Mjerači naprezanja su uređaji koji pretvaraju izmjerenu elastičnu deformaciju čvrstog tijela u električni signal. To se događa zbog promjene otpora vodiča senzora kada se njegove geometrijske dimenzije mijenjaju od napetosti ili kompresije.
Mjerač naprezanja: princip rada
Glavni element uređaja je mjerač naprezanja postavljen na elastičnu strukturu. Mjerni mjerači se kalibriraju postupnim opterećenjem zadanom rastućom silom i mjerenjem veličine električnog otpora. Tada će se, njegovom promjenom, moći odrediti vrijednosti primijenjenog nepoznatog opterećenja i deformacije proporcionalne tome.
Ovisno o vrsti senzora, možete izmjeriti:
- snaga;
- pritisak;
- move;
- zakretni moment;
- ubrzanje.
Čak i uz najsloženiju shemu utovara konstrukcije, radnja se nastavljamjerač naprezanja se svodi na rastezanje ili sabijanje svoje rešetke duž dugog dijela zvanog baza.
Koji se mjerači naprezanja koriste
Najčešći tipovi mjerača naprezanja s promjenom aktivnog otpora pod mehaničkim djelovanjem - mjerači naprezanja.
Mjerači naprezanja žice
Najjednostavniji primjer je ravni komad tanke žice, koji je pričvršćen na dio koji se proučava. Njegov otpor je: r=pL/s, gdje je p otpornost, L je duljina, s je površina poprečnog presjeka.
Zajedno s dijelom, lijepljena žica se elastično deformira. Istodobno se mijenjaju njegove geometrijske dimenzije. Kada je komprimiran, poprečni presjek vodiča se povećava, a kada se rastegne, smanjuje. Stoga promjena otpora mijenja predznak ovisno o smjeru deformacije. Karakteristika je linearna.
Niska osjetljivost mjernog mjerača dovela je do potrebe za povećanjem duljine žice u malom mjernom području. Da biste to učinili, izrađen je u obliku spirale (rešetke) žice, zalijepljen s obje strane izolacijskim pločama od filma od laka ili papira. Za spajanje na električni krug, uređaj je opremljen s dvije bakrene žice. Zavareni su ili zalemljeni na krajeve namotane žice i dovoljno su jaki da se spoje na električni krug. Mjerač naprezanja je pričvršćen ljepilom na elastični element ili dio koji se ispituje.
Žicane mjerne ćelije imaju sljedeće prednosti:
- jednostavan dizajn;
- linearna ovisnost o naprezanju;
- mala veličina;
- niska cijena.
Nedostaci uključuju nisku osjetljivost, utjecaj temperature okoline, potrebu za zaštitom od vlage, korištenje samo u području elastičnih deformacija.
Žica će se deformirati kada sila prianjanja ljepila na nju uvelike premašuje silu potrebnu da se istegne. Omjer površine vezivanja prema površini presjeka trebao bi biti 160 do 200, što odgovara njegovom promjeru od 0,02-0,025 mm. Može se povećati do 0,05 mm. Tada, tijekom normalnog rada mjerača naprezanja, ljepljivi sloj neće biti uništen. Osim toga, senzor radi dobro u kompresiji, budući da su žice sastavne s ljepljivom folijom i dijelom.
Celije za opterećenje folije
Parametri i princip rada folijske mjerne ćelije su isti kao i žičanih. Jedini materijal je nikrom, konstantan ili titan-aluminijska folija. Tehnologija proizvodnje fotolitografije omogućuje dobivanje složene konfiguracije rešetke i automatizaciju procesa.
U usporedbi s žičanim mjeračima naprezanja, folijski mjerači naprezanja su osjetljiviji, prenose više struje, bolje prenose naprezanje, imaju jače vodove i složeniji uzorak.
Poluvodičke ćelije za opterećenje
Osjetljivost senzora je otprilike 100 puta veća od žičanih, što im omogućuje čestu upotrebu bez pojačala. Nedostaci su krhkost, velika ovisnost o temperaturi okoline i značajnaširenje parametara.
Specifikacije mjerača naprezanja
- Osnova - duljina mrežnog vodiča (0,2-150 mm).
- Nominalni otpor R - vrijednost aktivnog otpora (10-1000 Ohm).
- Radna struja napajanja Ip - struja pri kojoj se mjerač napetosti ne zagrijava osjetno. Prilikom pregrijavanja mijenjaju se svojstva materijala osjetnog elementa, podloge i ljepljivog sloja, iskrivljujući očitanja.
- Faktor deformacije: s=(∆R/R)/(∆L/L), gdje su R i L električni otpor i duljina neopterećenog senzora, redom; ∆R i ∆L - promjena otpora i deformacija od vanjske sile. Za različite materijale može biti pozitivan (R raste s napetosti) i negativan (R raste s kompresijom). Vrijednost s za različite metale varira od -12,6 do +6.
Sheme za uključivanje mjerača naprezanja
Za mjerenje malih električnih signala, najbolja opcija je mosna veza, u čijem je središtu voltmetar. Najjednostavniji primjer bi bio mjerač naprezanja, čiji je krug sastavljen po principu električnog mosta, u čiji je jedan krak spojen. Njegov otpor bez opterećenja bit će isti kao i ostali otpornici. U tom slučaju, uređaj će pokazati nulti napon.
Načelo rada mjernog mjerača je povećanje ili smanjenje vrijednosti njegovog otpora, ovisno o tome jesu li sile tlačne ili vlačne.
Temperatura mjernog mjerača ima značajan utjecaj na točnost očitanja. Ako je sličan otpor na naprezanje uključen u drugi krak mosta, koji neće biti opterećen, on će obavljati funkciju kompenzacije toplinskih učinaka.
Mjerni krug također mora uzeti u obzir vrijednosti električnog otpora žica spojenih na otpornik. Njihov se utjecaj smanjuje dodavanjem druge žice spojene na jednu od iglica mjerača napetosti i voltmetra.
Ako su oba senzora zalijepljena na elastični element na način da se njihova opterećenja razlikuju u predznaku, signal će se pojačati 2 puta. Ako se u krugu nalaze četiri senzora s opterećenjem označenim strelicama na gornjem dijagramu, osjetljivost će se značajno povećati. S ovim spajanjem žičanih ili folijskih mjerača naprezanja, konvencionalni mikroampermetar će dati očitanja bez električnog pojačala signala. Važno je precizno odabrati vrijednosti otpora pomoću multimetra tako da budu jednake jedna drugoj u svakom kraku električnog mosta.
Primjena mjerača naprezanja u inženjerstvu
- Dio dizajna vage: prilikom vaganja, tijelo senzora je elastično deformirano, a s njim i zalijepljeni mjerači naprezanja, spojeni u krug. Električni signal se prenosi na mjerač.
- Praćenje naponsko-deformacijskog stanja građevinskih konstrukcija i inženjerskih konstrukcija u procesu njihove izgradnje i rada.
- Mjerač naprezanja za mjerenje sila deformacije tijekom obradepritisak metala u valjaonicama i prešama za štancanje.
- Senzori visoke temperature za industriju čelika i druge industrije.
- Mjerni senzori s elastičnim elementom od nehrđajućeg čelika za rad u kemijski agresivnim okruženjima.
Standardni mjerači naprezanja izrađuju se u obliku podložaka, stupova, jednostavnih ili dvostranih greda, u obliku slova S. Za sve strukture važno je da se sila primjenjuje u jednom smjeru: odozgo prema dolje ili obrnuto. U teškim uvjetima rada, posebni dizajni omogućuju uklanjanje djelovanja parazitskih sila. Njihove cijene uvelike ovise o tome.
Za mjerne mjere, cijena se kreće od stotina rubalja do stotina tisuća. Mnogo ovisi o proizvođaču, dizajnu, materijalima, tehnologiji proizvodnje, vrijednostima izmjerenih parametara, dodatnoj elektroničkoj opremi. Uglavnom su komponente različitih vrsta vaga.
Zaključak
Princip rada svih mjerača naprezanja temelji se na transformaciji deformacije elastičnog elementa u električni signal. Za različite namjene postoje različiti dizajni senzora. Prilikom odabira mjerača naprezanja važno je utvrditi imaju li krugovi kompenzaciju za izobličenje očitanja temperature i parazitske mehaničke utjecaje.
