Основи на измерванията на деформацията

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





Деформаторът е един от най-полезните инструменти за прецизно измерване на разширението или свиването на материала при прилагане на сили. Деформаторите са полезни и за косвено измерване на приложените сили, ако са подравнени приблизително линейно с деформацията на материала.

Какво представляват тензодатчиците

Деформационните датчици са сензори, чието електрическо съпротивление варира пропорционално на количеството деформация (деформация на материал).



Идеалният тензодатчик би променил съпротивлението си пропорционално на надлъжното напрежение на повърхността, към която е прикрепен сензорът.

Съществуват обаче и други фактори, които могат да повлияят на устойчивостта, като температура, свойства на материала и лепилото, което свързва габарита с материала.



Деформатометърът се състои от паралелна решетка от много фина метална тел или фолио, залепена към напрегнатата повърхност от тънък изолиран слой епоксидна смола. Когато залепеният материал се напряга, напрежението се предава през лепилото. Формата на мрежата е проектирана по модел, който осигурява максимална промяна на съпротивлението за единица площ.

Как да изберете тензодатчик

При избора на тензодатчик за приложение, трите основни съображения са работната температура, естеството на деформацията, която трябва да бъде открита, и изискванията за стабилност.

Тъй като тензодатчикът е монтиран към напрегната повърхност, важно е манометърът да бъде напрегнат еднакво с повърхността. Адхезивният материал трябва да бъде подбран внимателно, за да се предаде деформацията към сензора надеждно в широк температурен диапазон и други условия.

Стойността на съпротивлението на датчика на деформация варира в зависимост от приложената деформация според: промяна в R / R = S, където R е съпротивлението, e е деформацията и S е коефициентът на деформация на деформация. За габаритите от метално фолио коефициентът на чувствителност към деформация е около 2.

Инкрементите на деформация обикновено са по-малки от 0,005 инча / инч и често се изразяват в микродеформационни единици. От формулата се вижда, че съпротивлението на тензодатчика ще се промени в много малки количества с даденото напрежение, от порядъка на 0,1%.

Тогава от този резистор може да се отчете отчитане на напрежението по миливолта на волт (mV / V), за да се осигури измервателната стойност за деформация.

Съотношението на Поасон е мярка за изтъняване и удължаване, което се случва в материала, когато е деформиран. Ако например се приложи сила на опън върху резистивен проводник, телта ще стане малко по-дълга и в същото време ще стане по-тънка. Това съотношение на тези два щама е съотношението на Поасон.

Това е основният принцип зад измерванията на тензометрия, тъй като съпротивлението на проводника ще се увеличи пропорционално поради ефекта на Поасон.

Как да измерваме точно изхода на тензодатчика

За точно измерване на малка промяна в съпротивлението, тензометрите почти винаги се намират в мостова конфигурация с източник на възбуждане на напрежение.

Мостът Wheatstone обикновено се използва, както е показано на диаграмата. Мостът е балансиран, когато съотношенията на резисторите са равни от двете страни или R1 / R2 = R4 / R3. Очевидно изходното напрежение е нула при това условие.

Тъй като деформационното съпротивление (Rg) се променя, изходното напрежение (Vout) се променя с няколко миливолта и след това напрежението се усилва от диференциален усилвател, за да се върне четивна стойност.

Тази схема на Wheatstone е подходяща и за компенсация на температурата - почти може да елиминира въздействието на температурата. Понякога измервателният материал е проектиран да компенсира топлинното разширение, но това не премахва напълно термичната чувствителност.

За да се постигне по-добра термична компенсация, резистор като R3 може да бъде заменен с подобен тензодатчик. Това би довело до отмяна на температурните ефекти.

Всъщност и четирите резистора могат да бъдат заменени от сензори за деформация за максимална стабилност на температурата. Две от тях (R1 и R3) могат да бъдат настроени за измерване на компресията, докато другите две (R2 и R4) са настроени за измерване на напрежението.

Това не само ще компенсира температурата, но също така увеличава чувствителността с фактор четири. Уредът с електрически съпротивляващи елементи е най-често срещаният тип сензор за измерване на деформация, тъй като притежава предимствата на по-ниската цена като добре установена.

Те се предлагат в малки размери и са само умерено повлияни от температурни промени, като едновременно се постига грешка по-малка от +/- 0,10%. Свързаните деформационни манометри също са силно чувствителни и могат да се използват както за статично, така и за динамично деформация.

Има обаче и други видове, налични за определени приложения, като пиезо-резистивни, въглерод-резистивни, полупроводими, акустични, оптични и индуктивни.

Има дори сензори за деформация, базирани на кондензаторна верига.




Предишна: Най-евтината SMPS схема, използваща MJE13005 Напред: Използвайте компютъра си като осцилоскоп