"Presnosť - slušnosť kráľov!" V našej dobe význam tohto stredovekého francúzskeho aforizmu len rastie. Na vykonávanie presných meracích výpočtov vo výrobe a v bežnom živote sa stále viac používajú zariadenia na báze tenzometrov.
Obsah
Čo je tenzometer a na čo slúžia tenzometre?
Tenzometria (z lat. tensus - napätý) je metóda a technika na meranie napäto-deformačného stavu meraného objektu alebo konštrukcie. Faktom je, že nie je možné priamo merať mechanické napätie, takže úlohou je zmerať deformáciu objektu a vypočítať napätie pomocou špeciálnych techník, ktoré zohľadňujú fyzikálne vlastnosti materiálu.
Práca tenzometrov je založená na deformačnom efekte - to je vlastnosť pevných materiálov meniť svoj odpor pri rôznych deformáciách. Tenzometrické snímače sú zariadenia, ktoré merajú elastickú deformáciu pevného telesa a premieňajú jej hodnotu na elektrický signál. Tento proces nastáva, keď sa odpor vodiča snímača zmení, keď je natiahnutý a stlačený. Sú hlavným prvkom v prístrojoch na meranie deformácie pevných látok (napríklad častí strojov, konštrukcií, budov).
Zariadenie a princíp činnosti
Základom tenzometra je tenzometer vybavený špeciálnymi kontaktmi upevnenými na prednej strane meracieho panelu. Počas merania sú citlivé kontakty panelu v kontakte s objektom. Dochádza k ich deformácii, ktorá je zmeraná a prevedená na elektrický signál prenášaný do spracovacích a zobrazovacích prvkov nameranej hodnoty tenzometra.
V závislosti od rozsahu funkčného použitia sa snímače líšia typmi aj typmi meraných veličín. Dôležitým faktorom je požadovaná presnosť merania. Napríklad silomer na výstupe z pekárne absolútne nie je vhodný pre elektronické farmaceutické váhy, kde je dôležitá každá stotina gramu.
Pozrime sa podrobnejšie na typy a typy moderných tenzometrov.
Snímače krútiaceho momentu
Snímače krútiaceho momentu sú určené na meranie krútiaceho momentu na rotujúcich častiach systémov, ako je kľukový hriadeľ motora alebo stĺpik riadenia.Tenzometrické snímače krútiaceho momentu dokážu určiť statický aj dynamický krútiaci moment kontaktnou alebo bezkontaktnou (telemetrickou) metódou.
Nosník, konzolový a okrajový snímač zaťaženia
Tieto typy prevodníkov sa zvyčajne vyrábajú na základe paralelogramového dizajnu so zabudovaným ohýbacím prvkom pre vysokú citlivosť a linearitu meraní. Tenzometre v nich sú upevnené na citlivých miestach elastického prvku snímača a sú pripojené podľa schémy plného mostíka.
Konštrukčne má silomer lúča špeciálne otvory pre nerovnomerné rozloženie zaťaženia a detekciu deformácií v tlaku a v ťahu. Na dosiahnutie maximálneho účinku sú tenzometre striktne orientované špeciálnymi značkami na povrchu lúča v jeho najtenšom bode. Vysoko presné a spoľahlivé snímače tohto typu sa používajú na vytváranie viacsenzorových meracích systémov v plošinových alebo bunkrových váhach. Svoje uplatnenie našli vo vážiacich dávkovačoch, baličoch sypkých a tekutých produktov, tenzometroch káblových ťahov a iných elektromeroch.
Ťahové a tlakové silomery
Ťahové a tlakové silomery majú zvyčajne tvar S, sú vyrobené z hliníka a legovanej nehrdzavejúcej ocele. Určené pre bunkrové váhy a dávkovače s rozsahom merania 0,2 až 20 ton. Ťahové a tlakové silomery v tvare S možno použiť v káblových, textilných a vláknitých strojoch na riadenie ťahovej sily týchto materiálov.
Drôtené a fóliové tenzometre
Drôt tenzometre sú vyrobené vo forme špirály z drôtu s malým priemerom a namontované na elastickom prvku alebo časti skúšanej lepidlom.Rozlišujú sa podľa:
- jednoduchosť výroby;
- lineárna závislosť od napätia;
- malá veľkosť a cena.
Medzi nedostatky patrí nízka citlivosť, vplyv teploty a vlhkosti prostredia na chybu merania, možnosť použitia len v oblasti elastických deformácií.
fólie tenzometre sú v súčasnosti najrozšírenejším typom tenzometrov pre ich vysoké metrologické vlastnosti a vyrobiteľnosť. To sa stalo dostupným vďaka fotolitografickej technológii ich výroby. Pokročilá technológia umožňuje získať jednotlivé tenzometre so základňou 0,3 mm, špecializované objímky tenzometrov a reťaze tenzometrov so širokým rozsahom prevádzkových teplôt od -240 do +1100 ºС v závislosti od vlastností materiálov meracej mriežky.
Výhody a nevýhody tenzometrov
Tenzometre sú široko používané vďaka svojim vlastnostiam:
- možnosť monolitického spojenia tenzometra so skúmanou časťou;
- malá hrúbka meracieho prvku, ktorá zabezpečuje vysokú presnosť merania s chybou 1-3%;
- jednoduché upevnenie na rovných aj zakrivených povrchoch;
- schopnosť merať dynamické deformácie, ktoré sa menia s frekvenciou do 50 000 Hz;
- možnosť vykonávať merania v náročných podmienkach prostredia v teplotnom rozsahu od -240 do +1100˚С;
- možnosť merania parametrov súčasne na mnohých miestach dielov;
- možnosť merania deformácií objektov umiestnených vo veľkých vzdialenostiach od tenzometrických systémov;
- schopnosť merať deformácie v pohyblivých (rotujúcich) častiach.
Z nedostatkov je potrebné poznamenať:
- vplyv poveternostných podmienok (teplota a vlhkosť) na citlivosť snímačov;
- nevýznamné zmeny odporu meracích prvkov (asi 1%) vyžadujú použitie zosilňovačov signálu.
- keď tenzometre pracujú vo vysokoteplotnom alebo agresívnom prostredí, sú potrebné špeciálne opatrenia na ich ochranu.
Základné schémy zapojenia
Zoberme si to na príklade pripojenia tenzometrov k domácim alebo priemyselným váham. Štandardný snímač zaťaženia pre váhy má štyri viacfarebné vodiče: dva vstupy sú napájacie (+Ex, -Ex), ďalšie dva sú meracie výstupy (+Sig, -Sig). Existujú aj možnosti s piatimi vodičmi, kde ďalší vodič slúži ako clona pre všetky ostatné. Podstata práce snímača hmotnosti lúčového typu je pomerne jednoduchá. Napájanie je privádzané na vstupy a napätie je odstránené z výstupov. Hodnota napätia závisí od zaťaženia meracieho snímača.
Ak je dĺžka vodičov od snímača hmotnosti k jednotke ADC významná, potom odpor samotných vodičov ovplyvní čítanie na stupnici. V tomto prípade je vhodné pridať spätnoväzbový obvod, ktorý kompenzuje pokles napätia korekciou chyby z odporu vodičov zavedených do meracieho obvodu. V tomto prípade bude mať schéma zapojenia tri páry vodičov: napájanie, meranie a kompenzáciu strát.
Príklady použitia pre tenzometre
- vážiaci prvok.
- meranie deformačných síl pri spracovaní kovov tlakom na raziacich lisoch a valcovniach.
- sledovanie napäťovo-deformačných stavov stavebných konštrukcií a konštrukcií pri ich výstavbe a prevádzke.
- vysokoteplotné snímače vyrobené zo žiaruvzdornej legovanej ocele pre hutnícke podniky.
- s nerezovým elastickým prvkom na meranie v chemicky agresívnom prostredí.
- na meranie tlaku v ropovode a plynovodoch.
Jednoduchosť, pohodlnosť a vyrobiteľnosť tenzometrov sú hlavnými faktormi pre ich ďalšiu aktívnu implementáciu ako v metrologických procesoch, tak aj v každodennom živote ako meracie prvky domácich spotrebičov.
Podobné články:
