「正確は王の礼儀だ！」今日、この中世フランスの格言の関連性は高まるばかりです。ひずみゲージに基づく計測器は、生産や日常生活での正確な測定計算にますます使用されています。
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ひずみゲージとは何ですか？ひずみゲージは何のためにあるのですか？
ひずみゲージ (ラテン語テンサス - 応力) は、測定対象物または構造の応力-ひずみ状態を測定するための方法および手法です。実際、機械的応力を直接測定することは不可能であるため、タスクは物体の変形を測定し、材料の物理的特性を考慮した特別な手法を使用して応力を計算することです。
ひずみゲージはひずみ効果に基づいています。ひずみ効果とは、さまざまな変形の下で抵抗が変化する固体材料の特性です。ひずみゲージは、固体の弾性変形を測定し、その値を電気信号に変換するデバイスです。このプロセスは、センサー導体の抵抗が伸びたり縮んだりして変化するときに発生します。これらは、固体 (機械部品、構造物、建物など) のひずみを測定するためのデバイスのコア要素です。
設計と動作原理
ひずみゲージは、測定パネルの前面に固定された特殊な接点を備えたひずみゲージで構成されています。測定の過程で、パネルの敏感な接点が対象物に触れます。それらの変形が発生し、それが測定され、ひずみゲージセンサーの測定値の処理および表示要素に送信される電気信号に変換されます。
機能的な使用範囲に応じて、センサーの種類と測定値の種類が異なります。重要な要素は、必要な測定精度です。たとえば、ベーカリーの出口にあるトラック スケールのロード セルは、100 分の 1 グラムが重要な電子薬局のスケールにはまったく匹敵しません。
最新のひずみゲージの種類と種類を詳しく見てみましょう。
トルクセンサー
トルク センサーは、エンジンのクランクシャフトやステアリング コラムなどのシステムの回転部分のトルクを測定するように設計されています。トルク センサーは、接触または非接触 (テレメトリー) 方式で静的トルクと動的トルクの両方を測定できます。
ビーム、カンチレバー、エッジ型ロードセル
これらのタイプのセンサーは、通常、高い感度と測定の直線性を実現するために、曲げ要素が組み込まれた平行四辺形の設計に基づいています。それらのひずみゲージは、センサーの弾性要素の敏感な部分に固定され、フルブリッジのスキームに従って接続されます。
構造的に、桁ひずみゲージには、不均一な荷重分布と圧縮および引張ひずみの検出のための特別な穴があります。最大限の効果を得るために、ひずみゲージは梁の表面の最も薄い点に特別なマークで厳密に配置されています。このタイプの高精度で信頼性の高いセンサーは、プラットフォームまたはホッパースケールでマルチセンサー測定システムを作成するために使用されます。彼らはまた、重量バッチャー、バルクおよび液体製品パッカー、ケーブル張力計、その他の力荷重計にも応用されています。
引張および圧縮ロードセル
引張および圧縮ロード セルは、一般に S 字型で、アルミニウムとステンレス鋼でできています。計量範囲0.2～20トンのホッパースケール、計量機用に設計。 S 字型の引張および圧縮ロード セルは、ケーブル、布地、繊維の製造機械でこれらの材料の引張力を制御するために使用できます。
ワイヤーおよびホイルひずみゲージ
有線 ひずみゲージは、小径ワイヤのらせん状に作成され、接着剤によって弾性要素または調査中の部品に取り付けられます。それらの特徴は次のとおりです。
- 製造の容易さ;
- ひずみへの線形依存性;
- 小さな寸法と価格。
欠点のうち、感度が低いこと、環境の温度と湿度が測定誤差に及ぼす影響、弾性変形の分野でのみ適用できる可能性があることに注意してください。
ホイル ひずみゲージは、その高い計測品質と製造可能性により、現在最も一般的な種類のひずみゲージです。これは、製造のフォトリソグラフィ技術により利用可能になりました。高度な技術により、ベースが 0.3 mm の単一のひずみゲージ、特殊なひずみゲージ ソケット、および測定対象の材料の特性に応じて、-240 ～ +1100 ºС の広い動作温度範囲を備えたひずみゲージのチェーンを製造できます。格子。
ロードセルの長所と短所
ひずみゲージは、その特性により広く使用されています。
- 研究中の部品とひずみゲージのモノリシック接続の可能性;
- 1〜3％の誤差で高精度の測定を提供する測定要素の薄い厚さ。
- 平らな面と曲線面の両方に簡単に取り付けられます。
- 最大 50000 Hz の周波数で変化する動的変形を測定する機能。
- -240～+1100℃の温度範囲での困難な環境条件での測定の可能性;
- 部品の多くのポイントでパラメータを同時に測定する可能性;
- ひずみ測定システムから離れた場所にある物体の変形を測定する可能性。
- 可動（回転）部品の変形を測定する可能性。
欠点のうち、注意すべき点は次のとおりです。
- センサーの感度に対する気象条件 (温度と湿度) の影響。
- 測定素子の抵抗のわずかな変化 (約 1%) には、信号増幅器を使用する必要があります。
- ひずみゲージが高温または腐食環境で動作する場合、それらを保護するための特別な措置が必要です。
基本接続図
ひずみゲージを家庭用または工業用はかりに接続する例を考えてみましょう。はかり用の標準ロード セルには、4 つの異なる色のワイヤがあります。2 つの入力は電源 (+Ex、-Ex) で、残りの 2 つは測定出力 (+Sig、-Sig) です。追加のワイヤが他のすべてのシールドとして機能する 5 本のワイヤのバリエーションもあります。ビーム式重量測定センサーの本質は至ってシンプル。入力に電力が供給され、出力から電圧が取り出されます。電圧の大きさは、測定センサーにかかる負荷に依存します。
分銅ロード セルから ADC ユニットまでのワイヤの長さが長い場合、ワイヤ自体の抵抗がはかりの読み取りに影響します。この場合、フィードバック回路を追加することをお勧めします。フィードバック回路は、測定回路に導入されたワイヤの抵抗からの誤差を補正することにより、電圧降下を補償します。この場合、配線図には、電力、測定、および損失補償の 3 組のワイヤが含まれます。
ひずみゲージセンサの使用例
- 鱗の構成要素。
- 鍛造プレスおよび圧延機での金属成形中の変形力の測定。
- 応力の監視 - 建設中および運用中の建築構造物および構造物のひずみ状態。
- 冶金プラント向けの耐熱合金鋼製高温センサです。
- 化学的に攻撃的な環境での測定用のステンレス鋼の弾性要素を備えています。
- 石油およびガスパイプラインの圧力測定用。
ロード セルのシンプルさ、利便性、および製造可能性は、計量プロセスおよび家庭用電化製品の測定要素としての日常生活での使用の両方において、ロード セルをさらに積極的に実装するための主な要因です。
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