Strain gauges er enheter som konverterer den målte elastiske deformasjonen til et solid legeme til et elektrisk signal. Dette skjer på grunn av en endring i motstanden til sensorlederen når dens geometriske dimensjoner endres fra strekk eller kompresjon.
Strain gauge: prinsipp for operasjon
Hovedelementet i enheten er en strekkmåler montert på en elastisk struktur. Strekkmålere kalibreres ved trinnvis belastning med en gitt økende kraft og måling av størrelsen på den elektriske motstanden. Deretter, ved å endre den, vil det være mulig å bestemme verdiene for den påførte ukjente lasten og tøyningen proporsjonal med den.
Avhengig av type sensorer, kan du måle:
- styrke;
- pressure;
- move;
- torque;
- akselerasjon.
Selv med den mest komplekse lasting ordningen av strukturen, handlingen påstrekningsmåleren reduseres til å strekke eller komprimere gitteret langs en lang seksjon k alt basen.
Hvilke strekkmålere brukes
De vanligste typene strain gauges med endring i aktiv motstand under mekanisk handling - strain gauges.
Wire strain gauges
Det enkleste eksemplet er et rett stykke tynn ledning, som festes til delen som studeres. Motstanden er: r=pL/s, der p er resistiviteten, L er lengden, s er tverrsnittsarealet.
Sammen med delen er den limte tråden elastisk deformert. Samtidig endres dens geometriske dimensjoner. Når den er komprimert, øker tverrsnittet av lederen, og når den strekkes, reduseres den. Derfor endrer motstandsendringen fortegn avhengig av deformasjonsretningen. Karakteristikken er lineær.
Den lave følsomheten til strekkmåleren førte til behovet for å øke lengden på ledningen i et lite måleområde. For å gjøre dette er den laget i form av en spiral (gitter) av tråd, limt på begge sider med isolasjonsplater fra en film av lakk eller papir. For å koble til den elektriske kretsen er enheten utstyrt med to kobberledninger. De er sveiset eller loddet til endene av den kveilede ledningen og er sterke nok til å kobles til en elektrisk krets. Strekkmåleren festes til det elastiske elementet eller delen som testes med lim.
Trådlastceller har følgende fordeler:
- enkel design;
- lineær avhengighet av belastning;
- liten størrelse;
- lav pris.
Ulempene inkluderer lav følsomhet, påvirkning av omgivelsestemperatur, behov for beskyttelse mot fuktighet, bruk kun i området med elastiske deformasjoner.
Tråden vil deformeres når adhesjonskraften til limet overstiger kraften som kreves for å strekke den. Forholdet mellom bindingsflaten og tverrsnittsarealet bør være 160 til 200, som tilsvarer dens diameter på 0,02-0,025 mm. Den kan økes opp til 0,05 mm. Da, under normal drift av strekningsmåleren, vil ikke limlaget bli ødelagt. I tillegg fungerer sensoren godt i kompresjon, siden trådtrådene er integrert med limfilmen og delen.
Foliebelastningsceller
Parametrene og prinsippet for drift av folielastcellen er de samme som for wire. Det eneste materialet er nikrom, konstantan eller titan-aluminiumsfolie. Den fotolitografiske produksjonsteknologien gjør det mulig å oppnå en kompleks gitterkonfigurasjon og automatisere prosessen.
Sammenlignet med trådstrekkmålere er foliestrekkmålere mer følsomme, bærer mer strøm, overfører tøyning bedre, har sterkere ledninger og har et mer komplekst mønster.
Halvlederlastceller
Følsomheten til sensorene er omtrent 100 ganger høyere enn ledningssensorene, noe som gjør at de kan brukes ofte uten forsterkere. Ulempene er sprøhet, høy avhengighet av omgivelsestemperatur og betydeligparameterspredning.
Strain gauge spesifikasjoner
- Base - lengden på rutenettlederen (0,2-150 mm).
- Nominell motstand R - aktiv motstandsverdi (10-1000 Ohm).
- Arbeidsforsyningsstrøm Ip - strøm som strekningsmåleren ikke varmes opp merkbart ved. Ved overoppheting endres egenskapene til materialene til sensorelementet, basen og klebelaget, og forvrenger avlesningene.
- Tøyningsfaktor: s=(∆R/R)/(∆L/L), hvor R og L er henholdsvis den elektriske motstanden og lengden på den ubelastede sensoren; ∆R og ∆L - endring i motstand og deformasjon fra ytre kraft. For ulike materialer kan den være positiv (R øker med spenning) og negativ (R øker med kompresjon). Verdien av s for forskjellige metaller varierer fra -12,6 til +6.
Opplegg for å slå på strekkmålere
For å måle små elektriske signaler er det beste alternativet en broforbindelse, i midten er det et voltmeter. Det enkleste eksemplet vil være en strekkmåler, hvis krets er satt sammen i henhold til prinsippet om en elektrisk bro, i en av armene som den er koblet til. Dens ubelastede motstand vil være den samme som resten av motstandene. I dette tilfellet vil enheten vise null spenning.
Prinsippet for driften av en strekkmåler er å øke eller redusere verdien av motstanden, avhengig av om kreftene er kompressive eller strekk.
Temperaturen på strekkmåleren har en betydelig effekt på nøyaktigheten til avlesningene. Hvis en lignende tøyningsmotstand er inkludert i den andre armen av broen, som ikke vil bli belastet, vil den utføre funksjonen å kompensere for termiske effekter.
Målekretsen må også ta hensyn til verdiene for den elektriske motstanden til ledningene som er koblet til motstanden. Deres innflytelse reduseres ved å legge til en annen ledning koblet til en av pinnene på strekkmåleren og voltmeteret.
Hvis begge sensorene er limt på det elastiske elementet på en slik måte at belastningene deres er forskjellige i fortegn, vil signalet forsterkes med 2 ganger. Hvis det er fire sensorer i kretsen med belastninger indikert med piler i diagrammet ovenfor, vil følsomheten øke betydelig. Med denne tilkoblingen av tråd- eller foliestrekkmålere vil et konvensjonelt mikroamperemeter gi avlesninger uten en elektrisk signalforsterker. Det er viktig å velge motstandsverdiene nøyaktig ved hjelp av et multimeter slik at de er like hverandre i hver arm på den elektriske broen.
Anvendelse av strekkmålere i ingeniørfag
- En del av utformingen av vekten: ved veiing deformeres sensorkroppen elastisk, og med det limes strekkmålerne til den, koblet i en krets. Det elektriske signalet sendes til måleren.
- Overvåking av spennings-belastningstilstanden til bygningskonstruksjoner og tekniske konstruksjoner i prosessen med konstruksjon og drift.
- Strekkmålere for måling av deformasjonskrefter under bearbeidingmetalltrykk ved valseverk og stansepresser.
- Høytemperatursensorer for stål og annen industri.
- Målesensorer med elastisk element i rustfritt stål for drift i kjemisk aggressive miljøer.
Standard strekkmålere lages i form av skiver, søyler, enkle eller dobbeltsidige bjelker, S-formet. For alle strukturer er det viktig at kraften påføres i én retning: fra topp til bunn eller omvendt. Under alvorlige driftsforhold gjør spesielle design det mulig å eliminere virkningen av parasittiske krefter. Prisene deres avhenger i stor grad av dette.
For strekkmålere varierer prisen fra hundrevis av rubler til hundretusener. Mye avhenger av produsenten, design, materialer, produksjonsteknologi, verdiene til de målte parametrene, ekstra elektronisk utstyr. For det meste er de komponenter av forskjellige typer skalaer.
Konklusjon
Prinsippet for drift av alle strekkmålere er basert på transformasjonen av deformasjonen av det elastiske elementet til et elektrisk signal. For forskjellige formål finnes det forskjellige sensordesign. Ved valg av strekkmålere er det viktig å finne ut om kretsene har kompensasjon for forvrengende temperaturavlesninger og parasittiske mekaniske påvirkninger.
