"Tikslumas yra karalių mandagumas!" Šiandien šis viduramžių prancūzų aforizmas tampa vis aktualesnis. Vis dažniau pramonėje ir namų ūkiuose tikslių matavimo užduočių atlikimui naudojami prietaisai, pagrįsti tenzometrine technologija.
Turinys
Kas yra įtampos matuoklio technologija ir kam skirtos apkrovos ląstelės?
Deformacijos matuoklis (iš lotynų kalbos tensus - įtemptas) - tai metodas ir technika, skirta matuojamo objekto ar konstrukcijos įtempių ir deformacijų būklei matuoti. Esmė ta, kad mechaninio įtempio tiesiogiai išmatuoti neįmanoma, todėl reikia išmatuoti objekto deformaciją ir apskaičiuoti įtempį naudojant specialius metodus, kuriuose atsižvelgiama į medžiagos fizikines savybes.
Deformacijos matuokliai yra pagrįsti deformacijos efektu, t. y. kietųjų medžiagų savybe keisti savo atsparumą įvairioms deformacijoms. Deformacijos matuokliai - tai prietaisai, kuriais matuojama kietojo kūno tamprioji deformacija ir paverčiama elektriniu signalu. Šis procesas vyksta, kai jutiklio laidininko varža kinta jį ištempiant ir suspaudžiant. Jie yra pagrindinis kietųjų kūnų (pvz., mašinų dalių, konstrukcijų, pastatų) įtempių matavimo prietaisų elementas.
Konstrukcija ir veikimo principas
Deformacijos matuoklio pagrindas yra tenzometras su specialiais kontaktais, pritvirtintais prie matavimo elemento priekinės dalies. Matavimo metu jautrūs skydelio kontaktai liečia objektą. Ši deformacija matuojama ir paverčiama elektriniu signalu, kuris perduodamas į tenzometro apdorojimo ir rodymo elementus.
Priklausomai nuo funkcinio naudojimo srities, jutikliai skiriasi tiek tipu, tiek matuojamos vertės tipu. Svarbus veiksnys yra reikalaujamas matavimo tikslumas. Pavyzdžiui, sunkvežimio svarstyklių apkrovos elementas kepyklos kasoje visiškai neprilygsta elektroninėms vaistinės svarstyklėms, kuriose svarbi kiekviena šimtoji gramo dalis.
Atidžiau apžvelkime šiuolaikinių tenzometrų tipus ir rūšis.
Sukimo momento jutikliai
Sukimo momento jutikliai skirti sukamųjų dalių, pavyzdžiui, variklio alkūninio veleno arba vairo kolonėlės, sukimo momentui matuoti. Sukimo momento jutikliai gali nustatyti statinį ir dinaminį sukimo momentą kontaktiniu arba bekontakčiu (telemetriniu) būdu.
Sijos, konsolės ir krašto tipo apkrovos elementai
Šių tipų jutikliai paprastai yra lygiagretainio formos su integruotu lenkiamuoju elementu, užtikrinančiu didelį jautrumą ir matavimo tiesiškumą. Deformacijos matuokliai tvirtinami prie jautrių jutiklio elastinio elemento dalių ir yra sujungti visiško tiltelio principu.
Konstrukciniu požiūriu sijos deformacijos matuoklis turi specialias skylutes netolygiam apkrovos pasiskirstymui ir gniuždymo bei tempimo deformacijų nustatymui. Kad būtų pasiektas didžiausias efektas, deformacijos matuokliai specialiais ženklais orientuojami griežtai pagal sijos paviršių ploniausiame taške. Labai tikslūs ir patikimi šio tipo apkrovos jutikliai naudojami kuriant daugiajutiklines matavimo sistemas platforminėse arba bunkerinėse svarstyklėse. Jie taip pat naudojami dozavimo svarstyklėse, birių produktų ir skysčių užpildymo įrenginiuose, kabelių įtempimo matuokliuose ir kituose apkrovos jutikliuose.
Tempimo ir gniuždymo apkrovos elementai
Tempimo ir gniuždymo apkrovos elementai paprastai yra S formos, pagaminti iš aliuminio arba nerūdijančiojo plieno. Sukurtos bunkerinėms svarstyklėms ir dozavimo mašinoms, kurių matavimo diapazonas yra nuo 0,2 iki 20 tonų. S tipo tempimo ir suspaudimo apkrovos jutikliai gali būti naudojami kabelių, audinių ir pluoštų gamybos mašinose šių medžiagų tempimo jėgai stebėti.
Vielos ir folijos tenzometrai
Vielos suvyniojimas Ratu suvynioti tenzometrai gaminami kaip mažo skersmens vielos ritės ir klijais pritvirtinami prie tampriojo elemento arba bandomo ruošinio. Jiems būdingos šios savybės:
- paprastas gaminimas;
- tiesinė deformacijos priklausomybė;
- Nedideli matmenys ir kaina.
Trūkumai: mažas jautrumas, temperatūros ir drėgmės įtaka matavimo paklaidai, galimybė taikyti tik tampriųjų deformacijų srityje.
Folija Dėl aukštų metrologinių savybių ir patogumo gaminti šiuo metu labiausiai paplitę tenzometriniai matuokliai. Tai įmanoma dėl fotolitografinės jų gamybos technologijos. Moderniausia technologija leidžia gaminti pavienius 0,3 mm pagrindo tenzometrus, specialius tenzometrų lizdus ir tenzometrų grandinėles, kurių darbinė temperatūra gali būti nuo -240 iki +1100 ºС, priklausomai nuo matavimo tinklelio medžiagų savybių.
Apkrovos elementų privalumai ir trūkumai
Deformacijos matuokliai plačiai naudojami dėl savo savybių:
- Deformacijos matuoklio ir tiriamo ruošinio monolitinio sujungimo galimybė;
- Nedidelis matavimo elemento storis, todėl matavimai atliekami labai tiksliai, paklaida 1-3 %;
- lengva montuoti tiek ant plokščių, tiek ant lenktų paviršių;
- galimybė matuoti dinamines deformacijas iki 50 000 Hz dažniu;
- galimybė matuoti sudėtingomis aplinkos sąlygomis nuo -240 iki +1100˚C temperatūroje;
- Galimybė vienu metu matuoti parametrus daugelyje dalių taškų;
- galimybė matuoti objektų, esančių dideliais atstumais nuo deformacijos matavimo sistemų, deformacijas;
- deformacijos matavimo galimybė judančiose (besisukančiose) dalyse.
Trūkumai yra šie:
- meteorologinių sąlygų (temperatūros ir drėgmės) įtaka jutiklių jautrumui;
- nežymiems matavimo elementų varžos pokyčiams (apie 1 %) reikia naudoti signalo stiprintuvus.
- Kai tenzometrai veikia aukštoje temperatūroje arba agresyvioje aplinkoje, reikia imtis specialių apsaugos priemonių.
Pagrindinės jungčių schemos
Panagrinėkime tai remdamiesi deformacijos matuoklių prijungimo prie buitinių arba pramoninių svarstyklių pavyzdžiu. Standartinis svarstyklių apkrovos elementas turi keturis skirtingos spalvos laidus: du įėjimai yra maitinimo šaltinis (+Ex, -Ex), kiti du - matavimo išėjimai (+Sig, -Sig). Taip pat yra variantų su penkiais laidais, kai papildomas laidas yra visų kitų laidų ekranas. Sijos tipo apkrovos elemento veikimas yra gana paprastas. Maitinimas tiekiamas į įėjimus, o įtampa imama iš išėjimų. Įtampos dydis priklauso nuo matavimo jutiklio apkrovos.
Jei laidų ilgis nuo apkrovos elemento iki ADC įrenginio yra didelis, tada pačių laidų varža turės įtakos skalės rodmenims. Tokiu atveju patartina pridėti grįžtamojo ryšio grandinę, kuri kompensuoja įtampos kritimą, ištaisydama į matavimo grandinę įvestą švino varžos paklaidą. Tokiu atveju laidų schemoje bus trys poros laidų: maitinimo, matavimo ir nuostolių kompensavimo.
Deformacijos matuoklių taikymo pavyzdžiai
- Svarstyklių konstrukcijos sudedamoji dalis.
- Deformacijos jėgų matavimas formuojant metalą kalimo presuose ir valcavimo staklėse.
- Statybinių konstrukcijų ir statinių įtempių ir deformacijų būklės stebėjimas juos montuojant ir eksploatuojant.
- Aukštos temperatūros jutikliai iš karščiui atsparaus legiruoto plieno, skirti metalurgijos įmonėms.
- su nerūdijančiojo plieno elastingu elementu, skirtu matuoti chemiškai agresyviose aplinkose.
- Skirtas slėgiui matuoti naftos ir dujų vamzdynuose.
Apkrovos jutiklių paprastumas, patogumas ir apdorojamumas yra pagrindiniai veiksniai, lemiantys jų tolesnį aktyvų diegimą tiek metrologiniuose procesuose, tiek kasdieniniame gyvenime kaip buitinių prietaisų matavimo elementų.
Susiję straipsniai:
