"Natančnost je vljudnost kraljev!" Danes se pomen tega srednjeveškega francoskega aforizma samo še povečuje. Instrumenti, ki temeljijo na merilnikih napetosti, se vedno bolj uporabljajo za natančne merilne izračune v proizvodnji in vsakdanjem življenju.
Vsebina
Kaj je merilnik napetosti in čemu so merilniki napetosti?
Merilnik napetosti (iz latinščine tensus - napet) je metoda in tehnika za merjenje napetostno-deformacijskega stanja merjenega predmeta ali konstrukcije. Dejstvo je, da mehanske napetosti ni mogoče neposredno izmeriti, zato je naloga meriti deformacijo predmeta in izračunati napetost s posebnimi tehnikami, ki upoštevajo fizikalne lastnosti materiala.
Merilniki napetosti temeljijo na deformacijskem učinku, ki je lastnost trdnih materialov, da spreminjajo svojo odpornost pri različnih deformacijah. Merilniki napetosti so naprave, ki merijo elastično deformacijo trdnega telesa in njeno vrednost pretvorijo v električni signal.Ta proces se zgodi, ko se upor vodnika senzorja spremeni, ko se razteza in stiska. So osrednji element v napravah za merjenje napetosti trdnih snovi (npr. delov strojev, konstrukcij, zgradb).
Zasnova in princip delovanja
Merilnik napetosti je sestavljen iz merilnika napetosti, opremljenega s posebnimi kontakti, ki so pritrjeni na sprednji del merilne plošče. V procesu merjenja se občutljivi kontakti plošče dotikajo predmeta. Pride do njihove deformacije, ki se izmeri in pretvori v električni signal, ki se posreduje obdelovalnim in prikazovalnim elementom izmerjene vrednosti senzorja merilnika napetosti.
Glede na obseg funkcionalne uporabe se senzorji razlikujejo tako po vrstah kot po vrstah izmerjenih vrednosti. Pomemben dejavnik je zahtevana natančnost meritev. Merilna celica tovorne tehtnice na izhodu iz pekarne se na primer nikakor ne ujema z elektronsko lekarniško tehtnico, kjer je pomembna vsaka stotinka grama.
Oglejmo si podrobneje vrste in vrste sodobnih merilnikov napetosti.
Senzorji navora
Senzorji navora so zasnovani za merjenje navora na vrtečih se delih sistemov, kot je ročična gred motorja ali volanski drog. Senzorji navora lahko določijo statični in dinamični navor na kontaktni ali brezkontaktni (telemetrični) način.
Tehtalne celice nosilca, konzole in roba
Te vrste senzorjev običajno temeljijo na paralelogramski zasnovi z integriranim upogibnim elementom za visoko občutljivost in linearnost meritev. Merilniki napetosti v njih so pritrjeni na občutljivih delih elastičnega elementa senzorja in povezani po shemi polnega mostu.
Strukturno ima merilnik napetosti nosilca posebne luknje za neenakomerno porazdelitev obremenitve in zaznavanje tlačnih in nateznih deformacij.Za največji učinek so merilniki napetosti strogo usmerjeni na površino žarka na najtanjšem mestu s posebnimi oznakami. Zelo natančni in zanesljivi senzorji te vrste se uporabljajo za ustvarjanje večsenzorskih merilnih sistemov v tehtnicah na ploščadi ali lijaku. Svojo uporabo so našli tudi v tehtnih dozirnikih, pakirnicah za razsute in tekoče izdelke, merilnikih napetosti kablov in drugih merilnikih obremenitev.
Natezne in tlačne merilne celice
Natezne in kompresijske tehtalne celice so običajno v obliki črke S, izdelane iz aluminija in nerjavečega jekla. Zasnovan za vsipne tehtnice in tehtnice z merilnim območjem od 0,2 do 20 ton. Natezne in kompresijske tehtalne celice v obliki črke S se lahko uporabljajo v strojih za proizvodnjo kablov, tkanin in vlaken za nadzor natezne sile teh materialov.
Žični in folijski merilniki napetosti
Žično Merilniki napetosti so izdelani v obliki spirale iz žice majhnega premera in so pritrjeni na elastični element ali preiskovani del s pomočjo lepila. Njihove značilnosti so:
- enostavnost izdelave;
- linearna odvisnost od deformacije;
- majhne dimenzije in cena.
Od pomanjkljivosti upoštevajte nizko občutljivost, vpliv temperature in vlažnosti okolja na napako merjenja, možnost uporabe samo na področju elastične deformacije.
Folija merilniki napetosti so trenutno najpogostejši tip merilnikov napetosti zaradi svojih visokih meroslovnih lastnosti in možnosti izdelave. To je postalo dostopno zaradi fotolitografske tehnologije njihove izdelave. Napredna tehnologija omogoča izdelavo enojnih merilnikov napetosti z osnovo 0,3 mm, specializiranih nastavkov za merilnike napetosti in verig merilnikov napetosti s širokim temperaturnim območjem delovanja od -240 do +1100 ºС, odvisno od lastnosti materialov merilnika. mreža.
Prednosti in slabosti tehtalnih celic
Merilniki napetosti se pogosto uporabljajo zaradi svojih lastnosti:
- možnost monolitne povezave merilnika napetosti s proučevanim delom;
- majhna debelina merilnega elementa, ki zagotavlja visoko natančnost meritev z napako 1-3%;
- priročnost montaže, tako na ravne kot na ukrivljene površine;
- sposobnost merjenja dinamičnih deformacij, ki se spreminjajo s frekvenco do 50000 Hz;
- možnost meritev v težkih okoljskih pogojih v temperaturnem območju od -240 do +1100˚C;
- Možnost hkratnega merjenja parametrov v več točkah delov;
- možnost merjenja deformacij objektov, ki se nahajajo na velikih razdaljah od sistemov za merjenje deformacij;
- možnost merjenja deformacij v gibljivih (rotacijskih) delih.
Od pomanjkljivosti je treba opozoriti:
- vpliv meteoroloških pogojev (temperatura in vlaga) na občutljivost senzorjev;
- majhne spremembe upora merilnih elementov (približno 1%) zahtevajo uporabo ojačevalnikov signala.
- Kadar merilniki napetosti delujejo v visokotemperaturnem ali korozivnem okolju, so potrebni posebni ukrepi za njihovo zaščito.
Osnovni povezovalni diagrami
Oglejmo si primer povezave merilnikov napetosti z domačimi ali industrijskimi tehtnicami. Standardna merilna celica za tehtnice ima štiri različno obarvane žice: dva vhoda sta napajalna (+Ex, -Ex), druga dva sta merilna izhoda (+Sig, -Sig). Obstajajo tudi variante s petimi žicami, kjer dodatna žica služi kot oklop za vse ostale. Bistvo žarkovnega tipala za merjenje teže je povsem preprosto. Napajanje se napaja na vhodih, napetost pa se jemlje na izhodih. Velikost napetosti je odvisna od obremenitve merilnega senzorja.
Če je dolžina žic od tehtalne celice do enote ADC velika, bo upor žic samih vplival na odčitavanje tehtnice. V tem primeru je priporočljivo dodati povratno vezje, ki kompenzira padec napetosti tako, da popravi napako zaradi upora žic, vpeljanih v merilno vezje. V tem primeru bo shema ožičenja imela tri pare žic: moč, merjenje in kompenzacijo izgube.
Primeri uporabe senzorjev merilnika napetosti
- Sestavni del konstrukcije lestvic.
- merjenje deformacijskih sil pri preoblikovanju kovin na kovaških stiskalnicah in valjarnah.
- Spremljanje napetostno-deformacijskih stanj gradbenih konstrukcij in konstrukcij med njihovo postavitvijo in obratovanjem.
- Visokotemperaturni senzorji iz toplotno odpornega legiranega jekla za metalurške obrate.
- z elastičnim elementom iz nerjavečega jekla za meritve v kemično agresivnih okoljih.
- za merjenje tlaka v naftovodih in plinovodih.
Enostavnost, priročnost in izdelljivost tehtalnih celic so glavni dejavniki za njihovo nadaljnjo aktivno uporabo, tako v meroslovnih procesih kot pri uporabi v vsakdanjem življenju kot merilnih elementov gospodinjskih aparatov.
Povezani članki:
