Подключение тензодатчика

Ошибка в подключении стоит дорого. Весы занижают или скачут, датчик подозревают в поломке и готовят деньги на замену, а виноваты перепутанные провода, наращенный скруткой кабель или экран, прикрученный с двух сторон. Ниже по порядку: как устроен выход датчика, какие есть схемы подключения, какого цвета провода, как собрать несколько датчиков в одну систему и как её заземлить.

Что выдаёт датчик

Внутри датчика стоят четыре тензорезистора, соединённые в мост Уитстона. На одну пару выводов подаётся питание (Excitation), с другой снимается сигнал (Signal). Без нагрузки мост уравновешен и сигнал близок к нулю. Под нагрузкой сопротивление резисторов меняется, и на выходе появляется напряжение, пропорциональное весу.

Сигнал очень маленький. Датчик с чувствительностью 2 мВ/В при питании 10 В под полной нагрузкой выдаёт всего 20 мВ, а весам класса C3 нужно различать изменения сигнала в несколько микровольт. Поэтому любая наводка или плохой контакт сразу видны на дисплее. Из-за этого к подключению столько требований, они не перестраховка.

4-проводная схема

Это стандарт для коротких линий и большинства платформенных весов. Проводов четыре:

• +EXC подаёт на мост плюс питания.
• −EXC подаёт минус питания.
• +SIG снимает плюс сигнала.
• −SIG снимает минус сигнала.

У схемы одно слабое место: кабель. У меди есть сопротивление, и оно растёт с температурой примерно на 0,4% на каждый градус. Индикатор выдаёт питание у себя на клеммах и не знает, сколько дошло до датчика. Если линия короткая и лежит в тепле, разница незаметна. На длинной уличной линии она превращается в дрейф: утром весы настроили, к полудню показания уплыли.

6-проводная схема

К четырём проводам добавляется пара +SENSE и −SENSE. Тока они не несут, а показывают индикатору, сколько вольт реально дошло до датчика. Индикатор сам добавляет недостающее. Шесть проводов нужны в четырёх случаях:

• линия длиннее 20 м. Это заводская рекомендация Flintec.
• кабель лежит на улице или в неотапливаемом цехе.
• весы должны держать класс C3 на длинной линии.
• кабель придётся укорачивать или менять. При шести проводах его длина на калибровку не влияет.

Частая ошибка на пусконаладке. Если датчик 4-проводный, а электроника рассчитана на шесть проводов, в клеммной коробке для каждого датчика ставят перемычки: +EXC с +SENSE и −EXC с −SENSE. Без них мост останется без питания.

Цвета проводов

У датчиков Flintec цвета такие:

Общего стандарта цветов нет. У других производителей питание бывает красным и чёрным, а сигнал зелёным и белым. Если перепутать пары, датчик не сгорит, но весы покажут ноль или случайные значения. Перед подключением смотрите паспорт своего датчика, а если паспорта нет, определите провода омметром по методике ниже.

Как приходят с завода датчики Flintec

Схема и кабель это часть исполнения датчика, отдельно их не выбирают. Вот как поставляются ходовые модели:

Почему у RC3 всего четыре провода при длинной линии. Выше сказано, что длинная линия требует шести проводов, а колонный RC3 для автовесов и силосов идёт 4-проводным, да ещё с кабелем на 12 или 18 м. Дело в том, что кабель заводской и несъёмный. Датчик калибровали на заводе вместе с этим кабелем, его сопротивление уже учтено. Шесть проводов нужны там, где кабель ведёт монтажник и длина заранее неизвестна. Отсюда правило: штатный кабель датчика не режут. Нужна другая длина, её заказывают на заводе или наращивают через коробку, а потом калибруют весы заново.

Разъёмы и вводы

Датчик соединяют с линией одним из трёх способов.

• Глухой кабель через герметичный ввод. Кабель заведён в корпус и заделан на заводе, разъединять нечего. Лучший вариант по влагозащите и стандарт для датчиков IP68. Минус в том, что при замене датчика кабель придётся перекладывать до коробки.
• Круглый разъём (байонетный, резьбовой или M12 у компактных датчиков). Датчик отстёгивается за минуту, это важно там, где простой дорог, например на автовесах. Минус в том, что разъём сам ломается: в состыкованном виде он держит обычно IP67, а окислившиеся контакты дают скачущие показания. Такие разъёмы закрывают колпачками и проверяют по регламенту.
• Клеммы в соединительной коробке. Кабель датчика приходит в герметичную коробку, дальше к индикатору идёт общий кабель. Так собирают почти все системы из нескольких датчиков: датчик меняется без перекладки магистрали.

Правило простое. В сырости и химии ведите глухой кабель до коробки. Разъём ставьте только там, где быстрая замена важнее риска по влаге, и сразу впишите проверку контактов в регламент.

Как определить провода без паспорта

Паспорт потерян, маркировка стёрлась. Провода определяются омметром за пять минут:

1. Измерьте сопротивление между всеми парами проводов.
2. Самое большое сопротивление будет у пары питания, обычно от 380 до 420 Ом при мосте 400 Ом.
3. Самое маленькое будет у сигнальной пары, обычно около 350 Ом.
4. У 6-проводного датчика провода SENSE звонятся на EXC почти накоротко, единицами Ом. По этому их и отличают от сигнальных.
5. Полярность проверяется нагрузкой. Под грузом сигнал должен расти в плюс, если уходит в минус, поменяйте местами сигнальные провода.

Подробно про измерения и нормы написано в статье «Как проверить тензодатчик мультиметром».

Несколько датчиков: соединительная коробка

Платформу на четырёх датчиках или автовесы на шести и восьми подключают к индикатору через соединительную коробку. Внутри неё датчики включены параллельно на общие клеммы питания и сигнала.

Параллельное включение меняет нагрузку на индикатор. Четыре моста по 400 Ом дают на его входе 100 Ом, и индикатор должен быть рассчитан на такую нагрузку. В паспорте это записано как минимальное сопротивление нагрузки или как максимальное число датчиков.

Вторая работа коробки это выравнивание углов. Датчики немного отличаются по чувствительности, поэтому один и тот же груз в разных углах платформы даёт разные цифры. Подстроечными резисторами коробки эти цифры сводят к одной. Порядок такой: ставите эталонный груз над каждым датчиком по очереди, своим резистором подгоняете показания, и только потом калибруете всю систему.

К самой коробке три требования. Герметичность от IP66. Штатные кабели датчиков не наращивают и не укорачивают, запас укладывают свободно, а не сматывают в плотную бухту. Кабель до индикатора берут экранированный и ведут отдельно от силовых линий.

Заземление и экран

Помехи портят показания не меньше, чем неисправный датчик. Четыре правила:

• Экран подключают с одной стороны, на клемму экрана индикатора. Если прикрутить с двух сторон, получится контур заземления, по нему пойдёт ток, и показания будут гулять вместе с работой цеха.
• Сигнальные кабели ведут отдельно от силовых. Не в одном лотке с питанием двигателей и особенно частотных преобразователей, пересечения только под 90°. Симптом нарушения известный: весы стоят ровно, пока не включится конвейер или компрессор.
• Весовую конструкцию заземляют. На автовесах в поле и силосных парках линию защищают от импульсных перенапряжений: грозовая наводка выжигает и датчики, и вход индикатора.
• Варить на смонтированной конструкции нельзя. Сварочный ток, прошедший через датчик, выводит мост из строя мгновенно. Если варить всё же нужно, датчики снимают или шунтируют медными перемычками, а массу крепят в считанных сантиметрах от шва.

Подключение к ПЛК

Сигнал датчика в аналоговый вход ПЛК напрямую не заводят, он слишком слабый. Между ними ставят один из трёх приборов:

• Весовой индикатор с интерфейсом RS-485 и Modbus RTU. Берут, когда нужны и цифры на месте, и передача в АСУ ТП.
• Усилитель-преобразователь сигнала в ток от 4 до 20 мА или напряжение от 0 до 10 В. Компактно, без дисплея, сигнал идёт в обычный аналоговый вход ПЛК. Для дозирования смотрите на скорость преобразования: медленный прибор на быстром дозаторе даст перелёт по массе.
• Цифровой датчик, у которого мост и АЦП стоят в одном корпусе, а наружу идёт готовый протокол. В системе из многих датчиков он показывает состояние каждого отдельно, и неисправный виден сразу, без прозвонки линии.

Индикаторы, усилители и преобразователи собраны в разделе «Электроника».

Типичные ошибки