Įtempimo matuoklio matavimų pagrindai

Įtempimo matuoklis yra vienas iš naudingiausių įrankių, leidžiančių tiksliai išmatuoti medžiagos išsiplėtimą ar susitraukimą, kai veikia jėgos. Įtempimo matuokliai taip pat yra naudingi netiesiogiai matuojant veikiamas jėgas, jei jie yra maždaug tiesiai sulyginti su medžiagos deformacija.

Kas yra tempimo matuokliai

Įtempimo davikliai yra jutikliai, kurių elektrinė varža kinta proporcingai deformacijos kiekiui (medžiagos deformacija).

Idealus tempimo matuoklis pakeistų jo atsparumą proporcingai išilginei įtempčiai ant paviršiaus, prie kurio pritvirtintas jutiklis.

Tačiau yra ir kitų veiksnių, kurie gali turėti įtakos atsparumui, pavyzdžiui, temperatūra, medžiagos savybės ir klijai, kurie matuoklį suriša su medžiaga.

Įtempimo matuoklis susideda iš lygiagrečios labai smulkios metalinės vielos arba folijos tinklelio, pritvirtinto prie įtempto paviršiaus plonu izoliuotu epoksidiniu sluoksniu. Kai įtempta medžiaga yra įtempta, įtampa perduodama per klijus. Tinklelio forma suprojektuota pagal modelį, kuris suteikia maksimalų pasipriešinimo pokytį vienam ploto vienetui.

Kaip pasirinkti įtempimo matuoklį

Renkantis apkrovos matuoklį, reikia atsižvelgti į tris pagrindines aplinkybes: darbinę temperatūrą, aptinkamo deformacijos pobūdį ir stabilumo reikalavimus.

Kadangi įtempimo matuoklis montuojamas ant įtempto paviršiaus, svarbu, kad matuoklis būtų įtemptas vienodai su paviršiumi. Lipni medžiaga turėtų būti parinkta atsargiai, kad įtampa jutikliui būtų patikimai perduota plačiame temperatūros diapazone ir kitomis sąlygomis.

Įtempimo matuoklio pasipriešinimo vertė kinta priklausomai nuo pritaikytos deformacijos pagal: R / R = S pokytis kur R yra pasipriešinimas, e yra tempimas ir S yra tempimo jautrumo koeficientas. Metalinių folijos matuoklių įtempimo koeficientas yra apie 2.

Įtampos prieaugis paprastai yra mažesnis nei 0,005 colio / colio ir dažnai išreiškiamas mikrotempimo vienetais. Iš formulės matyti, kad deformacijos matuoklio pasipriešinimas pasikeis labai mažais kiekiais, atsižvelgiant į nurodytą įtampą, maždaug 0,1%.

Tada iš šio rezistoriaus galima nuskaityti įtampos rodmenis milimetrais, tenkantiems voltui (mV / V), kad būtų galima nustatyti įtempio matavimo vertę.

Puasono santykis yra plonėjimo ir pailgėjimo, kuris įvyksta medžiagoje, kai ji yra įtempta, matas. Pavyzdžiui, jei atsparumo laidui taikoma tempimo jėga, viela šiek tiek pailgės ir tuo pačiu taps plonesnė. Šis šių dviejų padermių santykis yra Puasono santykis.

Tai yra pagrindinis įtempio matuoklio matavimo principas, nes vielos varža proporcingai padidėtų dėl Puasono efekto.

Kaip tiksliai išmatuoti deformacijos matuoklio išvestį

Norint tiksliai išmatuoti nedidelį pasipriešinimo pokytį, deformacijos matuokliai beveik visada randami tilto konfigūracijoje su įtampos sužadinimo šaltiniu.

Wheatstone tiltas paprastai naudojamas, kaip parodyta diagramoje. Tiltas yra subalansuotas, kai rezistoriaus santykiai yra vienodi abiejose pusėse arba R1 / R2 = R4 / R3. Akivaizdu, kad esant tokiai sąlygai, išėjimo įtampa yra lygi nuliui.

Keičiantis įtampos matuoklio varžai (Rg), išėjimo įtampa (Vout) keičiasi keliais milivoltais, o tada diferencialiniu stiprintuvu ši įtampa sustiprinama, kad būtų grąžinta skaitoma vertė.

Ši „Wheatstone“ grandinė taip pat gerai tinka temperatūros kompensavimui - ji gali beveik pašalinti temperatūros poveikį. Kartais matuoklio medžiaga yra skirta kompensuoti šiluminį plėtimąsi, tačiau tai visiškai nepanaikina šiluminio jautrumo.

Norint pasiekti geresnę šilumos kompensaciją, tokį rezistorių kaip R3 galima pakeisti panašiu įtempimo matuokliu. Tai gali panaikinti temperatūros poveikį.

Tiesą sakant, visus keturis rezistorius būtų galima pakeisti įtempio davikliais, kad būtų užtikrintas maksimalus temperatūros stabilumas. Du iš jų (R1 ir R3) galėtų būti nustatyti suspaudimui matuoti, o kiti du (R2 ir R4) nustatyti įtampai matuoti.

Tai ne tik kompensuos temperatūrą, bet ir padidins jautrumą keturis kartus. Įtempimo davikliai su elektrinės varžos elementais yra labiausiai paplitęs jutiklio tipas, įvertinantis įtampą, nes jie taip pat turi mažesnių sąnaudų pranašumus. kaip nusistovėjęs.

Juos galima įsigyti mažais dydžiais, o temperatūros pokyčiai veikia tik vidutiniškai, tuo pačiu metu pasiekiant mažesnę nei +/- 0,10% paklaidą. Sukibę atsparumo tempimo matuokliai taip pat yra labai jautrūs ir gali būti naudojami matuojant statinį ir dinaminį įtempimą.

Tačiau tam tikroms reikmėms yra kitų tipų, tokių kaip pjezo varžos, anglies varžos, pusiau laidžios, akustinės, optinės ir induktyviosios.

Kondensatoriaus grandinės pagrindu yra net įtempio matuoklių jutikliai.