"Nauwkeurigheid is de beleefdheid van koningen!" Tegenwoordig wordt dit middeleeuwse Franse aforisme alleen maar relevanter. Instrumenten op basis van rekstrooktechnologie worden steeds meer gebruikt voor nauwkeurige meettaken in de industrie en in particuliere huishoudens.
Inhoud
Wat is rekstrooktechnologie en waarvoor dienen load cells?
Een spanningsmeter (van Latijn tensus - gespannen) is een methode en techniek voor het meten van de spanning-rekstoestand van het gemeten voorwerp of de gemeten structuur. Het punt is dat het onmogelijk is de mechanische spanning rechtstreeks te meten, zodat de taak erin bestaat de vervorming van het voorwerp te meten en de spanning te berekenen met behulp van speciale technieken die rekening houden met de fysische eigenschappen van het materiaal.
Rekstrookjes zijn gebaseerd op het vervormingseffect, d.w.z. de eigenschap van vaste materialen om hun weerstand te veranderen onder verschillende vervormingen. Rekstrookmeters zijn toestellen die de elastische vervorming van een vast lichaam meten en deze omzetten in een elektrisch signaal. Dit proces treedt op wanneer de weerstand van de geleider van de sensor verandert naarmate hij wordt uitgerekt en samengedrukt. Zij vormen een kernelement in toestellen voor het meten van spanningen in vaste stoffen (b.v. machineonderdelen, constructies, gebouwen).
Ontwerp en werkingsprincipe
Het hart van de rekstrook is een rekstrook, voorzien van speciale contacten die aan de voorzijde van de meetcel zijn bevestigd. Tijdens het meetproces raken de gevoelige contacten op het paneel het voorwerp. Deze rek wordt gemeten en omgezet in een elektrisch signaal dat wordt doorgegeven aan de verwerkings- en weergave-elementen van de spanningsmeter.
Afhankelijk van het functionele toepassingsgebied verschillen de sensoren zowel in type als in het soort gemeten waarde. Een belangrijke factor is de vereiste meetnauwkeurigheid. Zo is de weegcel van een weegbrug bij een bakkerij absoluut niet opgewassen tegen een elektronische weegschaal in de apotheek, waar elke honderdste gram van belang is.
Laten we eens nader kijken naar de soorten en types moderne rekstrookjes.
Koppelsensoren
Koppelsensoren zijn ontworpen om het koppel te meten van roterende delen zoals de krukas van een motor of de stuurkolom. Koppelsensoren kunnen zowel statische als dynamische koppels op contactloze of contactloze (telemetrische) wijze bepalen.
Belastingcellen van het balk-, cantilever- en kanttype
Deze typen sensoren zijn gewoonlijk gebaseerd op een parallellogramontwerp met een geïntegreerd buigelement voor een hoge gevoeligheid en lineariteit van de meting. De rekstrookjes zijn bevestigd aan de gevoelige delen van het elastische element van de sensor en verbonden in een volledige brugopstelling.
Structureel heeft de rekstrook van de ligger speciale gaten voor ongelijkmatige verdeling van de belasting en detectie van druk- en trekspanningen. Voor een maximaal effect worden de rekstrookjes strikt georiënteerd op het oppervlak van de balk op het dunste punt met behulp van speciale markeringen. Zeer nauwkeurige en betrouwbare load cells van dit type worden gebruikt om multi-sensor meetsystemen te bouwen in platform- of trechterweegschalen. Zij worden ook gebruikt in doseerwegers, bulk- en vloeistofvullers, kabelspanningsmeters en andere load cells.
Trek- en drukkrachtcellen
Trek- en drukbelastingscellen zijn in het algemeen S-vormig, vervaardigd van aluminium of roestvrij staal. Ontworpen voor trechterweegschalen en doseermachines met een meetbereik van 0,2 tot 20 ton. Trek- en drukkrachtcellen van het S-type kunnen worden gebruikt in machines voor de productie van kabels, weefsels en vezels om de trekkracht van deze materialen te controleren.
Draad- en folie rekstrookjes
Draadgebonden Wielgewonden rekstrookjes zijn gemaakt in de vorm van spoelen draad met een kleine diameter en worden met behulp van kleefstof aan het elastische element of het te testen werkstuk bevestigd. Hun kenmerken zijn:
- gemak van fabricage;
- lineaire deformatie-afhankelijkheid;
- Kleine afmetingen en prijs.
De nadelen zijn de lage gevoeligheid, de invloed van temperatuur en vochtigheid op de meetfout, de mogelijkheid van toepassing alleen op het gebied van elastische vervorming.
Folie rekstrookjes zijn momenteel het meest gangbare type rekstrookje vanwege hun hoge metrologische kwaliteiten en hun maakbaarheid. Dit wordt mogelijk gemaakt door de fotolithografische technologie voor de vervaardiging ervan. Een ultramoderne technologie maakt de fabricage mogelijk van enkelvoudige rekstrookjes met een basis van 0,3 mm, speciale rekstrookjes en rekstrookjeskettingen met een breed bedrijfstemperatuurbereik van -240 tot +1100 ºС, afhankelijk van de materiaaleigenschappen van het meetrooster.
Voor- en nadelen van krachtopnemers
Rekstrookjes worden veel gebruikt vanwege hun eigenschappen:
- De mogelijkheid van een monolithische verbinding tussen de spanningsmeter en het te onderzoeken werkstuk;
- Kleine dikte van het meetelement, waardoor een hoge meetnauwkeurigheid met een fout van 1-3 % mogelijk is;
- eenvoudige montage, zowel op vlakke als gebogen oppervlakken;
- de mogelijkheid om dynamische vervormingen met een frequentie tot 50.000 Hz te meten;
- de mogelijkheid om te meten in moeilijke omgevingsomstandigheden in het temperatuurbereik van -240 tot +1100˚C;
- Mogelijkheid om parameters gelijktijdig te meten op vele punten van de onderdelen;
- mogelijkheid om vervormingen te meten van voorwerpen die zich op grote afstand van rekmeetsystemen bevinden;
- mogelijkheid van spanningsmeting in bewegende (roterende) delen.
De nadelen zijn:
- de invloed van de meteorologische omstandigheden (temperatuur en vochtigheid) op de gevoeligheid van de sensoren;
- Onbeduidende weerstandsveranderingen van de meetelementen (ongeveer 1%) vereisen het gebruik van signaalversterkers.
- Wanneer rekstrookjes in een hoge temperatuur of een agressieve omgeving werken, zijn speciale maatregelen vereist voor hun bescherming.
Basis aansluitschema's
Laten wij dit beschouwen aan de hand van het voorbeeld van de aansluiting van rekstrookjes op huishoudelijke of industriële weegschalen. De standaard meetcel voor weegschalen heeft vier verschillend gekleurde draden: twee ingangen zijn de stroomvoorziening (+Ex, -Ex), de andere twee zijn de meetuitgangen (+Sig, -Sig). Er zijn ook varianten met vijf draden, waarbij een extra draad als afscherming dient voor alle andere draden. De werking van een load cell van het beam-type is vrij eenvoudig. Op de ingangen wordt stroom gezet en op de uitgangen wordt spanning afgetapt. De grootte van de spanning hangt af van de toegepaste belasting op de meetsensor.
Indien de lengte van de draad van de meetcel naar de ADC-eenheid aanzienlijk is, dan zal de weerstand van de draden zelf de aflezing van de meetschaal beïnvloeden. In dit geval is het raadzaam een terugkoppelingscircuit toe te voegen, dat de spanningsval compenseert door de in het meetcircuit geïntroduceerde fout in de afleidingsweerstand te corrigeren. In dit geval zal het bedradingsschema drie dradenparen hebben: voeding, meting en verliescompensatie.
Voorbeelden van toepassingen met rekstrookjes
- Een onderdeel in de constructie van schalen.
- Meting van de vervormingskrachten bij het vormen van metaal op smeedpersen en walserijen.
- Controle van de spanningstests van bouwstructuren en -constructies tijdens de bouw en de exploitatie.
- Hoge-temperatuursensoren van hittebestendig gelegeerd staal voor metallurgische installaties.
- met een veerkrachtig element van roestvrij staal voor metingen in chemisch agressieve omgevingen.
- Voor drukmeting in olie- en gaspijpleidingen.
Eenvoud, gebruiksgemak en verwerkbaarheid van load cells zijn de belangrijkste factoren voor de verdere actieve toepassing ervan, zowel in metrologische processen als bij gebruik in het dagelijks leven als meetelementen van huishoudelijke apparaten.
Verwante artikelen:
