"Ακρίβεια - η ευγένεια των βασιλιάδων!" Στην εποχή μας, η συνάφεια αυτού του μεσαιωνικού γαλλικού αφορισμού αυξάνεται μόνο. Για την πραγματοποίηση ακριβών υπολογισμών μέτρησης στην παραγωγή και στην καθημερινή ζωή, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο συσκευές που βασίζονται σε μετρητές καταπόνησης.
Περιεχόμενο
Τι είναι το μετρητή καταπόνησης και σε τι χρησιμεύουν οι μετρητές καταπόνησης;
Η τενσομετρία (από το λατινικό tensus - τονισμένος) είναι μια μέθοδος και τεχνική για τη μέτρηση της κατάστασης τάσης-παραμόρφωσης ενός μετρούμενου αντικειμένου ή δομής. Το γεγονός είναι ότι είναι αδύνατο να μετρηθεί άμεσα η μηχανική τάση, επομένως το καθήκον είναι να μετρηθεί η παραμόρφωση του αντικειμένου και να υπολογιστεί η τάση χρησιμοποιώντας ειδικές τεχνικές που λαμβάνουν υπόψη τις φυσικές ιδιότητες του υλικού.
Το έργο των μετρητών καταπόνησης βασίζεται στο φαινόμενο καταπόνησης - αυτή είναι η ιδιότητα των στερεών υλικών να αλλάζουν την αντίστασή τους με διάφορες παραμορφώσεις. Οι αισθητήρες μετρητή τάσης είναι συσκευές που μετρούν την ελαστική παραμόρφωση ενός στερεού σώματος και μετατρέπουν την τιμή του σε ηλεκτρικό σήμα. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει όταν η αντίσταση του αγωγού του αισθητήρα αλλάζει όταν τεντώνεται και συμπιέζεται. Αποτελούν το κύριο στοιχείο στα όργανα για τη μέτρηση της παραμόρφωσης των στερεών (για παράδειγμα, εξαρτήματα μηχανών, κατασκευές, κτίρια).
Συσκευή και αρχή λειτουργίας
Η βάση του μετρητή καταπόνησης είναι ένας μετρητής καταπόνησης εξοπλισμένος με ειδικές επαφές στερεωμένες στο μπροστινό μέρος του πίνακα μέτρησης. Κατά τη μέτρηση, οι ευαίσθητες επαφές του πίνακα βρίσκονται σε επαφή με το αντικείμενο. Εμφανίζεται η παραμόρφωσή τους, η οποία μετράται και μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα που μεταδίδεται στα στοιχεία επεξεργασίας και εμφάνισης της μετρούμενης τιμής του μετρητή τάσης.
Ανάλογα με το εύρος της λειτουργικής χρήσης, οι αισθητήρες διαφέρουν τόσο σε τύπους όσο και σε τύπους μετρούμενων μεγεθών. Ένας σημαντικός παράγοντας είναι η απαιτούμενη ακρίβεια μέτρησης. Για παράδειγμα, μια κυψέλη φόρτωσης στην έξοδο από το αρτοποιείο δεν είναι απολύτως κατάλληλη για ηλεκτρονικές φαρμακευτικές ζυγαριές, όπου κάθε εκατοστό του γραμμαρίου είναι σημαντικό.
Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τους τύπους και τους τύπους σύγχρονων μετρητών καταπόνησης.
Αισθητήρες ροπής
Οι αισθητήρες ροπής έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν τη ροπή σε περιστρεφόμενα μέρη συστημάτων όπως ο στροφαλοφόρος άξονας του κινητήρα ή η κολόνα του τιμονιού.Οι μετρητές τάσης ροπής μπορούν να προσδιορίσουν τόσο τη στατική όσο και τη δυναμική ροπή με μέθοδο επαφής ή χωρίς επαφή (τηλεμετρική).
Κυψέλες δοκού, προβόλου και ακραίων φορτίων
Αυτοί οι τύποι μορφοτροπέων κατασκευάζονται συνήθως με βάση παραλληλόγραμμο σχέδιο με ενσωματωμένο στοιχείο κάμψης για υψηλή ευαισθησία και γραμμικότητα των μετρήσεων. Οι μετρητές καταπόνησης σε αυτά στερεώνονται στις ευαίσθητες περιοχές του ελαστικού στοιχείου του αισθητήρα και συνδέονται σύμφωνα με το πλήρες σχέδιο γέφυρας.
Δομικά, το δυναμοκύτταρο δοκού έχει ειδικές οπές για ανομοιόμορφη κατανομή φορτίου και ανίχνευση θλιπτικών και εφελκυστικών παραμορφώσεων. Για να επιτευχθεί το μέγιστο αποτέλεσμα, οι μετρητές καταπόνησης είναι αυστηρά προσανατολισμένοι με ειδικά σημάδια στην επιφάνεια της δοκού στο λεπτότερο σημείο της. Αισθητήρες υψηλής ακρίβειας και αξιοπιστίας αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία συστημάτων μέτρησης πολλαπλών αισθητήρων σε κλίμακες πλατφόρμας ή αποθήκης. Βρήκαν την εφαρμογή τους στη ζύγιση παρτίδων, συσκευαστών χύμα και υγρών προϊόντων, μετρητές τάνυσης καλωδίων και άλλους μετρητές φορτίου ισχύος.
Κυψέλες εφελκυσμού και θλίψης φορτίου
Οι κυψέλες εφελκυσμού και θλίψης έχουν συνήθως σχήμα S, κατασκευασμένες από αλουμίνιο και κράμα ανοξείδωτου χάλυβα. Σχεδιασμένο για ζυγαριές bunker και batchers με εύρος μέτρησης από 0,2 έως 20 τόνους. Οι κυψέλες εφελκυσμού και θλίψης σε σχήμα S μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μηχανές καλωδίων, υφασμάτων και ινών για τον έλεγχο της δύναμης εφελκυσμού αυτών των υλικών.
Μετρητές καταπόνησης σύρματος και φύλλου
Σύρμα Οι μετρητές καταπόνησης κατασκευάζονται με τη μορφή σπείρας από σύρμα μικρής διαμέτρου και τοποθετούνται σε ένα ελαστικό στοιχείο ή εξάρτημα υπό δοκιμή με κόλλα.Διακρίνονται από:
- ευκολία κατασκευής?
- γραμμική εξάρτηση από την παραμόρφωση.
- μικρό μέγεθος και τιμή.
Μεταξύ των ελλείψεων, σημειώνεται η χαμηλή ευαισθησία, η επίδραση της θερμοκρασίας και της υγρασίας του περιβάλλοντος στο σφάλμα μέτρησης, η δυνατότητα χρήσης μόνο στον τομέα των ελαστικών παραμορφώσεων.
αλουμινόχαρτο Οι μετρητές καταπόνησης είναι επί του παρόντος ο πιο κοινός τύπος μετρητών καταπόνησης λόγω των υψηλών μετρολογικών τους ιδιοτήτων και της κατασκευαστικότητάς τους. Αυτό έγινε διαθέσιμο χάρη στη φωτολιθογραφική τεχνολογία της κατασκευής τους. Η προηγμένη τεχνολογία καθιστά δυνατή την απόκτηση μετρητών μονής τάσης με βάση 0,3 mm, εξειδικευμένες υποδοχές μετρητών καταπόνησης και αλυσίδες μετρητών καταπόνησης με μεγάλο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από -240 έως +1100 ºС, ανάλογα με τις ιδιότητες των υλικών του πλέγματος μέτρησης.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μετρητών καταπόνησης
Οι μετρητές καταπόνησης χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω των ιδιοτήτων τους:
- τη δυνατότητα μονολιθικής σύνδεσης του μετρητή καταπόνησης με το υπό μελέτη τμήμα.
- μικρό πάχος του στοιχείου μέτρησης, το οποίο εξασφαλίζει υψηλή ακρίβεια μέτρησης με σφάλμα 1-3%.
- ευκολία στερέωσης, τόσο σε επίπεδες όσο και σε καμπύλες επιφάνειες.
- τη δυνατότητα μέτρησης δυναμικών παραμορφώσεων που αλλάζουν με συχνότητα έως και 50.000 Hz.
- τη δυνατότητα διεξαγωγής μετρήσεων σε δύσκολες περιβαλλοντικές συνθήκες στο εύρος θερμοκρασίας από -240 έως +1100˚С.
- τη δυνατότητα μέτρησης παραμέτρων ταυτόχρονα σε πολλά σημεία των εξαρτημάτων.
- τη δυνατότητα μέτρησης της παραμόρφωσης αντικειμένων που βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις από συστήματα μετρητών τάσης.
- την ικανότητα μέτρησης παραμορφώσεων σε κινούμενα (περιστρεφόμενα) μέρη.
Από τις ελλείψεις, πρέπει να σημειωθεί:
- επίδραση των καιρικών συνθηκών (θερμοκρασία και υγρασία) στην ευαισθησία των αισθητήρων.
- ασήμαντες αλλαγές στην αντίσταση των στοιχείων μέτρησης (περίπου 1%) απαιτούν τη χρήση ενισχυτών σήματος.
- όταν οι μετρητές καταπόνησης λειτουργούν σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας ή επιθετικά, απαιτούνται ειδικά μέτρα για την προστασία τους.
Βασικά διαγράμματα καλωδίωσης
Ας το εξετάσουμε χρησιμοποιώντας το παράδειγμα σύνδεσης μετρητών καταπόνησης σε οικιακές ή βιομηχανικές κλίμακες. Μια τυπική κυψέλη φόρτωσης για ζυγαριές έχει τέσσερα πολύχρωμα καλώδια: δύο είσοδοι είναι τροφοδοτικό (+Ex, -Ex), οι άλλες δύο είναι έξοδοι μέτρησης (+Sig, -Sig). Υπάρχουν επίσης επιλογές με πέντε καλώδια, όπου ένα επιπλέον καλώδιο χρησιμεύει ως οθόνη για όλα τα άλλα. Η ουσία της εργασίας του αισθητήρα μέτρησης βάρους του τύπου δοκού είναι αρκετά απλή. Παρέχεται ρεύμα στις εισόδους και αφαιρείται τάση από τις εξόδους. Η τιμή της τάσης εξαρτάται από το φορτίο που εφαρμόζεται στον αισθητήρα μέτρησης.
Εάν το μήκος των συρμάτων από την κυψέλη φόρτισης βάρους έως τη μονάδα ADC είναι σημαντικό, τότε η αντίσταση των ίδιων των καλωδίων θα επηρεάσει την ένδειξη της ζυγαριάς. Σε αυτήν την περίπτωση, συνιστάται να προσθέσετε ένα κύκλωμα ανάδρασης που αντισταθμίζει την πτώση τάσης διορθώνοντας το σφάλμα από την αντίσταση των καλωδίων που εισάγονται στο κύκλωμα μέτρησης. Σε αυτήν την περίπτωση, το διάγραμμα σύνδεσης θα έχει τρία ζεύγη καλωδίων: ισχύ, μέτρηση και αντιστάθμιση απώλειας.
Παραδείγματα εφαρμογών για μετρητές καταπόνησης
- στοιχείο ζύγισης.
- μέτρηση των δυνάμεων καταπόνησης κατά την επεξεργασία μετάλλων με πίεση σε πρέσες και ελασματουργεία.
- παρακολούθηση καταστάσεων τάσης-παραμόρφωσης κτιριακών κατασκευών και κατασκευών κατά την ανέγερση και λειτουργία τους.
- αισθητήρες υψηλής θερμοκρασίας κατασκευασμένοι από ανθεκτικό στη θερμότητα κράμα χάλυβα για μεταλλουργικές επιχειρήσεις.
- με ελαστικό στοιχείο από ανοξείδωτο χάλυβα για μετρήσεις σε χημικά επιθετικά περιβάλλοντα.
- για μέτρηση πίεσης σε αγωγούς πετρελαίου και φυσικού αερίου.
Η απλότητα, η ευκολία και η δυνατότητα κατασκευής των μετρητών καταπόνησης είναι οι κύριοι παράγοντες για την περαιτέρω ενεργή εφαρμογή τους, τόσο στις μετρολογικές διαδικασίες όσο και στην καθημερινή ζωή ως στοιχεία μέτρησης οικιακών συσκευών.
Παρόμοια άρθρα:
