Základy měření tenzometru

Základy měření tenzometru

Tenzometr je jedním z nejužitečnějších nástrojů pro přesné měření roztažnosti nebo smrštění materiálu při působení sil. Tenzometry jsou také užitečné pro nepřímé měření aplikovaných sil, pokud jsou přibližně lineárně vyrovnány s deformací materiálu.

Co jsou tenzometry

Tenzometry jsou snímače, jejichž elektrický odpor se mění úměrně s velikostí napětí (deformace materiálu).



Ideální tenzometr by změnil svůj odpor v poměru k podélnému namáhání povrchu, ke kterému je snímač připojen.



Existují však i další faktory, které mohou ovlivnit odolnost, jako je teplota, vlastnosti materiálu a lepidlo, které váží měřidlo k materiálu.

Tenzometr se skládá z paralelní mřížky z velmi jemného kovového drátu nebo fólie spojené s napnutým povrchem tenkou izolovanou vrstvou epoxidu. Když je spojovaný materiál namáhán, napětí se přenáší přes lepidlo. Tvar mřížky je navržen ve vzoru, který poskytuje maximální změnu odporu na jednotku plochy.



Jak vybrat tenzometr

Při výběru tenzometru pro aplikaci jsou tři hlavní aspekty provozní teplota, povaha detekovaného tahu a požadavky na stabilitu.

Jelikož je tenzometr namontován na napjatý povrch, je důležité, aby byl tenzometr napnut stejně jako povrch. Lepicí materiál by měl být vybírán opatrně, aby spolehlivě přenášel napětí na senzor v širokém teplotním rozsahu a dalších podmínkách.



Hodnota odporu tenzometru se mění v závislosti na aplikovaném přetvoření podle: změny R / R = S kde R je odpor, e je napětí a S je faktor citlivosti na napětí. U měřidel s kovovou fólií je faktor citlivosti na přetvoření přibližně 2.

Přírůstky napětí jsou obvykle menší než 0,005 palce / palec a jsou často vyjádřeny v jednotkách mikro-napětí. Z vzorce je patrné, že odpor tenzometru se bude měnit s velmi malým množstvím při daném kmenu, řádově 0,1%.

Poté lze z tohoto rezistoru odečíst napětí, vyjádřené v milivoltech na volt (mV / V), aby se poskytla naměřená hodnota napětí.

Poissonův poměr je měřítkem ztenčení a prodloužení, ke kterému dochází v materiálu při jeho namáhání. Pokud je například na odporový drát aplikována tahová síla, drát by se mírně prodloužil a současně se ztenčil. Tento poměr těchto dvou kmenů je Poissonův poměr.

Toto je základní princip měření tenzometru, protože odpor drátu by se proporcionálně zvýšil v důsledku Poissonova jevu.

Jak přesně měřit výstup tenzometru

Pro přesné měření malé změny odporu se tenzometry téměř vždy nacházejí v konfiguraci můstku se zdrojem budicího napětí.

Wheatstoneův most se běžně používá, jak je znázorněno na obrázku. Most je vyvážený, když jsou poměry rezistorů na obou stranách stejné, nebo R1 / R2 = R4 / R3. Je zřejmé, že za této podmínky je výstupní napětí nulové.

Se změnou odporu tenzometru (Rg) se výstupní napětí (Vout) změní o několik milVoltů a toto napětí se poté zesílí diferenciálním zesilovačem, aby se vrátila čitelná hodnota.

Tento Wheatstoneův obvod je také vhodný pro teplotní kompenzaci - může téměř eliminovat účinky teploty. Někdy je materiál měřidla navržen tak, aby kompenzoval tepelnou roztažnost, ale to úplně neodstraní tepelnou citlivost.

Pro dosažení lepší tepelné kompenzace by mohl být odpor jako R3 nahrazen podobným tenzometrem. To by mělo tendenci anulovat teplotní účinky.

Ve skutečnosti by všechny čtyři rezistory mohly být nahrazeny tenzometrickými senzory pro maximální teplotní stabilitu. Dva z nich (R1 a R3) lze nastavit pro měření komprese, zatímco další dva (R2 a R4) jsou nastaveny pro měření napětí.

Tím se nejen vyrovná teplota, ale také se zvýší citlivost čtyřikrát. Kmenové měřidla s prvky elektrického odporu jsou zdaleka nejběžnějším typem snímače pro měření deformace, protože mají také výhody nižších nákladů jako dobře zavedený.

Jsou k dispozici v malých velikostech a jsou pouze mírně ovlivněny teplotními změnami, přičemž současně dosahují chyby menší než +/- 0,10%. Lepené odporové tenzometry jsou také vysoce citlivé a lze je použít k měření statického i dynamického napětí.

Existují však i jiné typy dostupné pro určité aplikace, například piezoelektrické, uhlíkové, polovodivé, akustické, optické a indukční.

Existují dokonce tenzometrické senzory založené na kondenzátorovém obvodu.




Předchozí: Nejlevnější SMPS obvod využívající MJE13005 Další: Použijte svůj počítač jako osciloskop