"Dokładność - uprzejmość królów!" W naszych czasach znaczenie tego średniowiecznego francuskiego aforyzmu rośnie. Do wykonywania dokładnych obliczeń pomiarowych w produkcji iw życiu codziennym coraz częściej stosuje się urządzenia oparte na tensometrach.
Zawartość
Co to jest tensometr i do czego służą tensometry?
Tensometria (z łac. tensus - stressed) to metoda i technika pomiaru stanu naprężenie-odkształcenie mierzonego obiektu lub konstrukcji. Faktem jest, że nie można bezpośrednio zmierzyć naprężenia mechanicznego, dlatego zadaniem jest zmierzenie odkształcenia obiektu i obliczenie naprężenia za pomocą specjalnych technik, które uwzględniają właściwości fizyczne materiału.
Praca tensometrów opiera się na efekcie odkształcenia - jest to właściwość materiałów stałych do zmiany wytrzymałości przy różnych odkształceniach. Czujniki tensometryczne to urządzenia, które mierzą odkształcenie sprężyste ciała stałego i przekształcają jego wartość na sygnał elektryczny. Proces ten zachodzi, gdy rezystancja przewodnika czujnika zmienia się podczas rozciągania i ściskania. Są głównym elementem w przyrządach do pomiaru deformacji ciał stałych (np. części maszyn, konstrukcji, budynków).
Urządzenie i zasada działania
Podstawą tensometru jest tensometr wyposażony w specjalne styki mocowane z przodu panelu pomiarowego. Podczas pomiaru wrażliwe styki panelu stykają się z obiektem. Następuje ich odkształcenie, które jest mierzone i przetwarzane na sygnał elektryczny przekazywany do elementów przetwarzających i wyświetlających mierzoną wartość tensometru.
W zależności od zakresu funkcjonalnego zastosowania czujniki różnią się zarówno rodzajem, jak i rodzajem mierzonych wielkości. Ważnym czynnikiem jest wymagana dokładność pomiaru. Na przykład czujnik tensometryczny na wyjściu z piekarni absolutnie nie nadaje się do elektronicznych wag farmaceutycznych, gdzie ważna jest każda setna grama.
Rozważmy bardziej szczegółowo typy i typy nowoczesnych tensometrów.
Czujniki momentu obrotowego
Czujniki momentu obrotowego są przeznaczone do pomiaru momentu obrotowego na wirujących częściach układów, takich jak wał korbowy silnika czy kolumna kierownicy.Tensometry momentu obrotowego mogą określać zarówno statyczny, jak i dynamiczny moment obrotowy metodą stykową lub bezkontaktową (telemetryczną).
Czujniki obciążenia belki, wspornika i krawędzi
Przetworniki tego typu są zwykle wykonane w oparciu o konstrukcję równoległoboku z wbudowanym elementem zginającym dla wysokiej czułości i liniowości pomiarów. Tensometry w nich są mocowane na wrażliwych obszarach elastycznego elementu czujnika i są połączone zgodnie z pełnym schematem mostka.
Strukturalnie, belka obciążnikowa ma specjalne otwory do nierównomiernego rozkładu obciążenia i wykrywania odkształceń ściskających i rozciągających. Aby uzyskać maksymalny efekt, tensometry są ściśle zorientowane za pomocą specjalnych oznaczeń na powierzchni belki w jej najcieńszym punkcie. Bardzo dokładne i niezawodne czujniki tego typu są wykorzystywane do tworzenia wieloczujnikowych systemów pomiarowych w wagach platformowych lub bunkrowych. Znalazły swoje zastosowanie w dozownikach wagowych, pakowarkach produktów sypkich i płynnych, miernikach napięcia kabli i innych miernikach obciążenia mocy.
Czujniki siły rozciągania i ściskania
Tensometry rozciągające i ściskające mają zwykle kształt litery S, są wykonane z aluminium i stopowej stali nierdzewnej. Przeznaczony do wag bunkrowych i dozowników o zakresie pomiarowym od 0,2 do 20 ton. Siłowniki rozciągające i ściskające w kształcie litery S mogą być stosowane w maszynach do kabli, tkanin i włókien w celu kontrolowania siły rozciągającej tych materiałów.
Tensometry drutowe i foliowe
Drut tensometry są wykonane w formie spirali z drutu o małej średnicy i mocowane na kleju na elastycznym elemencie lub badanej części.Wyróżniają się:
- łatwość produkcji;
- liniowa zależność od odkształcenia;
- mały rozmiar i cena.
Wśród niedociągnięć zauważa się niską czułość, wpływ temperatury i wilgotności otoczenia na błąd pomiaru, możliwość zastosowania tylko w zakresie odkształceń sprężystych.
folia tensometry są obecnie najpopularniejszym typem tensometrów ze względu na ich wysokie właściwości metrologiczne i możliwości produkcyjne. Stało się to dostępne dzięki fotolitograficznej technologii ich wytwarzania. Zaawansowana technologia umożliwia uzyskanie pojedynczych tensometrów o podstawie 0,3 mm, specjalistycznych gniazd tensometrów oraz łańcuchów tensometrów o szerokim zakresie temperatur pracy od -240 do +1100 ºС, w zależności od właściwości materiałów siatki pomiarowej.
Zalety i wady tensometrów
Tensometry są szeroko stosowane ze względu na swoje właściwości:
- możliwość monolitycznego połączenia tensometru z badaną częścią;
- mała grubość elementu pomiarowego, co zapewnia wysoką dokładność pomiaru z błędem 1-3%;
- łatwość zapinania, zarówno na płaskich, jak i zakrzywionych powierzchniach;
- możliwość pomiaru odkształceń dynamicznych zmieniających się z częstotliwością do 50 000 Hz;
- możliwość wykonywania pomiarów w trudnych warunkach środowiskowych w zakresie temperatur od -240 do +1100˚С;
- możliwość pomiaru parametrów jednocześnie w wielu punktach części;
- możliwość pomiaru odkształceń obiektów znajdujących się w dużych odległościach od układów tensometrycznych;
- możliwość pomiaru odkształceń części ruchomych (wirujących).
Z niedociągnięć należy zauważyć:
- wpływ warunków atmosferycznych (temperatury i wilgotności) na czułość czujników;
- nieznaczne zmiany rezystancji elementów pomiarowych (około 1%) wymagają zastosowania wzmacniaczy sygnału.
- gdy tensometry działają w środowisku o wysokiej temperaturze lub agresywnym, wymagane są specjalne środki w celu ich ochrony.
Podstawowe schematy połączeń
Rozważmy to na przykładzie podłączenia tensometrów do wagi domowej lub przemysłowej. Standardowy czujnik wagowy do wag posiada cztery wielokolorowe przewody: dwa wejścia to zasilanie (+Ex, -Ex), pozostałe dwa to wyjścia pomiarowe (+Sig, -Sig). Istnieją również opcje z pięcioma przewodami, gdzie dodatkowy przewód służy jako ekran dla wszystkich pozostałych. Istota pracy czujnika wagowego typu belkowego jest dość prosta. Na wejścia podawane jest zasilanie, a na wyjściach jest odłączane napięcie. Wartość napięcia zależy od obciążenia czujnika pomiarowego.
Jeśli długość przewodów od ogniwa obciążnikowego do modułu ADC jest znaczna, to rezystancja samych przewodów wpłynie na odczyt wagi. W takim przypadku wskazane jest dodanie obwodu sprzężenia zwrotnego, który kompensuje spadek napięcia poprzez korekcję błędu z rezystancji przewodów wprowadzonych do obwodu pomiarowego. W takim przypadku schemat połączeń będzie miał trzy pary przewodów: moc, pomiar i kompensację strat.
Przykłady zastosowań tensometrów
- element ważący.
- pomiar sił odkształceniowych w obróbce metali metodą docisku na prasach tłoczących i walcarkach.
- monitorowanie stanów naprężeń i odkształceń konstrukcji budowlanych i konstrukcji podczas ich wznoszenia i eksploatacji.
- czujniki wysokotemperaturowe wykonane z żaroodpornej stali stopowej dla przedsiębiorstw hutniczych.
- z elastycznym elementem ze stali nierdzewnej do pomiarów w środowiskach agresywnych chemicznie.
- do pomiaru ciśnienia w rurociągach naftowych i gazowych.
Prostota, wygoda i wykonalność tensometrów są głównymi czynnikami ich dalszego aktywnego wdrażania, zarówno w procesach metrologicznych, jak i w życiu codziennym jako elementy pomiarowe sprzętu AGD.
Podobne artykuły:
