Mjerači naprezanja su uređaji koji pretvaraju izmjerenu elastičnu deformaciju čvrstog tijela u električni signal. Ovo se dešava zbog promene otpora provodnika senzora kada se njegove geometrijske dimenzije promene od napetosti ili kompresije.
Mjerač naprezanja: princip rada
Glavni element uređaja je mjerač naprezanja postavljen na elastičnu strukturu. Senzori se kalibriraju postepenim opterećenjem datom rastućom silom i mjerenjem veličine električnog otpora. Tada će, njegovom promjenom, biti moguće odrediti vrijednosti primijenjenog nepoznatog opterećenja i deformacije proporcionalne tome.
U zavisnosti od tipa senzora, možete izmjeriti:
- snaga;
- pritisak;
- move;
- moment;
- ubrzanje.
Čak i sa najkompleksnijom šemom opterećenja strukture, akcija daljemjerač naprezanja se svodi na istezanje ili sabijanje svoje rešetke duž dugačkog dijela koji se zove baza.
Koji se mjerači naprezanja koriste
Najčešći tipovi mjerača naprezanja sa promjenom aktivnog otpora pod mehaničkim djelovanjem - mjerači naprezanja.
Mjerači naprezanja žice
Najjednostavniji primjer je ravan komad tanke žice, koji je pričvršćen za dio koji se proučava. Njegov otpor je: r=pL/s, gdje je p otpornost, L je dužina, s je površina poprečnog presjeka.
Zajedno sa dijelom, lijepljena žica se elastično deformira. Istovremeno se mijenjaju i njegove geometrijske dimenzije. Kada se kompresuje, poprečni presjek vodiča se povećava, a kada se rastegne, smanjuje. Stoga promjena otpora mijenja predznak ovisno o smjeru deformacije. Karakteristika je linearna.
Niska osjetljivost mjerača naprezanja dovela je do potrebe za povećanjem dužine žice u malom području mjerenja. Da biste to učinili, izrađuje se u obliku spirale (rešetke) žice, zalijepljene s obje strane izolacijskim pločama od filma od laka ili papira. Za spajanje na električni krug, uređaj je opremljen sa dvije bakrene žice. Zavareni su ili zalemljeni na krajeve namotane žice i dovoljno su jaki da se spoje na električni krug. Merač naprezanja je pričvršćen ljepilom na elastični element ili dio koji se testira.
Žicane mjerne ćelije imaju sljedeće prednosti:
- jednostavan dizajn;
- linearna zavisnost od deformacije;
- 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 premaši silu potrebnu da se istegne. Omjer površine vezivanja prema površini poprečnog presjeka trebao bi biti 160 prema 200, što odgovara njegovom promjeru od 0,02-0,025 mm. Može se povećati do 0,05 mm. Tada, tokom normalnog rada merača naprezanja, sloj lepka neće biti uništen. Osim toga, senzor radi dobro u kompresiji, budući da su žice integralne s ljepljivom folijom i dijelom.
Celije za opterećenje folije
Parametri i princip rada folijske merne ćelije su isti kao i žičanih. Jedini materijal je nihrom, konstantan ili titan-aluminijska folija. Tehnologija proizvodnje fotolitografije omogućava dobijanje složene konfiguracije rešetke i automatizaciju procesa.
U poređenju sa žičanim mjeračima naprezanja, folijski mjerači naprezanja su osjetljiviji, provode veću struju, bolje prenose naprezanje, imaju jače vodove i složeniji uzorak.
Poluprovodničke ćelije za opterećenje
Osetljivost senzora je otprilike 100 puta veća od žičanih, što im omogućava čestu upotrebu bez pojačala. Nedostaci su lomljivost, velika ovisnost o temperaturi okoline i značajnaširenje parametara.
Specifikacije mjerača naprezanja
- Osnova - dužina mrežnog provodnika (0,2-150 mm).
- Nominalni otpor R - vrijednost aktivnog otpora (10-1000 Ohm).
- Radna struja napajanja Ip - struja pri kojoj se merač napona ne zagreva primetno. Prilikom pregrijavanja, svojstva materijala senzorskog elementa, podloge i sloja ljepila se mijenjaju, iskrivljujući očitanja.
- Faktor deformacije: s=(∆R/R)/(∆L/L), gdje su R i L električni otpor i dužina neopterećenog senzora, respektivno; ∆R i ∆L - promjena otpora i deformacija od vanjske sile. Za različite materijale može biti pozitivan (R raste sa zatezanjem) i negativan (R raste sa kompresijom). Vrijednost s za različite metale varira od -12,6 do +6.
Šeme 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 od krakova spojen. Njegov otpor bez opterećenja bit će isti kao i ostali otpornici. U ovom slučaju, uređaj će pokazati nulti napon.
Princip rada mjernog mjerača je povećanje ili smanjenje vrijednosti njegovog otpora, ovisno o tome da li su sile tlačne ili vlačne.
Temperatura merača ima značajan uticaj na tačnost očitavanja. Ako je slična otpornost na deformacije uključena u drugu ruku mosta, koja neće biti opterećena, ona će obavljati funkciju kompenzacije termičkih efekata.
Mjerni krug također mora uzeti u obzir vrijednosti električnog otpora žica spojenih na otpornik. Njihov uticaj se smanjuje dodavanjem još jedne žice spojene na jednu od pinova merača naprezanja i voltmetra.
Ako su oba senzora zalijepljena na elastični element na način da se njihova opterećenja razlikuju po predznaku, signal će se pojačati 2 puta. Ako postoje četiri senzora u krugu s opterećenjem označenim strelicama na dijagramu iznad, osjetljivost će se značajno povećati. Sa ovim povezivanjem 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 se elastično deformira, a sa njim i zalijepljeni mjerači naprezanja, spojeni u kolo. Električni signal se prenosi na brojilo.
- Praćenje naponsko-deformacijskog stanja građevinskih konstrukcija i inženjerskih konstrukcija u procesu njihove izgradnje i eksploatacije.
- Mjerač naprezanja za mjerenje sila deformacije tokom obradepritisak metala u valjaonicama i presama za štancanje.
- Senzori visoke temperature za čeličnu i druge industrije.
- Mjerni senzori sa elastičnim elementom od nerđajućeg čelika za rad u hemijski agresivnim okruženjima.
Standardni merači naprezanja izrađuju se u obliku podložaka, stubova, jednostavnih ili dvostranih greda, u obliku slova S. Za sve konstrukcije važno je da se sila primjenjuje u jednom smjeru: odozgo prema dolje ili obrnuto. U teškim uslovima rada, posebni dizajni omogućavaju eliminaciju djelovanja parazitskih sila. Njihove cijene uvelike zavise od ovoga.
Za merače naprezanja, cena se kreće od stotina rubalja do stotina hiljada. Mnogo ovisi o proizvođaču, dizajnu, materijalima, tehnologiji proizvodnje, vrijednostima mjerenih parametara, dodatnoj elektroničkoj opremi. Uglavnom su komponente različitih tipova vaga.
Zaključak
Princip rada svih mjerača naprezanja zasniva se na transformaciji deformacije elastičnog elementa u električni signal. Za različite namjene postoje različiti dizajni senzora. Prilikom odabira mjerača naprezanja, važno je utvrditi da li kola imaju kompenzaciju za izobličenje očitavanja temperature i parazitske mehaničke utjecaje.
