Tiahlomery sú zariadenia, ktoré premieňajú nameranú elastickú deformáciu pevného telesa na elektrický signál. Stáva sa to v dôsledku zmeny odporu vodiča snímača, keď sa jeho geometrické rozmery menia v dôsledku ťahu alebo stlačenia.
Tazomer: princíp činnosti
Hlavným prvkom zariadenia je tenzometer namontovaný na elastickej konštrukcii. Tenzometre sa kalibrujú postupným zaťažovaním danou rastúcou silou a meraním veľkosti elektrického odporu. Potom jeho zmenou bude možné určiť hodnoty aplikovaného neznámeho zaťaženia a jemu úmerné napätie.
V závislosti od typu senzorov môžete merať:
- sila;
- tlak;
- presunúť;
- torque;
- zrýchlenie.
Aj pri najkomplexnejšej schéme zaťaženia konštrukcie je akcia zapnutátenzometer je zredukovaný na natiahnutie alebo stlačenie svojej mriežky pozdĺž dlhej časti nazývanej základňa.
Aké tenzometre sa používajú
Najbežnejšie typy tenzometrov so zmenou aktívneho odporu pri mechanickom pôsobení - tenzometre.
Tenometre drôtu
Najjednoduchším príkladom je rovný kus tenkého drôtu, ktorý je pripevnený k skúmanej časti. Jeho odpor je: r=pL/s, kde p je rezistivita, L je dĺžka, s je plocha prierezu.
Spolu s dielom je lepený drôt elasticky deformovaný. Zároveň sa menia jeho geometrické rozmery. Pri stlačení sa prierez vodiča zväčšuje a pri natiahnutí sa zmenšuje. Preto zmena odporu mení znamienko v závislosti od smeru deformácie. Charakteristika je lineárna.
Nízka citlivosť tenzometra viedla k potrebe zväčšiť dĺžku drôtu na malej ploche merania. Na tento účel je vyrobený vo forme špirály (mriežky) drôtu, prilepenej na oboch stranách izolačnými doskami z filmu laku alebo papiera. Na pripojenie k elektrickému obvodu je zariadenie vybavené dvoma medenými vodičmi. Sú privarené alebo prispájkované na konce stočeného drôtu a sú dostatočne pevné na pripojenie k elektrickému obvodu. Tenzometer je pripevnený k elastickému prvku alebo k testovanej časti lepidlom.
Drôtové snímače zaťaženia majú nasledujúce výhody:
- jednoduchý dizajn;
- lineárna závislosť od napätia;
- malá veľkosť;
- nízka cena.
Nevýhody zahŕňajú nízku citlivosť, vplyv okolitej teploty, nutnosť ochrany pred vlhkosťou, použitie len v oblasti elastických deformácií.
Drôt sa zdeformuje, keď sila priľnutia lepidla k nemu výrazne prekročí silu potrebnú na jeho natiahnutie. Pomer lepiacej plochy k ploche prierezu by mal byť 160 ku 200, čo zodpovedá jej priemeru 0,02-0,025 mm. Dá sa zväčšiť až na 0,05 mm. Potom sa pri bežnej prevádzke tenzometra nezničí vrstva lepidla. Okrem toho snímač funguje dobre pri kompresii, pretože drôtené pramene sú súčasťou lepiacej fólie a dielu.
Fóliové snímače zaťaženia
Parametre a princíp činnosti fóliového snímača zaťaženia sú rovnaké ako u drôteného. Jediným materiálom je nichróm, konštantán alebo titánovo-hliníková fólia. Výrobná technológia fotolitografie umožňuje získať komplexnú konfiguráciu mriežky a automatizovať proces.
V porovnaní s drôtovými tenzometrami sú fóliové tenzometre citlivejšie, prenášajú väčší prúd, lepšie prenášajú napätie, majú silnejšie vodiče a majú zložitejší vzor.
Polovodičové snímače zaťaženia
Citlivosť snímačov je približne 100-krát vyššia ako u drôtových, čo umožňuje ich časté používanie bez zosilňovačov. Nevýhody sú krehkosť, vysoká závislosť od teploty okolia a značnéparameter spread.
Špecifikácie tenzometra
- Základňa - dĺžka mriežkového vodiča (0,2-150 mm).
- Nominálny odpor R - hodnota aktívneho odporu (10-1000 Ohm).
- Pracovný napájací prúd Ip - prúd, pri ktorom sa tenzometer výrazne nezohrieva. Pri prehriatí sa menia vlastnosti materiálov snímacieho prvku, základne a lepiacej vrstvy, čo skresľuje namerané hodnoty.
- Faktor deformácie: s=(∆R/R)/(∆L/L), kde R a L sú elektrický odpor a dĺžka nezaťaženého snímača; ∆R a ∆L - zmena odporu a deformácie od vonkajšej sily. Pre rôzne materiály môže byť kladná (R sa zvyšuje s ťahom) a záporná (R sa zvyšuje so stláčaním). Hodnota s pre rôzne kovy sa pohybuje od -12,6 do +6.
Schémy zapínania tenzometrov
Na meranie malých elektrických signálov je najlepšou možnosťou premostenie, v strede ktorého je voltmeter. Najjednoduchším príkladom by bol tenzometer, ktorého obvod je zostavený podľa princípu elektrického mostíka, v jednom ramene ktorého je zapojený. Jeho nezaťažený odpor bude rovnaký ako zvyšok rezistorov. V tomto prípade zariadenie zobrazí nulové napätie.
Princíp činnosti tenzometra je zvyšovať alebo znižovať hodnotu jeho odporu v závislosti od toho, či sú sily tlakové alebo ťahové.
Teplota tenzometra má významný vplyv na presnosť odčítania. Ak je podobný deformačný odpor zahrnutý aj v druhom ramene mosta, ktoré nebude zaťažené, bude plniť funkciu kompenzácie tepelných vplyvov.
Merací obvod musí brať do úvahy aj hodnoty elektrického odporu vodičov pripojených k odporu. Ich vplyv sa zníži pridaním ďalšieho vodiča pripojeného k jednému z kolíkov tenzometra a voltmetra.
Ak sú oba snímače nalepené na elastickom prvku tak, že sa ich zaťaženie líši v znamienku, signál sa zosilní 2-krát. Ak sú v obvode štyri snímače so záťažou označenou šípkami na obrázku vyššie, citlivosť sa výrazne zvýši. S týmto pripojením drôtových alebo fóliových tenzometrov poskytuje bežný mikroampérmeter údaje bez zosilňovača elektrického signálu. Je dôležité presne zvoliť hodnoty odporu pomocou multimetra tak, aby boli navzájom rovnaké v každom ramene elektrického mosta.
Aplikácia tenzometrov v strojárstve
- Súčasť konštrukcie váh: pri vážení sa teleso snímača elasticky deformuje a s ním aj nalepené tenzometre, zapojené do obvodu. Elektrický signál sa prenáša do meracieho prístroja.
- Monitorovanie napäto-deformačného stavu stavebných konštrukcií a inžinierskych stavieb v procese ich výstavby a prevádzky.
- Tiahlomery na meranie deformačných síl pri obrábanítlak kovu vo valcovniach a raziacich lisoch.
- Snímače vysokej teploty pre oceliarsky a iné priemyselné odvetvia.
- Meracie snímače s nerezovým elastickým prvkom pre prevádzku v chemicky agresívnom prostredí.
Štandardné tenzometre sa vyrábajú vo forme podložiek, stĺpikov, jednoduchých alebo obojstranných nosníkov, tvaru S. Pre všetky konštrukcie je dôležité, aby sila pôsobila v jednom smere: zhora nadol alebo naopak. V náročných prevádzkových podmienkach umožňujú špeciálne konštrukcie eliminovať pôsobenie parazitných síl. Ich ceny do značnej miery závisia od toho.
Pri tenzometroch sa cena pohybuje od stoviek rubľov až po stovky tisíc. Veľa závisí od výrobcu, dizajnu, materiálov, technológie výroby, hodnôt meraných parametrov, prídavného elektronického vybavenia. Z väčšej časti sú to komponenty rôznych typov váh.
Záver
Princíp činnosti všetkých tenzometrov je založený na premene deformácie pružného prvku na elektrický signál. Na rôzne účely existujú rôzne konštrukcie snímačov. Pri výbere tenzometrov je dôležité určiť, či obvody majú kompenzáciu pre skreslené hodnoty teploty a parazitné mechanické vplyvy.
