"Natančnost - vljudnost kraljev!" V našem času se pomen tega srednjeveškega francoskega aforizma le povečuje. Za izvajanje natančnih merilnih izračunov v proizvodnji in v vsakdanjem življenju se vse pogosteje uporabljajo naprave, ki temeljijo na merilnih merilnikih.
Vsebina
Kaj je merilnik napetosti in čemu so merilniki napetosti?
Tensometrija (iz latinščine tensus - napet) je metoda in tehnika za merjenje napetostno-deformacijskega stanja merjenega predmeta ali strukture. Dejstvo je, da je nemogoče neposredno izmeriti mehanske napetosti, zato je naloga meriti deformacijo predmeta in izračunati napetost s posebnimi tehnikami, ki upoštevajo fizikalne lastnosti materiala.
Delo merilnikov napetosti temelji na učinku deformacije - to je lastnost trdnih materialov, da spreminjajo svoj upor z različnimi deformacijami. Senzorji za merjenje napetosti so naprave, ki merijo elastično deformacijo trdnega telesa in pretvorijo njegovo vrednost v električni signal. Ta proces se pojavi, ko se upor vodnika senzorja spremeni, ko se raztegne in stisne. So glavni element v instrumentih za merjenje deformacije trdnih snovi (na primer delov strojev, konstrukcij, zgradb).
Naprava in načelo delovanja
Osnova merilnika napetosti je merilnik napetosti, opremljen s posebnimi kontakti, pritrjenimi na sprednji strani merilne plošče. Med meritvijo so občutljivi kontakti plošče v stiku s predmetom. Pojavi se njihova deformacija, ki se izmeri in pretvori v električni signal, ki se prenaša na elemente obdelave in prikazovanja izmerjene vrednosti merne mere.
Glede na obseg funkcionalne uporabe se senzorji razlikujejo tako po vrstah kot po vrstah merjenih veličin. Pomemben dejavnik je zahtevana natančnost meritev. Na primer, merilna celica obremenitve na izhodu iz pekarne absolutno ni primerna za elektronske farmacevtske tehtnice, kjer je pomembna vsaka stotinka grama.
Oglejmo si podrobneje vrste in vrste sodobnih merilnikov napetosti.
Senzorji navora
Senzorji navora so zasnovani za merjenje navora na vrtečih se delih sistemov, kot sta ročična gred motorja ali volanski drog.Merilniki napetosti navora lahko določajo statični in dinamični navor s kontaktno ali brezkontaktno (telemetrično) metodo.
Nosilne celice, konzolne in robne obremenitvene celice
Te vrste pretvornikov so običajno izdelane na podlagi paralelogramske zasnove z vgrajenim upogibnim elementom za visoko občutljivost in linearnost meritev. Merilniki napetosti v njih so pritrjeni na občutljiva območja elastičnega elementa senzorja in so povezani po celotni shemi mostu.
Strukturno ima nosilna celica žarka posebne luknje za neenakomerno porazdelitev obremenitve in zaznavanje tlačnih in nateznih deformacij. Da bi dosegli največji učinek, so merilniki napetosti strogo usmerjeni s posebnimi oznakami na površini žarka na najtanjšem mestu. Visoko natančni in zanesljivi senzorji te vrste se uporabljajo za izdelavo večsenzorskih merilnih sistemov v platformnih ali bunkerskih tehtnicah. Svojo uporabo so našli v tehtalnih dozirnih napravah, pakirnicah razsutih in tekočih izdelkov, merilnikih napetosti kablov in drugih merilnikih moči.
Natezne in tlačne obremenitvene celice
Natezne in tlačne obremenitvene celice so običajno v obliki črke S, izdelane so iz aluminija in legiranega nerjavnega jekla. Zasnovan za bunkerske tehtnice in dozatorje z merilnim območjem od 0,2 do 20 ton. Natezne in tlačne obremenitvene celice v obliki črke S se lahko uporabljajo v strojih za kable, tkanine in vlakna za nadzor natezne sile teh materialov.
Merilniki napetosti iz žice in folije
Žica merilniki napetosti so izdelani v obliki spirale iz žice majhnega premera in z lepilom pritrjeni na elastični element ali del, ki se preskuša.Odlikuje jih:
- enostavnost izdelave;
- linearna odvisnost od deformacije;
- majhna velikost in cena.
Med pomanjkljivostmi so navedena nizka občutljivost, vpliv temperature in vlažnosti okolja na merilno napako, možnost uporabe le na področju elastičnih deformacij.
folijo Merilni merilniki so trenutno najpogostejši tip merilnikov napetosti zaradi svojih visokih meroslovnih lastnosti in proizvodnosti. To je postalo na voljo zahvaljujoč fotolitografski tehnologiji njihove izdelave. Napredna tehnologija omogoča pridobitev enojnih merilnikov napetosti z osnovo 0,3 mm, specializiranih vtičnic za merilne merilne mere in verig merilnikov napetosti s širokim temperaturnim območjem delovanja od -240 do +1100 ºС, odvisno od lastnosti materialov merilne mreže.
Prednosti in slabosti merilnikov napetosti
Merilniki napetosti se pogosto uporabljajo zaradi svojih lastnosti:
- možnost monolitne povezave merilnika napetosti s preučevanim delom;
- majhna debelina merilnega elementa, ki zagotavlja visoko natančnost merjenja z napako 1-3%;
- enostavnost pritrditve, tako na ravnih kot ukrivljenih površinah;
- sposobnost merjenja dinamičnih deformacij, ki se spreminjajo s frekvenco do 50.000 Hz;
- možnost izvajanja meritev v težkih okoljskih razmerah v temperaturnem območju od -240 do +1100˚С;
- možnost hkratnega merjenja parametrov na več točkah delov;
- možnost merjenja deformacije predmetov, ki se nahajajo na velikih razdaljah od sistemov merilnih merilnikov;
- sposobnost merjenja deformacij v gibljivih (vrtljivih) delih.
Od pomanjkljivosti je treba omeniti:
- vpliv vremenskih razmer (temperatura in vlaga) na občutljivost senzorjev;
- nepomembne spremembe upornosti merilnih elementov (približno 1%) zahtevajo uporabo ojačevalnikov signala.
- kadar merilniki napetosti delujejo v visokotemperaturnem ali agresivnem okolju, so potrebni posebni ukrepi za njihovo zaščito.
Osnovni diagrami ožičenja
Razmislimo o tem na primeru priključitve merilnikov napetosti na gospodinjske ali industrijske tehtnice. Standardna merilna celica za tehtnico ima štiri večbarvne žice: dva vhoda sta napajalna (+Ex, -Ex), druga dva sta merilna izhoda (+Sig, -Sig). Obstajajo tudi možnosti s petimi žicami, kjer dodatna žica služi kot zaslon za vse ostale. Bistvo dela senzorja za merjenje teže tipa žarka je precej preprosto. Napajanje se dovaja na vhode, napetost pa se odstrani iz izhodov. Vrednost napetosti je odvisna od obremenitve merilnega senzorja.
Če je dolžina žic od obremenitvene celice do enote ADC pomembna, bo upor samih žic vplival na odčitavanje tehtnice. V tem primeru je priporočljivo dodati povratno vezje, ki kompenzira padec napetosti s popravkom napake iz upora žic, vpeljanih v merilno vezje. V tem primeru bo povezovalni diagram imel tri pare žic: moč, merjenje in kompenzacijo izgube.
Primeri uporabe merilnikov napetosti
- tehtalni element.
- merjenje deformacijskih sil pri obdelavi kovin s pritiskom na stiskalnicah in valjarnih.
- spremljanje napetostno-deformacijskih stanj gradbenih konstrukcij in konstrukcij med njihovo montažo in obratovanjem.
- visokotemperaturni senzorji iz toplotno odpornega legiranega jekla za metalurška podjetja.
- z elastičnim elementom iz nerjavnega jekla za meritve v kemično agresivnih okoljih.
- za merjenje tlaka v naftovodih in plinovodih.
Enostavnost, priročnost in izdelava merilnikov napetosti so glavni dejavniki za njihovo nadaljnjo aktivno uporabo, tako v meroslovnih procesih kot v vsakdanjem življenju kot merilnih elementov gospodinjskih aparatov.
Podobni članki:
