Неисправности Тензодатчиков и Методы Их Устранения

Отказы тензодатчиков в дозирующих системах и методы окончательного решения проблем.

 

На промышленных предприятиях важнейшим «сенсорным органом», обеспечивающим связь между системами гравиметрического (на основе веса) дозирования и измерения потери веса стоимостью в тысячи долларов и их взаимодействие с окружающей средой, является датчик нагрузки, преобразующий механический вес в электрические сигналы. Независимо от того, насколько хороша ваша система автоматизации на базе ПЛК или идеально спроектированный винтовой двигатель, если эти датчики не работают точно, без помех и стабильно, это означает, что система полностью выйдет из строя и устареет (превратится в хлам, дающий неточные измерения).

 

На производственных предприятиях, работающих на пределе своих возможностей и круглосуточно, отказы тензодатчиков обычно подразделяются на два типа в зависимости от источника: электрические помехи или механические физические удары. В этой статье подробно рассматриваются наиболее распространенные типы отказов тензодатчиков, с которыми сталкиваются специалисты по техническому обслуживанию, ремонту и автоматизации промышленных цепей, практические методы поиска и устранения неисправностей, а также точные методы решения проблем с точки зрения электронной инженерии.

 

Механические повреждения: чрезмерные динамические нагрузки, ударные воздействия и усталость металла.

 

 

Помимо того, что тензодатчики являются электронными компонентами, они по сути представляют собой механические устройства, работающие по принципу миллиметровых тензометрических датчиков, сформированных в определенных точках на блоках из авиационного алюминия или высокопрочной нержавеющей стали, отлитых по специальным рецептурам. Когда тяжелый груз или блок двигателя, значительно превышающий допустимую нагрузку (обычно 150% от технической грузоподъемности), устанавливается краном на весовой бункер, корпус датчика теряет свой тензометрический датчик.

 

Необратимая деформация (нулевой вылет) и защита от заедания

 

Если в бункере происходит внезапный удар (толчок) из-за силы падающего сверху материала или удара твердого стального предмета, металлический блок подвергается необратимой молекулярной деформации и не может быть восстановлен. Это явление, известное в технической терминологии как «нулевой дрейф», приводит к тому, что система показывает вес в тысячи килограммов или не обнуляет показания даже при пустых весах. Для предотвращения этого разрушительного и дорогостоящего повреждения оборудования, профессионально разработанные дозирующие шасси должны быть оснащены «механическими защитными выступами от перегрузки» (ограничителями перегрузки/зажимными болтами) под правильными углами для защиты тензодатчика с миллиметровой точностью.

 

Индикация неисправности отображается на HMI или дисплее.	Возможная механическая неисправность в инфраструктуре.	Окончательные решения и услуги для выездных технических специалистов.
Значение тары (нулевое значение) постоянно смещается вверх/вниз в одном и том же направлении.	Пластическая (постоянная) деформация/трещины в металле датчика вследствие перегрузки.	Деформированный датчик нагрузки следует немедленно заменить новым, а под ним установить прочный регулируемый механический ограничитель.
Под нагрузкой на экране постоянно отображается бессмысленное отрицательное (-) значение.	Тензодатчик механически устанавливается вверх ногами (инвертированно), или сигнальные (+) (-) кабели на панели подключаются в обратном порядке.	Необходимо проверить направление механического крепления или проводки (стрелка, указывающая направление давления на корпусе датчика, всегда должна быть направлена вниз или в сторону приложения силы).
Хотя физический вес остается неизменным, цифровое значение на экране мерцает раз в секунду.	Шасси подвергается периодическим, ритмичным механическим вибрациям или ударам ветра извне.	Платформу следует выровнять, а нижние антивибрационные (резиновые) демпфирующие прокладки необходимо тщательно проверить, чтобы убедиться, что они не лопнули.

 

Электрические помехи, шум (ЭМП) и важнейшее влияние заземления распределительного щита.

 

 

Аналоговый сигнал напряжения, проходящий по кабелям тензодатчика и передаваемый на промышленный усилитель (считыватель), удивительно мал (обычно 2-3 милливольта на кг веса, или мВ/В). Мощные частотные преобразователи (приводы двигателей/VFD), тяжелые коммутационные контакторы и силовые трансформаторы, работающие в промышленных распределительных щитах (MCC) на предприятиях тяжелой промышленности, излучают невероятно большое, невидимое электромагнитное шумовое поле и электромагнитные помехи (ЭМП - гармоники).

 

Изоляция и защита сигналов на уровнях IT/OT

 

Эти сильные электрические помехи, мешающие работе неэкранированного аналогового сигнального кабеля тензодатчика, подобно антенне, приводят к искажению отображаемого на экране веса и сбоям в работе системы ПЛК из-за ускорения двигателя. Внешняя металлическая оплетка кабелей должна быть заземлена на очень качественную медную шину в панели, а перед подключением к аналоговой входной плате ПЛК (4-20 мА / 0-10 В) сигнальный/коммуникационный лоток должен быть полностью физически отделен (на расстоянии не менее 30 см) и проложен через отдельный кабельный лоток, а не через толстые кабельные каналы высокого напряжения, установленные на заводе.

 

Практическая проверка целостности тензодатчиков и измерение мегомметром с помощью мультиметра для полевых техников.

 

Если система внезапно останавливается во время ночной смены и ПЛК выдает ошибку веса, можно легко и электронным способом проверить, полностью ли неисправен датчик, используя цифровой мультиметр (авометр). Необходимо измерить и проверить значения сопротивления (в омах) между группами кабелей питания (возбуждение +/-) и измерительного выхода (сигнал +/-) устройства, чтобы убедиться, что они точно соответствуют значениям, указанным в заводской спецификации (каталоге) устройства.

 

Кроме того, проверка на короткое замыкание при высоком напряжении или измерение изоляции мегомметром между металлическим корпусом датчика и внутренними медными проводниками позволяет точно определить, впитался ли в датчик микроуровень воды или влаги из окружающей среды (что вызывает утечку Ома). Предотвращение утечки жидкости/влаги имеет решающее значение для срока службы устройства, особенно во влажных зонах, где в пищевой промышленности применяется технология CIP (очистка на месте).

 

Применен этап электронного тестирования	Ожидаемое значение (пример)	Диагностика неисправностей и технические комментарии
Измерение входного (возбуждающего) импеданса и сопротивления.	Например: Примерно 400 Ом, согласно указанному на этикетке значению.	Если измеренное значение не соответствует значению из каталога или является бесконечным (разомкнутая цепь), значит, внутренние паяные соединения датчика повреждены или кабель перерезан.
Измерение выходного (сигнального) импеданса и сопротивления.	Например: Примерно ~350 Ом, согласно указанному на этикетке значению.	Если выходное значение значительно отличается, это означает, что чувствительная внутренняя схема считывания тензодатчика получила серьезные физические повреждения из-за высокого напряжения или удара.
Металлический корпус (шасси) - тест изоляции кабеля внутри кабеля.	< 10 мегаОм (Сопротивление изоляции слишком низкое, и проводник поврежден)	Несомненно, вода/влага просочилась в систему или корпус, или тонкая изоляция кабеля расплавилась из-за нагрева, соприкоснувшись с корпусом и вызвав ток утечки.

 

Часто задаваемые вопросы

 

Если длинный кабель тензодатчика, идущий от датчика к панели управления, оборвался или укоротился, можно ли его соединить с помощью клеммной колодки, припаянной посередине?

За исключением случаев крайней необходимости в экстренной ночной смене, обычное соединение проводов никогда не следует выполнять. Нагрев, окисление и разница внутреннего сопротивления в точке соединения (пайка или скручивание меди) сильно исказят слабый милливольтный сигнал, мгновенно смещая калибровку прибора. Необходимо использовать полностью герметичные специальные соединительные коробки IP68 и беспаечные клеммы, или новый датчик с одним кабелем оригинальной длины.

 

Какие меры предосторожности следует соблюдать при выполнении аргонодуговой сварки (TIG) вблизи корпуса станка или в зоне, расположенной очень близко к датчику?

Огромный ток, протекающий от сварочных клещей, по которым проходит очень высокий электрический ток, на землю мгновенно выведет из строя микроскопическую электронную схему внутри датчика, если попытается пройти через тензодатчик из нержавеющей стали по кратчайшему пути. Перед сваркой необходимо проложить толстый медный шунтирующий (перемычку) кабель через тензодатчик, чтобы обойти ток, или же датчик необходимо физически снять с места крепления и перенести в безопасное место.

 

Почему на весах дозирующего устройства постоянно отображается отрицательное значение -450 кг, даже когда оно полностью пустое?

Причин этому может быть всего три: кабели считывания (сигнал + и сигнал -), входящие в панель, были подключены к клеммам в обратном порядке во время установки, металлический датчик был физически установлен вверх ногами (сверху вниз), или весы дозатора терлись и застревали в водопроводной трубе снизу, в результате чего датчик испытывал обратное давление вверх, а не вниз.

 

Приводят ли постоянно влажные и сырые условия, такие как цеха по производству фруктовых соков или консервов, к необратимому сокращению срока службы тензодатчиков?

Стандартные датчики со степенью защиты IP65 или IP67 (только алюминиевые и с силиконовым покрытием) со временем будут пропускать микроскопическую влагу через силиконовые уплотнения во влажных средах с непрерывным воздействием пара или интенсивной химической очисткой. В таких средах (пищевая и химическая промышленность) необходимо использовать полностью нержавеющие бронированные модели IP68/IP69K, заполненные аргоном, с герметичными (лазерной сваркой, бесшовными) крышками, через которые невозможно проникнуть воде.

 

Насколько сильно окисление или влага влияют на измерения в распределительной коробке, где несколько тензодатчиков соединены и сгруппированы параллельно?

Это приводит к прямым и катастрофическим повреждениям. В этих коробках, где одновременно подключены 3 или 4 тензодатчика и собираются их сигналы, зеленовато-белое окисление меди, происходящее со временем в крошечных клеммах, или даже попадание одной капли влаги внутрь, приводит к тому, что общее напряжение сигнала задерживается и теряется (создавая сопротивление) внутри коробки, что приводит к постоянно неточным и неполным показаниям взвешивания на дисплее.

 

Что следует предпринять сразу после замены старого или неисправного датчика нагрузки на новый бригадой по техническому обслуживанию объекта?

Калибровочные коэффициенты в ПЛК, основанные на характеристиках старого датчика, становятся полностью недействительными. После установки нового оборудования необходимо отрегулировать механические весы системы, а параметры калибровки обнуления (тарирования) и полного диапазона (диапазона/усиления) весов необходимо перенастроить из меню ПЛК, используя новый, утвержденный государством и запечатанный набор эталонных грузов (например, путем поочередного подвешивания стандартных чугунных грузов класса М1 массой 25 кг).

 

После устранения неполадок вы можете прочитать нашу статью «Автоматизация ПЛК и SCADA в дозировании», чтобы узнать, как все это оборудование управляется с помощью автоматизации и программного обеспечения .

 

Для заказа индивидуальных систем дозирования порошковых материалов для вашего предприятия и получения всей необходимой технической информации, пожалуйста, ознакомьтесь с нашим продуктом «Системы дозирования» .