Новое «сердце» тяжелых весов – датчики МВ150 «Тензо-М»

Осенью прошлого года нашей Весоизмерительной компании «Тензо-М»  исполнилась 15 лет! Первые силоизмерительные тензорезисторные  датчики были сделаны несколькими авиационными инженерами-энтузиастами в подвале-бомбоубежище, расположенном в Подмосковном городе Люберцы. Сегодня на предприятии работает более 450 человек, и оно является одним из крупнейших производителей весоизмерительной техники не только в России, но и  в Европе, оснащенным самыми современными технологиями и оборудованием.

Спектр выпускаемой продукции широк – платформенные, автомобильные, вагонные и бункерные весы, дозаторы, вторичные приборы, автоматизированные системы управления и, конечно, тензорезисторные  датчики. Датчики остаются одним из основных направлений производственной деятельности предприятия. Мы уделяем большое внимание разработке, научным исследованиям новых высококонкурентоспособных датчиков, а также совершенствованию процессов их производства.

Десятки тысяч больших и малых весов, установленных на датчиках нашего производства, работают в разных уголках России, а также в других странах. Часто мы называем весоизмерительные тензорезисторные  датчики «сердцем» электронных весов. Это и понятно — какой бы надежной и красивой ни была платформа, без датчиков она остается «железом», и только! В средство измерений ее могут превратить только датчики и электроника.

Предметом данной статьи является наш новый датчик МВ150 , предназначенный для автомобильных и вагонных весов. Этот датчик работает по схеме «rocker pin» — «самоустанавливающийся палец». По-русски говоря, «неваляшка», или «Ванька-встанька»! Секрет устойчивости такого датчика прост – радиусы верхней и нижней силоприемных сфер должны быть больше половины высоты упругого элемента, представляющего собой колонну с наклеенными на ее боковых гранях тензорезисторами.

В последние несколько лет датчики такого типа иностранного производства стали широко  использоваться в автомобильных и вагонных весах.

При разработке этого датчика мы поставили перед собой задачу создания продукта, максимально удовлетворяющего изготовителей весов своей надежностью и метрологическими характеристиками, не только не уступающего по качеству лучшим зарубежным аналогам, но  даже превосходящего их по ряду параметров.

Главным достоинством МВ150 является то, что все детали, начиная с упругого элемента, изготовлены из нержавеющей стали . Дело в том, что упругие элементы датчиков не могут быть изготовлены из обычной, так называемой,  «пищевой нержавейки». Она имеет высокую коррозионную стойкость, хорошо сваривается в защитной среде из смеси нейтральных газов. Однако, она слишком пластична, а также имеет плохие упругие свойства.

Три года ушло у нас на поиски отечественной, упрочняемой термообработкой нержавеющей стали, и отладку технологии изготовления датчиков из нее. Для наших потребителей важно то, что по своим параметрам она не хуже, чем немецкая, а стоит в три раза меньше!   Конечно, такая сталь раньше могла применяться только в «оборонке»!

Силопередающие  подпятники из той же нержавейки . Это позволяет избежать коррозии по контактным поверхностям «сфера-плоскость» и продлить срок службы весов. Интересно, что по своим габаритно-установочным размерам наш датчик взаимозаменяем со своими «собратьями» иностранного производства. Более того, для всего ряда номинальных нагрузок – 20, 30, 40 и 60 т – он имеет одну и ту же высоту, равную 150 мм . Это дает возможность изготовителям автомобильных и вагонных весов допускать продольные колебания грузоприемной платформы в горизонтальной плоскости в пределах ± 12 мм , что очень важно для достижения высоких характеристик весов в целом.

Для надежной работы весов важно не только то, чтобы упругий элемент (корпус) датчика не «ржавел», но  еще более важно защитить его измерительную схему – тензорезисторы, балансировочные сопротивления, микропроводку – от проникновения влаги и химически активных веществ. Этой цели обычно служит тонкий цилиндрический корпус из нержавеющей стали. Для его надежного крепления к телу упругого элемента мы используем лазерную сварку .

Используют ее многие, но только редкие производители, к сожалению, знают результаты этой выполненной ими технологической операции. Лазерная сварка – сложный и тонкий технологический процесс, требующий не только ювелирной настройки, идеальной подгонки свариваемых деталей, но и 100%-ного контроля качества сварного шва. Обычно для этого используют метод ХIХ века – «метод аквариума», известный всем нам как способ поиска прокола в велосипедной или автомобильной камере по пузырькам воздуха.

Для проверки герметичности сварного шва у себя на предприятии «Тензо-М» мы используем специальный прибор – плазменный течеискатель и технологию, разработанную для нас учеными-ракетостроителями.  Кроме сварного шва, проверке этим прибором на герметичность подвергается и стеклянный гермоввод , к металлическим контактам которого припаивается выходной сигнальный кабель датчика. Таким образом, мы с полной ответственностью присваиваем своим датчикам степень защиты оболочной IP 68 по ГОСТ 14254, что подтверждается результатами испытаний каждого серийного экземпляра!  

Важно отметить, что, к сожалению, даже лучшие мировые производители часто не ставят стеклянный гермоввод, заменяя его  «кляксой» силиконового, или иного герметика, охватывающей сигнальный кабель. Такая герметизация не может считаться надежной, поскольку ее могут нарушить даже легкие рывки за кабель, к сожалению, неизбежные в процессе сборки и монтажа большегрузных весов.   

Датчик имеет класс точности С3 и выше согласно ГОСТ 30129 и Рекомендациям Р60 МОЗМ (Международная Организация Законодательной Метрологии). Столь высокие  метрологические характеристики датчиков во многом мы достигаем за счет внедрения нового дискретного метода нормирования и термокомпенсации (ДНТ).

Дело в том, что все датчики имеют температурные погрешности двух родов – смещение «нуля, или так называемого НКП (нулевой коэффициент передачи), и изменение коэффициента передачи, называемого РКП (рабочий коэффициент передачи). Обычно эти погрешности устраняются в процессе операций нормирования и термокомпенсации  датчиков в процессе производства посредством включения в их мостовую электрическую схему фольговых сопротивлений из никеля, меди и константана.

Подгонку этих сопротивлений осуществляет оператор по результатам прогрева и нагружения датчиков. Так поступают на большинстве фирм — производителей датчиков, включая  известные европейские.

Нами разработан новый, более прогрессивный метод, позволяющий осуществлять процесс нормирования и термокомпенсации с использованием набора прецизионных дискретных резисторов, впаиваемых в электрическую мостовую схему датчика. Номинальные значения резисторов определяются путем решения системы из 14…16 линейных уравнений по результатам нагружения каждого датчика на эталонных силозадающих машинах, оборудованных аттестованными  термокриокамерами. Это  позволяет в максимально возможной степени исключить влияние , так называемого, человеческого фактора на качество выпускаемой продукции.

Следует особо подчеркнуть, что внутри датчика используется элементная база лучших мировых производителей . Так, тензорезисторы и никелевые фольговые сопротивления мы приобретаем только у таких производителей, как немецкие фирмы «НВМ» и «FLINTEC », а также у ставшей транснациональной американской компании «ММ».

Следующим достоинством наших датчиков является встроенная уже в стандартной комплектации на каждом датчике система грозозащиты (СГ). Обычно инофирмы  предлагают ее за дополнительные 50…90 Евро. Да и не все, а только  лучшие мировые производители.

Механическая обработка упругих элементов датчиков ведется на токарных и 4-хкоординатных обрабатывающих центрах с ЧПУ американской фирмы «CINCINNATI ». Благодаря использованию нашего специального программного обеспечения и твердосплавного режущего инструмента шведской фирмы «SANDVIK », являющегося одним из лучших в мире, мы полностью автоматизировали весь процесс механической обработки . Здесь также исключено воздействие субъективных факторов   на геометрические параметры упругих элементов датчиков. Проводимые постоянно статистические исследования показывают, что разброс допусковых размеров упругого элемента на партию не превышает ± 0,05 мм !

Еще одним «оборонным» новшеством является внедрение  операции ультразвуковой промывки упругих элементов после завершения механической обработки. Дело в том, что для получения  высоких метрологических характеристик датчика необходимо обеспечить как можно более высокий уровень  адгезии клеевого слоя к поверхности упругого элемента. Только тогда мы сможем получить минимальные ползучесть, гистерезис, температурные дрейфы, а, главное, наименьший разброс параметров в группе, что необходимо для обеспечения устойчивого процесса серийного производства.

Читатель, добравшийся до конца статьи, может, уже задавал себе вопрос: зачем столь подробно мы описываем процесс производства нового датчика? Ведь пользователей должно интересовать другое. Например, как встраивать его в весы, или срок гарантии, или цена. Но все наши постоянные и потенциальные потребители являются высококвалифицированными специалистами, прекрасно  представляющими, что и как надо делать с датчиком.

Однако,  многим из них во второй раз трудно поверить в то, что все мы твердо знали раньше, живя и работая в СССР, а именно: Российская продукция, особенно оборонная, приборная и машиностроительная может быть не хуже, а даже лучше западной! Это, на самом деле, и является настоящей целью данной публикации. Ведь верим же мы в высокое качество  автомобилей «BMW » и «RENAULT », собираемых в Калининграде и Москве. И ноутбуков,  телевизоров, другой бытовой техники российской сборки! А теперь будем верить в датчик МВ150 и его собратьев!

Таким образом, важнейший элемент весов – наш новый датчик МВ150, который мы называем «сердцем», действительно максимально впитал в себя новейшие мировые достижения и отечественные оборонные технологии. У нас нет оснований считать свои датчики «не уступающими» по своим характеристикам лучшим западным, у нас есть веские основания считать их лучшими! Сделано в России – это звучит гордо!

P.S. А гарантия на него – 3 года!

Все авторские права на публикацию информации, размещенной на сайте http://tenso-m.ru, принадлежат  ЗАО «Весоизмерительная компания «Тензо-М».