dla danej konstrukcji. Działanie czujnika tensometrycznego oparte jest na właściwościach fizycznych drutu metalowego, który poprzez odginanie się pod wpływem wywieranej na niego siły zmienia swoją rezystancję elektryczną. W elektronice i automatyce, gdzie czujniki tensometryczne stosowane są najczęściej wyróżnia się dziś trzy podstawowe warianty tensometrów: tensometry wężykowe, kratowe oraz oporowe foliowe. Ich nazwy pochodzą od sposobu ułożenia wspomnianego już drutu metalowego, na którym mierzona jest oporność czujnika.

Pomiar siły za pomocą czujników tensometrycznych odbywa się na podstawie zmiany rezystancji zastosowanego drucika lub folii. Poprzez zastosowanie odpowiedniego wzoru możliwe jest tu określenie rezystancji elementu oporowego, a następnie przeliczenie go w taki sposób, by uzyskać wartość siły oddziałującej na czujnik. Urządzenia takie jak czujniki tensometryczne nie działają jednak samodzielnie – zwykle tensometry stosuje się w układzie tzw. mostka Wheatstone’a, tworzonego z czterech elementów: tensometru, tensometru kompensacyjnego oraz dwóch oporników.

Do czego służą wzmacniacze tensometryczne?

Znając działanie czujnika tensometrycznego i budowę układu, w którym się go stosuje, zrozumienie działania wzmacniaczy tensometrycznych nie powinno stanowić większego problemu. Wzmacniacze tensometryczne stosuje się do wzmacniania sygnałów różnicowych i tym samym uzyskiwania odpowiedniej stabilności i rozdzielczości pomiarów wykonywanych niejednokrotnie z dokładnością do ±20μV. Dobrze dobrany wzmacniacz tensometryczny pozwala na uzyskanie bardzo dokładnych pomiarów zarówno w przypadku badania siły i ciężaru obiektów bardzo ciężkich, jak i obiektów niezwykle lekkich – wzmacniacze tensometryczne znajdują zastosowanie zarówno w laboratoriach, jak i na pracach budowy czy w różnorodnych gałęziach przemysłu.

zębatki

Wzmacniacze tensometryczne mogą działać na różnych zasadach, jednak najczęściej spotykanym wariantem są wzmacniacze zasilające cały układ mostkowy czujnika tensometrycznego. Sygnał pomiarowy z mostka zostaje odczytany i przetworzony w układzie elektronicznym wzmacniacza na standardowy sygnał wyjściowy, za pomocą którego możliwe jest odczytanie pożądanych parametrów pomiaru. Większość dobrych wzmacniaczy pomiarowych pozwala na płynną regulację „zera” sygnału pomiarowego oraz zakresu wzmocnienia sygnału za pomocą odpowiednich potencjometrów.

Dlaczego wzmacniacze tensometryczne są tak istotnym elementem pomiarowym?

Każdy dobry układ pomiarowy siły powinien być wyposażony w odpowiedni wzmacniacz tensometryczny, gdyż to właśnie dzięki niemu możliwe będzie jak najbardziej dokładne i precyzyjne odczytanie wartości pomiarowej. Zależnie od rodzaju mierzonych sił i skali, w jakiej będą dokonywane odczyty, wzmacniacze tensometryczne powinny być dobierane tak, by wykazywały odpowiedni poziom wzmocnienia. Choć jak już zostało wspomniane wiele dobrych wzmacniaczy tensometrycznych posiada potencjometry umożliwiające regulację wzmocnienia, przy ich wyborze warto zwrócić uwagę na skalę wzmocnień w jakiej operują. Dodatkowe parametry, jakie mogą odegrać kluczową rolę podczas wyboru odpowiedniego tensometru to przede wszystkim ilość wejść i wyjść, obecność wyjścia analogowego, sposób zasilania wzmacniacza, oczekiwana dokładność urządzenia, a nawet standard i protokół sygnału wychodzącego ze wzmacniacza.

Podstawowym zadaniem wzmacniacza tensometrycznego jest ułatwianie pomiaru i wzmacnianie odczytywanego sygnału, dlatego też warto wybierać jedynie najlepsze urządzenia pozwalające na uzyskanie jak najdokładniejszych i najbardziej jednoznacznych odczytów. Stosowanie wzmacniaczy tensometrycznych stanowi dziś podstawę wszelkich pomiarów siły i ciężaru nie tylko na skalę mikro w laboratoriach, branży elektronicznej czy drobnej automatyce, ale też w zastosowaniach większego kalibru wymagających pomiarów masy przedmiotów w granicach kilku ton.