Töjningsmätare är enheter som omvandlar den uppmätta elastiska deformationen av en solid kropp till en elektrisk signal. Detta sker på grund av en förändring i motståndet hos sensorledaren när dess geometriska dimensioner ändras från spänning eller kompression.
Töjningsmätare: funktionsprincip
Huvudelementet i enheten är en töjningsmätare monterad på en elastisk struktur. Töjningsmätare kalibreras genom stegvis belastning med en given ökande kraft och mätning av storleken på det elektriska motståndet. Sedan, genom att ändra den, kommer det att vara möjligt att bestämma värdena för den applicerade okända lasten och töjningen proportionell mot den.
Beroende på typen av sensorer kan du mäta:
- styrka;
- pressure;
- move;
- vridmoment;
- acceleration.
Även med det mest komplexa laddningsschemat i strukturen, åtgärden påtöjningsmätaren reduceras till att sträcka eller komprimera sitt galler längs en lång sektion som kallas basen.
Vilka töjningsgivare används
De vanligaste typerna av töjningsgivare med en förändring i aktivt motstånd under mekanisk påverkan - töjningsgivare.
Trådtöjningsmätare
Det enklaste exemplet är en rak bit tunn tråd, som fästs på den del som studeras. Dess resistans är: r=pL/s, där p är resistiviteten, L är längden, s är tvärsnittsarean.
Tillsammans med delen är den limmade tråden elastiskt deformerad. Samtidigt förändras dess geometriska dimensioner. När den komprimeras ökar ledarens tvärsnitt, och när den sträcks minskar den. Därför ändrar resistansförändringen tecken beroende på deformationsriktningen. Karakteristiken är linjär.
Den låga känsligheten hos töjningsmätaren ledde till behovet av att öka längden på tråden i ett litet mätområde. För att göra detta är den gjord i form av en spiral (galler) av tråd, limmad på båda sidor med isoleringsplattor från en film av lack eller papper. För att ansluta till den elektriska kretsen är enheten utrustad med två kopparledningar. De är svetsade eller lödda till ändarna av den lindade tråden och är starka nog att ansluta till en elektrisk krets. Töjningsmätaren fästs på det elastiska elementet eller delen som testas med lim.
Trådlastceller har följande fördelar:
- enkel design;
- linjärt beroende av belastning;
- liten storlek;
- lågt pris.
Nackdelar inkluderar låg känslighet, påverkan av omgivningstemperaturen, behovet av skydd mot fukt, använd endast i området för elastiska deformationer.
Tråden kommer att deformeras när vidhäftningskraften från limmet till den avsevärt överstiger kraften som krävs för att sträcka den. Förhållandet mellan bindningsytan och tvärsnittsarean bör vara 160 till 200, vilket motsvarar dess diameter på 0,02-0,025 mm. Den kan ökas upp till 0,05 mm. Sedan, under normal drift av töjningsmätaren, kommer limskiktet inte att förstöras. Dessutom fungerar sensorn bra i kompression, eftersom trådtrådarna är integrerade med den självhäftande filmen och delen.
Foliebelastningsceller
Folielastcellens parametrar och funktionsprincip är desamma som för trådarna. Det enda materialet är nikrom, konstantan eller titan-aluminiumfolie. Den fotolitografiska tillverkningstekniken gör det möjligt att erhålla en komplex gitterkonfiguration och automatisera processen.
Jämfört med trådtöjningsmätare är folietöjningsmätare känsligare, bär mer ström, överför töjning bättre, har starkare ledningar och har ett mer komplext mönster.
Halvledarlastceller
Känsligheten hos sensorerna är ungefär 100 gånger högre än de trådade, vilket gör att de kan användas ofta utan förstärkare. Nackdelarna är sprödhet, högt beroende av omgivningstemperatur och betydandeparameterspridning.
Töjningsmätarespecifikationer
- Bas - längden på nätledaren (0,2-150 mm).
- Nominellt motstånd R - aktivt motståndsvärde (10-1000 Ohm).
- Arbetsmatningsström Ip - ström vid vilken töjningsmätaren inte märkbart värms upp. Vid överhettning förändras egenskaperna hos materialen i avkänningselementet, basen och det vidhäftande skiktet, vilket förvränger avläsningarna.
- Töjningsfaktor: s=(∆R/R)/(∆L/L), där R och L är det elektriska motståndet respektive längden på den obelastade sensorn; ∆R och ∆L - förändring i motstånd och deformation från yttre kraft. För olika material kan den vara positiv (R ökar med spänning) och negativ (R ökar med kompression). Värdet på s för olika metaller varierar från -12,6 till +6.
Schema för att slå på töjningsmätare
För att mäta små elektriska signaler är det bästa alternativet en brygganslutning, i mitten av denna finns en voltmeter. Det enklaste exemplet skulle vara en töjningsmätare, vars krets är monterad enligt principen om en elektrisk bro, i en av vars armar den är ansluten. Dess obelastade motstånd kommer att vara detsamma som resten av motstånden. I detta fall kommer enheten att visa noll spänning.
Principen för en töjningsgivares funktion är att öka eller minska värdet på dess motstånd, beroende på om krafterna är tryck- eller dragkrafter.
Töjningsmätarens temperatur har en betydande effekt på avläsningarnas noggrannhet. Om ett liknande töjningsmotstånd ingår i den andra armen på bron, som inte kommer att belastas, kommer den att utföra funktionen att kompensera för termiska effekter.
Mätkretsen måste också ta hänsyn till värdena för det elektriska motståndet för ledningarna som är anslutna till motståndet. Deras inflytande minskas genom att lägga till en annan tråd som är ansluten till ett av stiften på töjningsmätaren och voltmetern.
Om båda sensorerna är limmade på det elastiska elementet på ett sådant sätt att deras belastningar skiljer sig åt i tecken, kommer signalen att förstärkas med 2 gånger. Om det finns fyra sensorer i kretsen med belastningar indikerade med pilar i diagrammet ovan kommer känsligheten att öka avsevärt. Med denna anslutning av tråd- eller folietöjningsmätare kommer en konventionell mikroamperemeter att ge avläsningar utan en elektrisk signalförstärkare. Det är viktigt att noggrant välja resistansvärdena med hjälp av en multimeter så att de är lika med varandra i varje arm på den elektriska bryggan.
Applicering av töjningsgivare inom teknik
- En del av vågens design: vid vägning deformeras sensorkroppen elastiskt och med den limmas töjningsgivarna på den, kopplade i en krets. Den elektriska signalen sänds till mätaren.
- Övervakning av spännings-påkänningstillståndet hos byggnadskonstruktioner och tekniska konstruktioner under konstruktion och drift.
- Töjningsgivare för mätning av deformationskrafter under bearbetningmetalltryck vid valsverk och stämplingspressar.
- Högtemperatursensorer för stål och andra industrier.
- Mätsensorer med elastiskt element i rostfritt stål för drift i kemiskt aggressiva miljöer.
Standardtöjningsgivare är gjorda i form av brickor, pelare, enkla eller dubbelsidiga balkar, S-formade. För alla strukturer är det viktigt att kraften appliceras i en riktning: från topp till botten eller vice versa. Under svåra driftsförhållanden gör speciella konstruktioner det möjligt att eliminera verkan av parasitiska krafter. Deras priser beror till stor del på detta.
För töjningsmätare varierar priset från hundratals rubel till hundratusentals. Mycket beror på tillverkaren, design, material, tillverkningsteknik, värdena på de uppmätta parametrarna, ytterligare elektronisk utrustning. För det mesta är de komponenter i olika typer av skalor.
Slutsats
Funktionsprincipen för alla töjningsgivare är baserad på omvandlingen av deformationen av det elastiska elementet till en elektrisk signal. För olika ändamål finns det olika sensordesigner. När du väljer töjningsmätare är det viktigt att avgöra om kretsarna har kompensation för förvrängda temperaturavläsningar och parasitära mekaniska påverkan.
