Gerilme ölçerler, katı bir cismin ölçülen elastik deformasyonunu elektrik sinyaline dönüştüren cihazlardır. Bu, geometrik boyutları gerilim veya sıkıştırmadan değiştiğinde sensör iletkeninin direncindeki bir değişiklik nedeniyle olur.
Gerilim ölçer: çalışma prensibi
Cihazın ana elemanı, elastik bir yapı üzerine monte edilmiş bir gerinim ölçerdir. Gerinim ölçerler, belirli bir artan kuvvetle kademeli olarak yüklenerek ve elektrik direncinin büyüklüğünü ölçerek kalibre edilir. Daha sonra değiştirilerek uygulanan bilinmeyen yükün ve bununla orantılı gerinimin değerlerinin belirlenmesi mümkün olacaktır.
Sensörlerin türüne bağlı olarak şunları ölçebilirsiniz:
- güç;
- basınç;
- hareket;
- tork;
- hızlanma.
Yapının en karmaşık yükleme şemasıyla bile,gerinim ölçer, kafesini taban adı verilen uzun bir bölüm boyunca germeye veya sıkıştırmaya indirgenir.
Hangi gerinim ölçerler kullanılır
Mekanik etki altında aktif dirençte değişiklik olan en yaygın gerinim ölçer türleri - gerinim ölçerler.
Tel gerinim ölçerler
En basit örnek, incelenen parçaya bağlanan düz bir ince tel parçasıdır. Direnci: r=pL/s, burada p özdirenç, L uzunluk, s kesit alanıdır.
Parçayla birlikte yapıştırılan tel elastik olarak deforme olur. Aynı zamanda geometrik boyutları değişir. Sıkıştırıldığında, iletkenin kesiti artar ve gerildiğinde azalır. Bu nedenle dirençteki değişim, deformasyon yönüne bağlı olarak işaret değiştirir. Karakteristik doğrusaldır.
Gerilim ölçerin düşük hassasiyeti, küçük bir ölçüm alanında telin uzunluğunu artırma ihtiyacına yol açtı. Bunu yapmak için, bir vernik veya kağıt filminden yalıtım plakaları ile her iki tarafa yapıştırılmış bir spiral (kafes) tel şeklinde yapılır. Elektrik devresine bağlanmak için cihaz iki bakır kurşun tel ile donatılmıştır. Sargılı telin uçlarına kaynak yapılır veya lehimlenirler ve bir elektrik devresine bağlanacak kadar güçlüdürler. Gerinim ölçer, elastik elemana veya test edilen parçaya yapıştırıcı ile takılır.
Tel yük hücreleri aşağıdaki avantajlara sahiptir:
- basit tasarım;
- gerilme üzerine doğrusal bağımlılık;
- küçük boy;
- düşük fiyat.
Dezavantajları arasında düşük hassasiyet, ortam sıcaklığının etkisi, nemden korunma ihtiyacı, sadece elastik deformasyon alanında kullanım yer alır.
Yapıştırıcının yapışma kuvveti, onu germek için gereken kuvveti büyük ölçüde aştığında tel deforme olur. Yapıştırma yüzeyinin kesit alanına oranı, 0,02-0,025 mm çapa karşılık gelen 160 ila 200 olmalıdır. 0,05 mm'ye kadar arttırılabilir. Ardından, gerinim ölçerin normal çalışması sırasında yapışkan tabaka zarar görmeyecektir. Ek olarak, tel şeritleri yapışkan film ve parça ile entegre olduğu için sensör sıkıştırmada iyi çalışır.
Folyo Yük Hücreleri
Folyo yük hücresinin parametreleri ve çalışma prensibi telli olanlarla aynıdır. Tek malzeme nikrom, konstantan veya titanyum-alüminyum folyodur. Fotolitografi üretim teknolojisi, karmaşık bir kafes konfigürasyonunun elde edilmesini ve işlemin otomatikleştirilmesini sağlar.
Tel gerinim ölçerlere kıyasla folyo gerilim ölçerler daha hassastır, daha fazla akım taşır, gerilimi daha iyi iletir, daha güçlü uçlara sahiptir ve daha karmaşık bir desene sahiptir.
Yarı iletken yük hücreleri
Sensörlerin hassasiyeti kablolu olanlardan yaklaşık 100 kat daha yüksektir, bu da onların amplifikatör olmadan sıklıkla kullanılmasına olanak tanır. Dezavantajları kırılganlık, ortam sıcaklığına yüksek bağımlılık ve önemliparametre dağılımı.
Gerilme ölçer özellikleri
- Taban - şebeke iletkeninin uzunluğu (0,2-150 mm).
- Nominal direnç R - aktif direnç değeri (10-1000 Ohm).
- Çalışma besleme akımı Ip - gerinim ölçerin belirgin şekilde ısınmadığı akım. Aşırı ısındığında, algılama elemanının, tabanın ve yapışkan tabakanın malzemelerinin özellikleri değişerek okumaları bozar.
- Gerilme faktörü: s=(∆R/R)/(∆L/L), burada R ve L sırasıyla elektrik direnci ve yüksüz sensörün uzunluğudur; ∆R ve ∆L - dış kuvvetten direnç ve deformasyondaki değişiklik. Farklı malzemeler için pozitif (gerilme ile R artar) ve negatif (R sıkıştırma ile artar) olabilir. Farklı metaller için s değeri -12,6 ile +6 arasında değişir.
Gerilim ölçerleri açma şemaları
Küçük elektrik sinyallerini ölçmek için en iyi seçenek, ortasında bir voltmetre olan bir köprü bağlantısıdır. En basit örnek, devresi, bağlı olduğu kollardan birinde bir elektrik köprüsü prensibine göre monte edilen bir gerinim ölçer olacaktır. Yüksüz direnci, dirençlerin geri kalanıyla aynı olacaktır. Bu durumda cihaz sıfır voltaj gösterecektir.
Bir gerinim ölçerin çalışma prensibi, kuvvetlerin sıkıştırma veya çekme olmasına bağlı olarak direncinin değerini artırmak veya az altmaktır.
Gerilim ölçerin sıcaklığı, okumaların doğruluğu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Yüklenmeyecek olan köprünün diğer kolunda da benzer bir gerilme direnci bulunursa, termal etkileri dengeleme işlevini yerine getirecektir.
Ölçüm devresi, dirence bağlı tellerin elektriksel direnç değerlerini de hesaba katmalıdır. Gerinim ölçerin ve voltmetrenin pinlerinden birine bağlı başka bir tel eklenerek etkileri az altılır.
Her iki sensör de elastik elemana yüklerinin işaretleri farklı olacak şekilde yapıştırılırsa, sinyal 2 kat güçlendirilecektir. Yukarıdaki şemada oklarla gösterilen yüklere sahip devrede dört sensör varsa, hassasiyet önemli ölçüde artacaktır. Tel veya folyo gerinim ölçerlerin bu bağlantısıyla, geleneksel bir mikro ampermetre, bir elektrik sinyali yükselticisi olmadan okumalar verecektir. Elektrik köprüsünün her bir kolunda birbirine eşit olmaları için bir multimetre kullanarak direnç değerlerini doğru bir şekilde seçmek önemlidir.
Mühendislikte gerinim ölçerlerin uygulanması
- Terazi tasarımının bir parçası: tartarken, sensör gövdesi elastik olarak deforme olur ve bununla birlikte gerinim ölçerler ona yapıştırılır, bir devreye bağlanır. Elektrik sinyali sayaca iletilir.
- İnşaat ve işletme sürecinde bina yapılarının ve mühendislik yapılarının gerilme-gerinim durumunun izlenmesi.
- İşleme sırasında deformasyon kuvvetlerini ölçmek için gerinim ölçerlerhaddehanelerde ve damgalama preslerinde metal basıncı.
- Çelik ve diğer endüstriler için yüksek sıcaklık sensörleri.
- Kimyasal olarak agresif ortamlarda çalışmak için paslanmaz çelik elastik elemanlı ölçüm sensörleri.
Standart gerinim ölçerler, pullar, kolonlar, basit veya çift taraflı kirişler, S şeklinde yapılır. Tüm yapılar için kuvvetin bir yönde uygulanması önemlidir: yukarıdan aşağıya veya tersi. Zorlu çalışma koşulları altında, özel tasarımlar parazit kuvvetlerinin etkisini ortadan kaldırmayı mümkün kılar. Fiyatları büyük ölçüde buna bağlı.
Gerilim ölçerler için fiyat yüzlerce ruble ile yüz binlerce ruble arasında değişir. Çoğu üreticiye, tasarıma, malzemelere, üretim teknolojisine, ölçülen parametrelerin değerlerine, ek elektronik ekipmanlara bağlıdır. Çoğunlukla, farklı ölçek türlerinin bileşenleridir.
Sonuç
Tüm gerinim ölçerlerin çalışma prensibi, elastik elemanın deformasyonunun bir elektrik sinyaline dönüştürülmesine dayanır. Farklı amaçlar için farklı sensör tasarımları mevcuttur. Gerinim ölçerleri seçerken, devrelerin çarpık sıcaklık okumaları ve parazitik mekanik etkiler için telafisi olup olmadığını belirlemek önemlidir.
