"Točnost - uljudnost kraljeva!" U naše vrijeme relevantnost ovog srednjovjekovnog francuskog aforizma samo raste. Za obavljanje točnih mjernih proračuna u proizvodnji iu svakodnevnom životu sve se više koriste uređaji temeljeni na mjeračima naprezanja.
Sadržaj
Što je mjerač naprezanja i čemu služe mjerači naprezanja?
Tenzometrija (od latinskog tensus - napregnut) je metoda i tehnika za mjerenje naponsko-deformacijskog stanja mjerenog objekta ili strukture. Činjenica je da je nemoguće izravno izmjeriti mehaničko naprezanje, pa je zadatak izmjeriti deformaciju objekta i izračunati naprezanje posebnim tehnikama koje uzimaju u obzir fizikalna svojstva materijala.
Rad mjerača naprezanja temelji se na učinku deformacije - to je svojstvo čvrstih materijala da mijenjaju svoj otpor različitim deformacijama. Senzori za mjerenje naprezanja su uređaji koji mjere elastičnu deformaciju čvrstog tijela i pretvaraju njegovu vrijednost u električni signal. Ovaj proces se događa kada se otpor vodiča senzora promijeni kada se rastegne i stisne. Oni su glavni element u instrumentima za mjerenje deformacije čvrstih tijela (na primjer, dijelova strojeva, konstrukcija, zgrada).
Uređaj i princip rada
Osnova mjernog mjerača je mjerač naprezanja opremljen posebnim kontaktima pričvršćenim na prednjoj strani mjerne ploče. Tijekom mjerenja, osjetljivi kontakti panela su u kontaktu s predmetom. Dolazi do njihove deformacije koja se mjeri i pretvara u električni signal koji se prenosi na elemente za obradu i prikaz izmjerene vrijednosti mjernog mjerača.
Ovisno o opsegu funkcionalne uporabe, senzori se razlikuju i po vrstama i po vrstama mjernih veličina. Važan čimbenik je potrebna točnost mjerenja. Primjerice, mjerač opterećenja na izlazu iz pekare apsolutno nije prikladan za elektroničke farmaceutske vage, gdje je svaki stoti dio grama važan.
Razmotrimo detaljnije vrste i vrste modernih mjerača naprezanja.
Senzori zakretnog momenta
Senzori zakretnog momenta dizajnirani su za mjerenje momenta na rotirajućim dijelovima sustava kao što su radilica motora ili stup upravljača.Mjerač zakretnog momenta može odrediti i statički i dinamički moment kontaktnom ili beskontaktnom (telemetrijskom) metodom.
Čelice za opterećenje greda, konzola i rubova
Ove vrste pretvarača obično se izrađuju na temelju paralelogramskog dizajna s ugrađenim elementom za savijanje za visoku osjetljivost i linearnost mjerenja. Mjerači naprezanja u njima su pričvršćeni na osjetljiva područja elastičnog elementa senzora i povezani su prema shemi punog mosta.
Strukturno, mjerna ćelija ima posebne rupe za neravnomjernu raspodjelu opterećenja i detekciju tlačnih i vlačnih deformacija. Kako bi se postigao maksimalni učinak, mjerači naprezanja su strogo orijentirani posebnim oznakama na površini grede na najtanjoj točki. Visoko precizni i pouzdani senzori ovog tipa koriste se za izradu višesenzorskih mjernih sustava u platformskim ili bunkerskim vagama. Našli su svoju primjenu u dozatorima za vaganje, pakerima rasutih i tekućih proizvoda, mjeračima napetosti kabela i drugim mjeračima snage.
Vlačne i tlačne ćelije opterećenja
Vlačne i tlačne ćelije opterećenja obično su u obliku slova S, izrađene od aluminija i legiranog nehrđajućeg čelika. Dizajniran za bunkerske vage i dozatore s rasponom mjerenja od 0,2 do 20 tona. Vlačne i tlačne ćelije za opterećenje u obliku slova S mogu se koristiti u strojevima za kabele, tkanine i vlakna za kontrolu vlačne sile ovih materijala.
Mjerači naprezanja od žice i folije
Žica mjerači naprezanja izrađuju se u obliku spirale od žice malog promjera i postavljaju na elastični element ili dio koji se ispituje ljepilom.Odlikuju se:
- jednostavnost proizvodnje;
- linearna ovisnost o naprezanju;
- mala veličina i cijena.
Među nedostacima ističu se niska osjetljivost, utjecaj temperature i vlažnosti okoline na pogrešku mjerenja, mogućnost korištenja samo u području elastičnih deformacija.
folija mjerači naprezanja su trenutno najčešći tip mjerača naprezanja zbog svojih visokih mjeriteljskih kvaliteta i proizvodnosti. To je postalo dostupno zahvaljujući fotolitografskoj tehnologiji njihove proizvodnje. Napredna tehnologija omogućuje dobivanje pojedinačnih mjerača naprezanja s bazom od 0,3 mm, specijaliziranih utičnica za mjerenje naprezanja i lanaca mjernih mjerača sa širokim rasponom radnih temperatura od -240 do +1100 ºS, ovisno o svojstvima materijala mjerne mreže.
Prednosti i nedostaci mjerača naprezanja
Mjerač naprezanja se široko koristi zbog svojih svojstava:
- mogućnost monolitnog spajanja mjerača naprezanja s dijelom koji se proučava;
- mala debljina mjernog elementa, što osigurava visoku točnost mjerenja s pogreškom od 1-3%;
- jednostavnost pričvršćivanja, kako na ravnim tako i na zakrivljenim površinama;
- sposobnost mjerenja dinamičkih deformacija koje se mijenjaju frekvencijom do 50 000 Hz;
- mogućnost izvođenja mjerenja u teškim uvjetima okoliša u temperaturnom rasponu od -240 do +1100˚S;
- mogućnost istovremenog mjerenja parametara na više točaka dijelova;
- mogućnost mjerenja deformacije objekata koji se nalaze na velikim udaljenostima od deformacijskih sustava;
- sposobnost mjerenja deformacija u pokretnim (rotirajućim) dijelovima.
Od nedostataka treba napomenuti:
- utjecaj vremenskih uvjeta (temperatura i vlaga) na osjetljivost senzora;
- neznatne promjene otpora mjernih elemenata (oko 1%) zahtijevaju korištenje pojačala signala.
- kada mjerači naprezanja rade u visokotemperaturnom ili agresivnom okruženju, potrebne su posebne mjere za njihovu zaštitu.
Osnovni dijagrami ožičenja
Razmotrimo to na primjeru spajanja mjernih mjerača na kućne ili industrijske vage. Standardna mjerna ćelija za vagu ima četiri raznobojne žice: dva ulaza su napajanje (+Ex, -Ex), druga dva su mjerni izlazi (+Sig, -Sig). Postoje i opcije s pet žica, gdje dodatna žica služi kao ekran za sve ostale. Bit rada senzora za mjerenje težine tipa grede prilično je jednostavna. Na ulaze se dovodi napajanje, a na izlazima se uklanja napon. Vrijednost napona ovisi o primijenjenom opterećenju na mjernom senzoru.
Ako je duljina žica od mjerne ćelije do ADC jedinice značajna, tada će otpor samih žica utjecati na očitavanje vage. U tom slučaju preporučljivo je dodati povratni krug koji kompenzira pad napona ispravljanjem pogreške iz otpora žica uvedenih u mjerni krug. U ovom slučaju, dijagram povezivanja će imati tri para žica: napajanje, mjerenje i kompenzacija gubitka.
Primjeri primjene mjerača naprezanja
- element za vaganje.
- mjerenje sila deformacije pri obradi metala pritiskom na prešama za štancanje i valjaonicama.
- praćenje stanja naprezanja i deformacije građevnih konstrukcija i konstrukcija tijekom njihove montaže i rada.
- visokotemperaturni senzori od legiranog čelika otpornog na toplinu za metalurška poduzeća.
- s elastičnim elementom od nehrđajućeg čelika za mjerenja u kemijski agresivnim okruženjima.
- za mjerenje tlaka u naftovodima i plinovodima.
Jednostavnost, praktičnost i proizvodnost mjerača naprezanja glavni su čimbenici za njihovu daljnju aktivnu primjenu, kako u mjeriteljskim procesima tako iu svakodnevnom životu kao mjernim elementima kućanskih aparata.
Slični članci:
