"A pontosság a királyok udvariassága!" Napjainkban ez a középkori francia aforizma csak egyre aktuálisabbá válik. A nyúlásmérő-technológián alapuló műszereket egyre gyakrabban használják precíz mérési feladatokra az iparban és a magánháztartásokban.
Tartalomjegyzék
Mi a nyúlásmérő technológia és mi a terheléscellák?
A nyúlásmérő (a latin tensus - feszült) a mért tárgy vagy szerkezet feszültség-nyúlás állapotának mérésére szolgáló módszer és technika. A lényeg az, hogy a mechanikai feszültséget nem lehet közvetlenül mérni, ezért a feladat a tárgy deformációjának mérése és a feszültség kiszámítása speciális technikákkal, amelyek figyelembe veszik az anyag fizikai tulajdonságait.
A nyúlásmérők a nyúláshatáson alapulnak, amely a szilárd anyagok azon tulajdonsága, hogy különböző deformációk hatására megváltozik az ellenállásuk. A nyúlásmérők olyan eszközök, amelyek egy szilárd test rugalmas alakváltozását mérik, és azt elektromos jellé alakítják. Ez a folyamat az érzékelő vezetőjének ellenállásának változásával történik, ahogyan az megnyúlik és összenyomódik. A szilárd testekben (pl. gépalkatrészekben, szerkezetekben, épületekben) fellépő feszültségek mérésére szolgáló eszközök alapvető elemei.
Tervezés és működési elv
A nyúlásmérő szívét egy nyúlásmérő alkotja, amely a mérőcella elejére rögzített speciális érintkezőkkel van ellátva. A mérési folyamat során a panel érzékeny érintkezői megérintik a tárgyat. Ezt a nyúlást mérik és elektromos jellé alakítják át, amelyet a nyúlásmérő feldolgozó és kijelző elemeihez továbbítanak.
A funkcionális felhasználási területtől függően az érzékelők típusukban és a mért értékek típusában is különböznek. Fontos tényező a szükséges mérési pontosság. Például egy pékségben lévő teherautó mérlegének terhelésmérő cellája nem felel meg egy elektronikus gyógyszertári mérlegnek, ahol minden századik gramm fontos.
Nézzük meg közelebbről a modern nyúlásmérő műszerek típusait és fajtáit.
Nyomatékérzékelők
A nyomatékérzékelőket forgó alkatrészek, például a motor forgattyútengelyének vagy a kormányoszlopnak a nyomatékmérésére tervezték. A nyomatékérzékelők mind a statikus, mind a dinamikus nyomatékot érintkezéssel vagy érintkezés nélkül (telemetrikusan) képesek meghatározni.
Gerenda, konzolos és perem típusú terhelésmérő cellák
Az ilyen típusú érzékelők általában párhuzamos kialakításúak, beépített hajlítóelemmel a nagy érzékenység és lineáris mérés érdekében. A nyúlásmérők az érzékelő rugalmas elemének érzékeny részeire vannak rögzítve, és teljes híd elrendezésben vannak összekötve.
Szerkezetileg a gerenda nyúlásmérője speciális lyukakkal rendelkezik az egyenetlen tehereloszlás és a nyomó- és húzófeszültségek kimutatására. A maximális hatás érdekében a nyúlásmérőket a gerenda legvékonyabb pontjánál szigorúan a gerenda felületéhez igazítják, speciális jelölések segítségével. Az ilyen típusú, nagy pontosságú és megbízható terheléscellákat a platform- vagy tartálymérlegek többérzékelős mérőrendszereinek kialakítására használják. Ezeket adagoló mérlegekben, ömlesztett és folyadéktöltő berendezésekben, kábelfeszültségmérőkben és más terhelésmérő cellákban is használják.
Húzó és nyomó terhelési cellák
A húzó- és nyomóerőmérő cellák általában S alakúak, alumíniumból vagy rozsdamentes acélból készülnek. 0,2-20 tonna mérési tartományú tartálymérlegekhez és adagológépekhez tervezték. Az S-típusú húzó- és nyomóerő cellák kábelek, szövetek és szálak gyártására szolgáló gépekben használhatók ezen anyagok húzóerejének ellenőrzésére.
Huzal és fólia nyúlásmérők
Drótkötegelt A kerékkel tekercselt nyúlásmérők kis átmérőjű huzalból készült tekercsek formájában készülnek, és ragasztóval rögzítik őket a vizsgálandó rugalmas elemhez vagy munkadarabhoz. Jellemzőik a következők:
- könnyű gyártás;
- lineáris feszültségfüggés;
- Kis méretek és ár.
Hátrányai az alacsony érzékenység, a hőmérséklet és a páratartalom hatása a mérési hibára, az alkalmazási lehetőség csak a rugalmas deformáció területén.
Fólia a nyúlásmérő mérők jelenleg a legelterjedtebb nyúlásmérő típusok, mivel kiváló méréstechnikai tulajdonságokkal rendelkeznek és gyárthatók. Ezt a gyártásukhoz használt fotolitográfiai technológia teszi lehetővé. A legmodernebb technológia lehetővé teszi a 0,3 mm-es alappal rendelkező egyedi nyúlásmérők, speciális nyúlásmérő foglalatok és nyúlásmérő láncok gyártását, amelyek a mérőrács anyagtulajdonságaitól függően széles üzemi hőmérséklet-tartományban, -240 és +1100 ºC között működnek.
A terhelésmérő cellák előnyei és hátrányai
A nyúlásmérőket tulajdonságaik miatt széles körben használják:
- A nyúlásmérő és a vizsgált munkadarab közötti monolitikus kapcsolat lehetősége;
- A mérőelem kis vastagsága, amely lehetővé teszi a nagy pontosságú méréseket 1-3 %-os hibával;
- könnyű felszerelés, sík és ívelt felületekre egyaránt;
- akár 50 000 Hz-es frekvenciájú dinamikus deformációk mérésének képessége;
- a -240 és +1100˚C közötti hőmérséklet-tartományban, nehéz környezeti körülmények között történő mérés képessége;
- Lehetőség a paraméterek egyidejű mérésére az alkatrészek számos pontján;
- a nyúlásmérő rendszerektől nagy távolságban lévő tárgyak deformációjának mérési lehetősége;
- az alakváltozás mérésének lehetősége mozgó (forgó) alkatrészekben.
A hátrányok a következők:
- a meteorológiai körülmények (hőmérséklet és páratartalom) hatása az érzékelők érzékenységére;
- a mérőelemek jelentéktelen ellenállásváltozásai (kb. 1%) jelerősítők használatát teszik szükségessé.
- Ha a nyúlásmérő műszerek magas hőmérsékleten vagy agresszív környezetben dolgoznak, különleges intézkedésekre van szükség a védelmük érdekében.
Alapvető kapcsolási rajzok
Tekintsük ezt a háztartási vagy ipari mérlegekhez csatlakoztatott nyúlásmérők példáján. A mérlegek szabványos terhelésmérő cellája négy különböző színű vezetékkel rendelkezik: két bemenet a tápellátás (+Ex, -Ex), a másik kettő a mérés kimenete (+Sig, -Sig). Vannak ötvezetékes változatok is, ahol egy további vezeték szolgál az összes többi vezeték árnyékolásaként. A gerenda típusú terhelésmérő cella működése meglehetősen egyszerű. A bemenetekre áramot vezetnek, a kimenetekről pedig feszültséget vesznek le. A feszültség nagysága a mérőérzékelőre ható terheléstől függ.
Ha a terhelésmérő cellától az ADC egységig tartó vezeték hossza jelentős, akkor a vezetékek ellenállása befolyásolja a skála leolvasását. Ebben az esetben célszerű egy visszacsatoló áramkört hozzáadni, amely a feszültségesést a mérőáramkörbe bevitt vezetékellenállás hibájának korrigálásával kompenzálja. Ebben az esetben a kapcsolási rajz három vezetékpárt tartalmaz: tápellátás, mérés és veszteségkompenzáció.
Példák a nyúlásmérő alkalmazásokhoz
- A mérlegek építésének egyik összetevője.
- A deformációs erők mérése a fémek kovácsolópréseken és hengerművekben történő alakítása során.
- Épületszerkezetek és szerkezetek feszültség-alakulási állapotának nyomon követése a felállításuk és üzemeltetésük során.
- Hőálló ötvözött acélból készült magas hőmérsékletű érzékelők kohászati üzemek számára.
- rozsdamentes acélból készült rugalmas elemmel kémiailag agresszív környezetben végzett mérésekhez.
- Nyomásméréshez olaj- és gázvezetékekben.
A terhelésmérő cellák egyszerűsége, kényelme és feldolgozhatósága a fő tényezője a további aktív alkalmazásuknak, mind a mérési folyamatokban, mind a mindennapi életben a háztartási készülékek mérőelemeként való használatban.
Kapcsolódó cikkek:
