"Noggrannhet är kungarnas artighet!" Denna franska medeltida aforism har blivit alltmer aktuell. Instrument baserade på töjningsmätare används allt oftare för exakta mätningar inom industrin och i privata hushåll.
Innehåll
Vad är teknik för töjningsmätare och vad används belastningsceller till?
Töjningsmätare (från latinets tensus - spänd) är en metod och teknik för att mäta spännings- och töjningstillståndet hos det uppmätta objektet eller den uppmätta strukturen. Poängen är att det är omöjligt att mäta den mekaniska spänningen direkt, så uppgiften är att mäta objektets deformation och beräkna spänningen med hjälp av speciella tekniker som tar hänsyn till materialets fysikaliska egenskaper.
Töjningsmätare bygger på töjningseffekten, som är egenskapen hos fasta material att ändra sin motståndskraft under olika deformationer. Töjningsmätare är anordningar som mäter den elastiska deformationen av en fast kropp och omvandlar den till en elektrisk signal. Denna process sker genom att sensorns motstånd ändras när ledaren sträcks och trycks ihop. De är en central del i apparater för att mäta spänningar i fasta material (t.ex. maskindelar, konstruktioner, byggnader).
Utformning och funktionssätt
Kärnan i töjningsmätaren är en töjningsmätare med speciella kontakter som är fästade på mätcellens framsida. Under mätningen rör de känsliga kontakterna på panelen vid föremålet. Denna belastning mäts och omvandlas till en elektrisk signal som överförs till bearbetnings- och visningselementen i belastningsmätaren.
Beroende på användningsområdet skiljer sig sensorerna åt både i typ och typ av mätvärde. En viktig faktor är den mätnoggrannhet som krävs. Lastcellen på en lastbilsvåg i ett bageri är till exempel ingen match för en elektronisk apoteksvåg, där varje hundradels gram är viktigt.
Låt oss ta en närmare titt på de olika typerna av moderna töjningsmätare.
Vridmomentgivare
Momentgivare är utformade för att mäta vridmomentet på roterande delar, t.ex. vevaxeln i en motor eller rattstången. Vridmomentgivare kan bestämma både statiska och dynamiska vridmoment med eller utan kontakt (telemetriskt).
Belastningsceller av balk-, krag- och kanttyp.
Dessa typer av sensorer är vanligtvis baserade på en parallellogramkonstruktion med ett integrerat böjningselement för hög känslighet och linjäritet i mätningen. Töjningsmätarna är fästa vid de känsliga delarna av sensorns elastiska element och anslutna i ett fullständigt bryggarrangemang.
Konstruktionsmässigt har balksträckningsmätaren speciella hål för ojämn belastningsfördelning och för att upptäcka tryck- och dragspänningar. För maximal effekt orienteras töjningsmätarna strikt mot balkens yta på dess tunnaste punkt med hjälp av särskilda markeringar. Mycket exakta och tillförlitliga lastceller av den här typen används för att bygga mätsystem med flera sensorer i plattforms- eller trattvågar. De används också i doseringsvågar, bulk- och vätskefyllare, kabelspänningsmätare och andra lastceller.
Belastningsceller för drag- och tryckbelastning
Drag- och tryckbelastningsceller är i allmänhet S-formade och tillverkade av aluminium eller rostfritt stål. Utformad för vågar och doseringsmaskiner med ett mätområde på 0,2 till 20 ton. Belastningsceller för drag- och tryckbelastning av S-typ kan användas i maskiner för kabel-, tyg- och fibertillverkning för att övervaka dragkraften i dessa material.
Tråd- och folietöjningsmätare
Trådlindad De är tillverkade i form av rullar av tråd med liten diameter och fästs på det elastiska elementet eller arbetsstycket som ska provas med hjälp av lim. Deras egenskaper är:
- Lätt att tillverka;
- linjärt beroende av belastning;
- Små dimensioner och litet pris.
Nackdelarna är låg känslighet, temperaturens och fuktighetens inverkan på mätfelet och möjligheten att endast använda dem inom området elastisk deformation.
Folie De är för närvarande den vanligaste typen av töjningsmätare på grund av sina höga metrologiska egenskaper och sin tillverkningsbarhet. Detta är möjligt tack vare den fotolitografiska tekniken för deras tillverkning. Med hjälp av den senaste tekniken kan man tillverka enstaka töjningsmätare med 0,3 mm bas, speciella töjningsmätaruttag och töjningsmätarkedjor med ett brett drifttemperaturområde från -240 till +1100 °C, beroende på mätgitterets materialegenskaper.
Fördelar och nackdelar med lastceller
Töjningsmätare används ofta på grund av deras egenskaper:
- Möjligheten till en monolitisk förbindelse mellan töjningsmätaren och det undersökta arbetsstycket;
- Mätelementets lilla tjocklek, vilket möjliggör hög noggrannhet i mätningarna med ett fel på 1-3 %;
- Enkel montering, både på plana och böjda ytor;
- Möjligheten att mäta dynamiska deformationer med en frekvens på upp till 50 000 Hz;
- Möjligheten att mäta under svåra miljöförhållanden i temperaturområdet från -240 till +1100˚C;
- Möjlighet att mäta parametrar samtidigt på många ställen på delarna;
- Möjlighet att mäta deformationer hos föremål som befinner sig på stora avstånd från töjningsmätningssystem;
- Möjlighet att mäta belastning i rörliga (roterande) delar.
Nackdelarna är:
- Påverkan av meteorologiska förhållanden (temperatur och fuktighet) på sensorernas känslighet;
- obetydliga resistansförändringar hos mätelementen (ca 1 %) kräver användning av signalförstärkare.
- När töjningsmätare används i höga temperaturer eller aggressiva miljöer krävs särskilda åtgärder för att skydda dem.
Grundläggande anslutningsscheman
Låt oss betrakta detta med ett exempel på töjningsmätare som är anslutna till hushålls- eller industriella vågar. Standardlastcellen för vågar har fyra olika färgade ledningar: två ingångar är strömförsörjning (+Ex, -Ex), de andra två är mätutgångar (+Sig, -Sig). Det finns också varianter med fem trådar, där ytterligare en tråd fungerar som en sköld för alla andra trådar. En lastcell av balktyp fungerar ganska enkelt. Strömmen tillförs ingångarna och spänningen tas från utgångarna. Storleken på spänningen beror på den belastning som appliceras på mätgivaren.
Om ledningslängden från lastcellen till ADC-enheten är betydande kommer ledningens motstånd att påverka skalans avläsning. I detta fall är det lämpligt att lägga till en återkopplingskrets som kompenserar för spänningsfallet genom att korrigera för det fel i ledningsmotståndet som förs in i mätkretsen. I det här fallet kommer kopplingsschemat att ha tre par ledningar: matning, mätning och förlustkompensation.
Exempel på tillämpningar av töjningsmätare
- En komponent i konstruktionen av skalor.
- Mätning av deformationskrafter vid metallformning i smidespressar och valsverk.
- Övervakning av spänningar och töjningar i byggnadsstrukturer och konstruktioner under uppförandet och driften.
- Hög temperaturgivare av värmebeständigt legerat stål för metallurgiska anläggningar.
- med elastiskt element av rostfritt stål för mätningar i kemiskt aggressiva miljöer.
- För tryckmätning i olje- och gasledningar.
Lastcellernas enkelhet, bekvämlighet och processbarhet är de viktigaste faktorerna för deras fortsatta aktiva användning, både i metrologiska processer och i vardagen som mätelement i hushållsapparater.
Relaterade artiklar:
