"Precizitāte ir karaļu pieklājība!" Mūsdienās šis viduslaiku franču aforisms kļūst arvien aktuālāks. Uz tenzometru tehnoloģiju balstītus instrumentus arvien biežāk izmanto precīziem mērījumiem rūpniecībā un privātās mājsaimniecībās.
Saturs
Kas ir spriedzes mērīšanas tehnoloģija un kam ir paredzētas slodzes šūnas?
Spriedzes mērītājs (no latīņu valodas tensus - sasprindzināts) ir metode un paņēmiens, ar ko mēra mērāmā objekta vai struktūras sprieguma un deformācijas stāvokli. Lieta tāda, ka nav iespējams tieši izmērīt mehānisko spriegumu, tāpēc uzdevums ir izmērīt objekta deformāciju un aprēķināt spriegumu, izmantojot īpašas metodes, kurās ņemtas vērā materiāla fizikālās īpašības.
Tensometru pamatā ir deformācijas efekts, kas ir cietu materiālu īpašība mainīt savu pretestību dažādu deformāciju ietekmē. Tensometri ir ierīces, kas mēra cieta ķermeņa elastīgo deformāciju un pārvērš to elektriskā signālā. Šis process notiek, kad sensora vadītāja pretestība mainās, to izstiepjot un saspiežot. Tie ir galvenais elements ierīcēs, ar ko mēra deformācijas cietās daļās (piemēram, mašīnu detaļās, konstrukcijās, ēkās).
Konstrukcija un darbības princips
Tensometra centrā ir spriedzes mērītājs, kas aprīkots ar īpašiem kontaktiem, kuri piestiprināti mērīšanas kameras priekšpusē. Mērīšanas procesa laikā paneļa jutīgie kontakti pieskaras objektam. Šī deformācija tiek izmērīta un pārvērsta elektriskā signālā, kas tiek pārraidīts uz tenzometra apstrādes un displeja elementiem.
Atkarībā no funkcionālās izmantošanas jomas sensori atšķiras gan pēc tipa, gan pēc mērāmās vērtības veida. Svarīgs faktors ir nepieciešamā mērījumu precizitāte. Piemēram, maizes ceptuves kravas automašīnas svaru slodzes kamera nav piemērota elektroniskajiem aptiekas svariem, kur svarīga ir katra simtdaļa no grama.
Aplūkosim sīkāk mūsdienu tenzometru veidus un tipus.
Griezes momenta sensori
Griezes momenta sensori ir paredzēti griezes momenta mērīšanai rotējošām detaļām, piemēram, motora kloķvārpstai vai stūres statnim. Griezes momenta sensori var noteikt gan statisko, gan dinamisko griezes momentu kontakta vai bezkontakta (telemetriski).
Siju, konsoļu un malu tipa slodzes elementi
Šāda veida sensoru pamatā parasti ir paralelogramma konstrukcija ar integrētu lieces elementu, kas nodrošina augstu jutību un mērījumu linearitāti. Tensometri ir piestiprināti pie sensora elastīgā elementa jutīgajām daļām un ir savienoti pilnā tilta veidā.
Konstrukcijas ziņā siju deformācijas mērinstrumentam ir īpaši caurumi nevienmērīgam slodzes sadalījumam un spiedes un stiepes deformāciju noteikšanai. Lai nodrošinātu maksimālu efektu, deformācijas mērinstrumentus orientē stingri pret sijas virsmu tās visplānākajā punktā, izmantojot īpašas atzīmes. Ļoti precīzas un uzticamas šāda tipa slodzes šūnas tiek izmantotas, lai platformas vai piltuvju svariem izveidotu vairāku sensoru mērīšanas sistēmas. Tos izmanto arī dozēšanas svariem, beramkravu un šķidrumu pildītājiem, kabeļu spriegojuma mērītājiem un citām slodzes devām.
Stiepes un spiedes slodzes elementi
Stiepes un spiedes slodzes elementi parasti ir S-veida, izgatavoti no alumīnija vai nerūsējošā tērauda. Paredzēts bunkuru svariem un dozēšanas iekārtām ar mērījumu diapazonu no 0,2 līdz 20 tonnām. S tipa stiepes un kompresijas slodzes devēju var izmantot kabeļu, audumu un šķiedru ražošanas iekārtās, lai uzraudzītu šo materiālu stiepes spēku.
Stieples un folijas deformācijas mērītāji
Stiepļu tinums Ar ritenīti uztītos spriedzes mērinstrumentus izgatavo maza diametra stieples spoļu veidā, un tos ar līmi piestiprina elastīgajam elementam vai testējamajam sagataves elementam. Tām ir šādas īpašības:
- izgatavošanas vienkāršība;
- lineāra deformācijas atkarība;
- Nelieli izmēri un cena.
Trūkumi ir zema jutība, temperatūras un mitruma ietekme uz mērījumu kļūdu, iespēja izmantot tikai elastīgās deformācijas jomā.
Folija Šobrīd visizplatītākais tenzometru veids ir tenzometri, pateicoties to augstajām metroloģiskajām īpašībām un ražotspējai. Tas ir iespējams, pateicoties fotolitogrāfijas tehnoloģijai to izgatavošanai. Modernā tehnoloģija ļauj izgatavot atsevišķus tenzometrus ar 0,3 mm bāzi, īpašas tenzometru ligzdas un tenzometru ķēdes ar plašu darba temperatūras diapazonu no -240 līdz +1100 ºС atkarībā no mērrežģa materiālu īpašībām.
Slodzes elementu priekšrocības un trūkumi
Spriedzes mērinstrumenti tiek plaši izmantoti to īpašību dēļ:
- Iespēja izveidot monolītu savienojumu starp deformācijas mērītāju un izmeklējamo apstrādājamo detaļu;
- Mazs mērīšanas elementa biezums, kas nodrošina augstu mērījumu precizitāti ar 1-3 % kļūdu;
- viegla montāža gan uz līdzenas, gan izliektas virsmas;
- spēja mērīt dinamiskās deformācijas ar frekvenci līdz 50 000 Hz;
- spēja veikt mērījumus sarežģītos vides apstākļos temperatūras diapazonā no -240 līdz +1100˚C;
- Iespēja vienlaicīgi mērīt parametrus daudzos detaļu punktos;
- iespēja mērīt deformācijas objektiem, kas atrodas lielā attālumā no deformācijas mērīšanas sistēmām;
- deformācijas mērīšanas iespēja kustīgās (rotējošās) daļās.
Trūkumi ir šādi:
- meteoroloģisko apstākļu (temperatūras un mitruma) ietekme uz sensoru jutību;
- nenozīmīgas mērīšanas elementu pretestības izmaiņas (aptuveni 1%) prasa izmantot signāla pastiprinātājus.
- Ja tenzometri darbojas augstas temperatūras vai agresīvā vidē, to aizsardzībai ir nepieciešami īpaši pasākumi.
Pamata pieslēguma diagrammas
Aplūkosim piemēru par slodzes elementu pieslēgšanu sadzīves vai rūpnieciskajiem svariem. Standarta svaru slodzes elementam ir četri dažādas krāsas vadi: divas ieejas ir barošanas avots (+Ex, -Ex), pārējās divas ir mērījumu izejas (+Sig, -Sig). Ir arī varianti ar pieciem vadiem, kur papildu vads kalpo kā ekrans visiem pārējiem vadiem. Sijas tipa slodzes elementa darbība ir diezgan vienkārša. Ievadiem tiek pievadīta strāva, un spriegums tiek ņemts no izejām. Sprieguma lielums ir atkarīgs no slodzes, kas pielikta mērīšanas sensoram.
Ja vadu garums no slodzes elementa līdz ADC blokam ir ievērojams, tad pašu vadu pretestība ietekmēs skalas rādījumus. Šādā gadījumā ir ieteicams pievienot atgriezeniskās saites ķēdi, kas kompensē sprieguma kritumu, koriģējot mērīšanas ķēdē ievadīto svina pretestības kļūdu. Šādā gadījumā elektroinstalācijas shēmā būs trīs vadu pāri: barošanas, mērīšanas un zudumu kompensācijas.
Spriedzes mērierīču pielietojuma piemēri
- Svaru konstrukcijas sastāvdaļa.
- Deformācijas spēku mērīšana metāla formēšanā kalšanas presēs un velmētavās.
- Būvkonstrukciju un būvkonstrukciju sprieguma un deformācijas stāvokļu uzraudzība to montāžas un ekspluatācijas laikā.
- No karstumizturīga leģēta tērauda izgatavoti augstas temperatūras sensori metalurģijas rūpnīcām.
- ar nerūsējošā tērauda elastīgo elementu mērījumiem ķīmiski agresīvā vidē.
- Spiediena mērīšanai naftas un gāzes cauruļvados.
Slodzes elementu vienkāršība, ērtums un apstrādājamība ir galvenie faktori to turpmākai aktīvai ieviešanai gan metroloģiskajos procesos, gan izmantošanai ikdienā kā sadzīves ierīču mērinstrumentiem.
Saistītie raksti:
