Говоря о кварцевом весовом датчике

Что такое кварц?

Кварц - это минерал, широко распространенный в природе. Как и обычный песок, кристалл и другие материалы, его основным компонентом является диоксид кремния, химическая формула SiO2. Но из-за различного расположения молекул он имеет разные внешние виды и характеристики.

Чистый кварц бесцветен и прозрачен, а его термические, химические и механические свойства обладают выраженной анизотропией. Температура плавления составляет 1750℃. Кварц обладает сильным пьезоэлектрическим свойством, то есть при ударе и сильном трении возникают искры, что является способом добывания огня с помощью кремня.

Развитие пьезоэлектрического эффекта кварца

В 1880 году братья Жак и Пьер Кюри случайно открыли магический пьезоэлектрический эффект кристаллов кварца. Они обнаружили, что при воздействии сильного давления на кристалл кварца на его поверхности генерируется электрический заряд, и количество генерируемого заряда пропорционально массе вещества.

Однако сбор и удержание заряда требуют очень высоких условий импеданса, в противном случае он легко разряжается и его даже труднее измерить. Только в 1950-х годах был изобретен зарядовый усилитель (CA, Charge Amplifier), который преобразовывал заряд в соответствующий сигнал напряжения, впервые реализовав измерение и обработку заряда с помощью обычных приборов и устройств, тем самым создав область пьезоэлектрических измерений.

В 1960-х годах Швейцарский федеральный технологический институт в Цюрихе разработал пьезоэлектрический кварцевый датчик силы.

В 1970-х годах пьезоэлектрические кварцевые трехкомпонентные системы измерения силы использовались в машиностроении, автомобильной промышленности и биомеханике.

Применение кварцевого весового датчика

В 1990-х годах Швейцария разработала динамический весовой датчик с кварцевым кристаллом в качестве чувствительного элемента, который можно использовать на дорогах. Благодаря небольшому размеру, небольшой высоте, легкому весу, высокой жесткости, высокой собственной частоте, широкому динамическому диапазону и высокой чувствительности. Поэтому он достиг хороших результатов применения в областях прогнозирования осевой нагрузки транспортных средств с перегрузкой, сигнализации о перегрузке мостов, защиты туннелей и измерения осевой нагрузки транспортных средств.

Он широко используется во многих странах, таких как США, Великобритания, Германия, Австралия, Южная Корея и Япония. С конца прошлого века, с развитием отечественной грузовой ситуации и необходимостью государственного управления перегрузкой, в нашей стране также были разработаны кварцевые весовые датчики, подходящие для дорожного применения.

Принцип взвешивания кварцевого весового датчика

Кварцевый весовой датчик - это устройство, которое использует пьезоэлектрический эффект кристалла кварца для преобразования сигнала веса в электрический сигнал.

1). Кварцевый кристаллический детектор преобразует динамическую силу шины в сигнал заряда;

2). Он преобразуется в аналоговое напряжение через зарядовый усилитель;

3). Затем аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал через А/Ц преобразователь;

4). Наконец, результат взвешивания получается через встроенный компьютер и его специализированное программное обеспечение.

Структура кварцевого тензодатчика

Внешний вид кварцевого тензодатчика

Преимущества кварцевых весовых датчиков

1) Широкий диапазон эффективной динамической скорости обнаружения: высокая жесткость, отсутствие деформации при большой нагрузке, высокая частотная характеристика и возможность точного измерения быстро меняющихся динамических нагрузок.

2) Высокая прочность: выдержал 5400000 циклов испытаний на прочность при нагрузке 50 кН без каких-либо признаков повреждения.

3) Длительный срок службы: срок службы превышает 100 миллионов осей.

4) Точная динамическая производительность взвешивания: хорошая линейность, повторяемость и стабильность.

5) Широкий диапазон температурной адаптации: изменения температуры не влияют на точность взвешивания и не требуется повторная калибровка.

6) Простота установки и быстрое строительство: небольшой объем строительства, меньшее повреждение дорожного покрытия и короткий цикл.

7) Высокая скрытность: после установки он образует единое целое с дорожным покрытием, и водителю трудно точно определить его конкретное местоположение.

8) Не требует обслуживания: не требуется дренаж, что исключает ежедневное обслуживание при эксплуатации.