"Tarkkuus - kuninkaiden kohteliaisuus!" Meidän aikanamme tämän keskiaikaisen ranskalaisen aforismin merkitys vain kasvaa. Tarkkojen mittauslaskelmien suorittamiseen tuotannossa ja arjessa käytetään yhä enemmän venymäantureisiin perustuvia laitteita.
Sisältö
Mikä on venymämittari ja mihin se on tarkoitettu?
Tensometria (latinasta tensus - korostettu) on menetelmä ja tekniikka mitatun kohteen tai rakenteen jännitys-venymätilan mittaamiseksi. Tosiasia on, että mekaanista rasitusta on mahdotonta mitata suoraan, joten tehtävänä on mitata kohteen muodonmuutos ja laskea jännitys erityisillä tekniikoilla, jotka huomioivat materiaalin fysikaaliset ominaisuudet.
Venymäanturien työ perustuu venymävaikutukseen - tämä on kiinteiden materiaalien ominaisuus muuttaa vastustuskykyään erilaisilla muodonmuutoksilla. Venymämittarianturit ovat laitteita, jotka mittaavat kiinteän kappaleen elastista muodonmuutosta ja muuntavat sen arvon sähköiseksi signaaliksi. Tämä prosessi tapahtuu, kun anturin johtimen vastus muuttuu, kun sitä venytetään ja puristetaan. Ne ovat pääelementti kiinteiden aineiden (esimerkiksi koneenosien, rakenteiden, rakennusten) muodonmuutoksia mittaavissa laitteissa.
Laite ja toimintaperiaate
Venymämittarin perustana on erikoiskoskettimilla varustettu venymämittari, joka on kiinnitetty mittauspaneelin etupuolelle. Mittauksen aikana paneelin herkät koskettimet ovat kosketuksissa kohteeseen. Niiden muodonmuutos tapahtuu, joka mitataan ja muunnetaan sähköiseksi signaaliksi, joka välitetään venymämittarin mitatun arvon käsittely- ja näyttöelementteihin.
Toiminnallisen käytön laajuudesta riippuen anturit eroavat sekä tyypeiltä että mittaussuureilta. Tärkeä tekijä on vaadittu mittaustarkkuus. Esimerkiksi leipomon ulostulossa oleva punnituskenno ei missään nimessä sovellu elektronisiin lääkevaaoihin, joissa jokainen gramman sadasosa on tärkeä.
Tarkastellaanpa yksityiskohtaisemmin nykyaikaisten venymäanturien tyyppejä ja tyyppejä.
Vääntömomenttianturit
Vääntömomenttianturit on suunniteltu mittaamaan vääntömomenttia järjestelmien pyörivistä osista, kuten moottorin kampiakselista tai ohjauspylvästä.Vääntömomentin venymämittarit voivat määrittää sekä staattisen että dynaamisen vääntömomentin kosketus- tai kosketuksettomalla (telemetrisellä) menetelmällä.
Palkkien, ulokkeiden ja reunakuormituskennot
Tämän tyyppiset anturit valmistetaan yleensä suunnikkaan mallin perusteella, jossa on sisäänrakennettu taivutuselementti korkean herkkyyden ja mittausten lineaarisuuden saavuttamiseksi. Niihin sisältyvät venymämittarit on kiinnitetty anturin elastisen elementin herkille alueille ja ne on kytketty täyden siltakaavion mukaisesti.
Rakenteellisesti palkin punnituskennossa on erityisiä reikiä epätasaista kuorman jakautumista ja puristus- ja vetomuodonmuutosten havaitsemista varten. Maksimaalisen tehon saavuttamiseksi venymämittarit on suunnattu tiukasti erityisillä merkeillä palkin pinnalla sen ohuimmassa kohdassa. Tämän tyyppisiä erittäin tarkkoja ja luotettavia antureita käytetään monianturimittausjärjestelmien luomiseen taso- tai bunkkerivaaoissa. He ovat löytäneet sovelluksensa punnitusannostelijoissa, irtonaisten ja nestemäisten tuotteiden pakkaajissa, kaapelin kireysmittareissa ja muissa tehokuormitusmittareissa.
Veto- ja puristuskuormituskennot
Veto- ja puristusvoimakennot ovat yleensä S-muotoisia, valmistettu alumiinista ja seostetusta ruostumattomasta teräksestä. Suunniteltu 0,2 - 20 tonnin mittausalueelle bunkkerivaakoille ja annostelijoille. S-muotoisia veto- ja puristuskennoja voidaan käyttää kaapeli-, kangas- ja kuitukoneissa näiden materiaalien vetovoiman ohjaamiseen.
Lanka ja folio venymämittarit
Lanka venymämittarit valmistetaan halkaisijaltaan pienen langan spiraalin muodossa ja kiinnitetään liimalla testattavaan elastiseen elementtiin tai osaan.Ne erottuvat seuraavista:
- valmistuksen helppous;
- lineaarinen riippuvuus jännityksestä;
- pieni koko ja hinta.
Puutteista mainitaan alhainen herkkyys, ympäristön lämpötilan ja kosteuden vaikutus mittausvirheeseen, mahdollisuus käyttää vain elastisten muodonmuutosten alalla.
folio venymämittarit ovat tällä hetkellä yleisin venymäanturien tyyppi korkeiden metrologisten ominaisuuksiensa ja valmistettavuuden vuoksi. Tämä tuli saataville niiden valmistuksen fotolitografisen tekniikan ansiosta. Edistyksellinen tekniikka mahdollistaa yksittäisten venymäanturien, joiden pohja on 0,3 mm, erikoistuneita venymäantureiden hylsyjä ja venymäantureiden ketjuja laajalla käyttölämpötila-alueella -240 - +1100 ºС, riippuen mittausruudukon materiaalien ominaisuuksista.
Venymäanturien edut ja haitat
Venymäantureita käytetään laajalti niiden ominaisuuksien vuoksi:
- mahdollisuus yhdistää venymämittari monoliittisesti tutkittavaan osaan;
- mittauselementin pieni paksuus, joka varmistaa korkean mittaustarkkuuden 1-3% virheellä;
- kiinnityksen helppous sekä tasaisille että kaareville pinnoille;
- kyky mitata dynaamisia muodonmuutoksia, jotka muuttuvat jopa 50 000 Hz:n taajuudella;
- mahdollisuus suorittaa mittauksia vaikeissa ympäristöolosuhteissa lämpötila-alueella -240 - +1100 ˚С;
- mahdollisuus mitata parametreja samanaikaisesti osien useissa kohdissa;
- mahdollisuus mitata suurilla etäisyyksillä venymämittarijärjestelmistä olevien esineiden muodonmuutoksia;
- kyky mitata muodonmuutoksia liikkuvissa (pyörissä) osissa.
Puutteista on syytä huomata:
- sääolosuhteiden (lämpötila ja kosteus) vaikutus anturien herkkyyteen;
- vähäiset muutokset mittauselementtien resistanssissa (noin 1 %) edellyttävät signaalivahvistimien käyttöä.
- kun venymämittarit toimivat korkeissa lämpötiloissa tai aggressiivisissa ympäristöissä, niiden suojaamiseksi tarvitaan erityistoimenpiteitä.
Peruskytkentäkaaviot
Tarkastellaan tätä esimerkkiä jännitysanturien liittämisestä kotitalous- tai teollisuusvaaoihin. Vaa'an vakiokuormituskennossa on neljä moniväristä johtoa: kaksi tuloa ovat virtalähdettä (+Ex, -Ex), kaksi muuta ovat mittauslähtöjä (+Sig, -Sig). Saatavilla on myös viidellä johdolla varustettuja vaihtoehtoja, joissa ylimääräinen johto toimii suojana kaikille muille. Palkkityyppisen painonmittausanturin työn olemus on melko yksinkertainen. Tuloihin syötetään tehoa ja lähdöistä poistetaan jännite. Jännitteen arvo riippuu mittausanturin kuormituksesta.
Jos johtojen pituus painokuormituskennosta ADC-yksikköön on merkittävä, itse johtojen vastus vaikuttaa vaa'an lukemaan. Tällöin kannattaa lisätä takaisinkytkentäpiiri, joka kompensoi jännitehäviön korjaamalla virheen mittauspiiriin johdettujen johtimien resistanssista. Tässä tapauksessa kytkentäkaaviossa on kolme paria johtoja: teho, mittaus ja häviön kompensointi.
Käyttöesimerkkejä venymäantureille
- punnituselementti.
- venymävoimien mittaus metallien prosessoinnissa meistopuristimien ja valssaamojen paineella.
- Rakennusrakenteiden ja rakenteiden jännitys-venymätilojen seuranta niiden pystytyksen ja käytön aikana.
- kuumuutta kestävästä seosteräksestä valmistetut korkean lämpötilan anturit metallurgisille yrityksille.
- ruostumattomasta teräksestä valmistettu elastinen elementti mittauksiin kemiallisesti aggressiivisissa ympäristöissä.
- paineen mittaukseen öljy- ja kaasuputkissa.
Venymäanturien yksinkertaisuus, mukavuus ja valmistettavuus ovat tärkeimmät tekijät niiden aktiiviselle jatkokäytölle niin metrologisissa prosesseissa kuin jokapäiväisessä elämässä kodinkoneiden mittauselementteinä.
Samanlaisia artikkeleita:
