"Nøjagtighed - kongernes høflighed!" I vores tid vokser relevansen af denne middelalderlige franske aforisme kun. For at udføre nøjagtige måleberegninger i produktionen og i hverdagen, bruges enheder baseret på strain gauges i stigende grad.
Indhold
Hvad er strain gauge, og hvad er strain gauge til?
Tensometri (af latin tensus - stresset) er en metode og teknik til at måle spændings-belastningstilstanden af et målt objekt eller en målt struktur. Faktum er, at det er umuligt direkte at måle den mekaniske spænding, så opgaven er at måle deformationen af objektet og beregne spændingen ved hjælp af specielle teknikker, der tager højde for materialets fysiske egenskaber.
Arbejdet med strain gauges er baseret på strain-effekten - dette er faste materialers egenskab til at ændre deres modstand med forskellige deformationer. Strain gauge sensorer er enheder, der måler den elastiske deformation af et fast legeme og konverterer dets værdi til et elektrisk signal. Denne proces opstår, når modstanden af sensorlederen ændres, når den strækkes og komprimeres. De er hovedelementet i instrumenter til måling af deformation af faste stoffer (for eksempel maskindele, strukturer, bygninger).
Enhed og funktionsprincip
Grundlaget for strain gauge er en strain gauge udstyret med specielle kontakter fastgjort på forsiden af målepanelet. Under målingen er panelets følsomme kontakter i kontakt med objektet. Deres deformation opstår, som måles og omdannes til et elektrisk signal, der overføres til behandlings- og displayelementerne for den målte værdi af strain gauge.
Afhængigt af omfanget af funktionel anvendelse er sensorer forskellige både i typer og typer af målte mængder. En vigtig faktor er den nødvendige målenøjagtighed. For eksempel er en vejecelle-vejecelle ved udgangen fra bageriet absolut ikke egnet til elektroniske lægemiddelvægte, hvor hver hundrededel af et gram er vigtig.
Lad os overveje mere detaljeret typerne og typerne af moderne strain gauges.
Momentsensorer
Momentsensorer er designet til at måle drejningsmoment på roterende dele af systemer såsom en motorkrumtapaksel eller ratstamme.Momentstrain gauges kan bestemme både statisk og dynamisk moment ved kontakt eller ikke-kontakt (telemetrisk) metode.
Bjælke-, udkragnings- og kantvejeceller
Disse typer transducere er normalt lavet på basis af et parallelogramdesign med et indbygget bøjningselement for høj følsomhed og linearitet af målinger. Strainmålere i dem er fastgjort på de følsomme områder af sensorens elastiske element og er forbundet i henhold til det fulde broskema.
Strukturelt har strålevejecellen specielle huller til ujævn belastningsfordeling og detektering af tryk- og trækdeformationer. For at opnå den maksimale effekt er strain gauges strengt orienteret af specielle mærker på overfladen af strålen på dets tyndeste punkt. Meget nøjagtige og pålidelige sensorer af denne type bruges til at skabe multi-sensor målesystemer i platform eller bunker skalaer. De har fundet deres anvendelse i vejning af batchere, pakkere af løse og flydende produkter, kabelspændingsmålere og andre effektbelastningsmålere.
Træk- og kompressionsvejeceller
Træk- og trykvejeceller er normalt S-formede, lavet af aluminium og legeret rustfrit stål. Designet til bunkervægte og batchere med et måleområde på 0,2 til 20 tons. S-formede træk- og trykvejeceller kan bruges i kabel-, stof- og fibermaskiner til at kontrollere disse materialers trækkraft.
Tråd og folie strain gauges
Tråd strain gauges er lavet i form af en spiral af tråd med lille diameter og monteret på et elastisk element eller del under test med lim.De er kendetegnet ved:
- let fremstilling;
- lineær afhængighed af belastning;
- lille størrelse og pris.
Blandt manglerne er lav følsomhed, indflydelsen af temperatur og fugtighed i miljøet på målefejlen, muligheden for kun at bruge inden for elastiske deformationer.
folie strain gauges er i øjeblikket den mest almindelige type strain gauges på grund af deres høje metrologiske kvaliteter og fremstillingsevne. Dette blev tilgængeligt takket være den fotolitografiske teknologi i deres fremstilling. Avanceret teknologi gør det muligt at få enkelte strain gauges med en base på 0,3 mm, specialiserede strain gauge fatninger og kæder af strain gauges med et bredt driftstemperaturområde fra -240 til +1100 ºС, afhængigt af egenskaberne af målegitterets materialer.
Fordele og ulemper ved strain gauges
Strain gauges er meget udbredt på grund af deres egenskaber:
- muligheden for en monolitisk forbindelse af strain gauge med den del, der undersøges;
- lille tykkelse af måleelementet, hvilket sikrer høj målenøjagtighed med en fejl på 1-3%;
- nem fastgørelse, både på flade og buede overflader;
- evnen til at måle dynamiske deformationer, der ændrer sig med en frekvens på op til 50.000 Hz;
- muligheden for at udføre målinger under vanskelige miljøforhold i temperaturområdet fra -240 til +1100˚С;
- muligheden for at måle parametre samtidigt på mange punkter af delene;
- muligheden for at måle deformationen af genstande placeret i store afstande fra strain gauge-systemer;
- evnen til at måle deformationer i bevægelige (roterende) dele.
Af manglerne skal det bemærkes:
- indflydelse af vejrforhold (temperatur og fugtighed) på sensorernes følsomhed;
- ubetydelige ændringer i modstanden af måleelementerne (ca. 1%) kræver brug af signalforstærkere.
- når strain gauges fungerer i høje temperaturer eller aggressive miljøer, kræves særlige foranstaltninger for at beskytte dem.
Grundlæggende ledningsdiagrammer
Lad os overveje dette ved at bruge eksemplet med at forbinde strain gauges til husholdnings- eller industrivægte. En standard vejecelle til vægte har fire flerfarvede ledninger: to indgange er strømforsyning (+Ex, -Ex), de to andre er måleudgange (+Sig, -Sig). Der er også muligheder med fem ledninger, hvor en ekstra ledning fungerer som skærm for alle de andre. Essensen af arbejdet med vægtmålingssensoren af stråletypen er ret enkel. Der tilføres strøm til indgangene, og spændingen fjernes fra udgangene. Spændingsværdien afhænger af den påførte belastning på målesensoren.
Hvis længden af ledningerne fra vægtbelastningscellen til ADC-enheden er signifikant, vil modstanden af ledningerne selv påvirke aflæsningen af skalaerne. I dette tilfælde er det tilrådeligt at tilføje et feedback-kredsløb, der kompenserer for spændingsfaldet ved at korrigere fejlen fra modstanden af ledningerne, der indføres i målekredsløbet. I dette tilfælde vil forbindelsesdiagrammet have tre par ledninger: strøm, måling og tabskompensation.
Anvendelseseksempler for strain gauges
- vejeelement.
- måling af spændingskræfter ved bearbejdning af metaller ved tryk på stansepresser og valseværker.
- overvågning af belastnings-belastningstilstande af bygningskonstruktioner og konstruktioner under deres opførelse og drift.
- højtemperatursensorer lavet af varmebestandigt legeret stål til metallurgiske virksomheder.
- med rustfrit stål elastisk element til målinger i kemisk aggressive miljøer.
- til trykmåling i olie- og gasledninger.
Enkelhed, bekvemmelighed og fremstillingsevne af strain gauges er hovedfaktorerne for deres yderligere aktive implementering, både i metrologiske processer og i hverdagen som måleelementer i husholdningsapparater.
Lignende artikler:
