„Tikslumas – karalių mandagumas! Mūsų laikais šio viduramžių prancūzų aforizmo aktualumas tik auga. Norint atlikti tikslius matavimo skaičiavimus gamyboje ir kasdieniame gyvenime, vis dažniau naudojami prietaisai, pagrįsti deformacijų matuokliais.
Turinys
Kas yra įtempio matuoklis ir kam skirti įtempio matuokliai?
Tensometrija (iš lot. tensus – kirčiuotas) – tai metodas ir technika, skirta išmatuoti išmatuoto objekto ar struktūros įtempių ir deformacijų būseną. Faktas yra tas, kad neįmanoma tiesiogiai išmatuoti mechaninio įtempio, todėl užduotis yra išmatuoti objekto deformaciją ir apskaičiuoti įtampą naudojant specialius metodus, kuriuose atsižvelgiama į fizines medžiagos savybes.
Tempimo matuoklių darbas pagrįstas deformacijos efektu – tai kietų medžiagų savybė keisti savo atsparumą esant įvairioms deformacijoms. Tempimo matuoklio jutikliai yra prietaisai, matuojantys kieto kūno elastinę deformaciją ir paverčiantys jos vertę elektriniu signalu. Šis procesas vyksta, kai pasikeičia jutiklio laidininko varža jį ištempus ir suspaudžiant. Jie yra pagrindinis kietųjų kūnų (pavyzdžiui, mašinų dalių, konstrukcijų, pastatų) deformacijos matavimo prietaisų elementas.
Įrenginys ir veikimo principas
Įtempimo matuoklio pagrindas yra įtempio matuoklis su specialiais kontaktais, pritvirtintais matavimo skydelio priekyje. Matavimo metu jautrūs skydo kontaktai liečiasi su objektu. Įvyksta jų deformacija, kuri išmatuojama ir paverčiama elektriniu signalu, perduodamu į deformacijos matuoklio išmatuotos vertės apdorojimo ir rodymo elementus.
Priklausomai nuo funkcinio naudojimo apimties, jutikliai skiriasi tiek tipais, tiek išmatuojamų dydžių tipais. Svarbus veiksnys yra reikalingas matavimo tikslumas. Pavyzdžiui, apkrovos daviklis prie išėjimo iš kepyklos visiškai netinka elektroninėms farmacinėms svarstyklėms, kur svarbi kiekviena šimtoji gramo dalis.
Leiskite mums išsamiau apsvarstyti šiuolaikinių deformacijų matuoklių tipus ir tipus.
Sukimo momento jutikliai
Sukimo momento jutikliai skirti matuoti besisukančių sistemų dalių, tokių kaip variklio alkūninis velenas arba vairo kolonėlė, sukimo momentą.Sukimo momento deformacijų matuokliai gali nustatyti tiek statinį, tiek dinaminį sukimo momentą kontaktiniu arba nekontaktiniu (telemetriniu) metodu.
Sijos, konsolės ir kraštinės apkrovos elementai
Šio tipo keitikliai dažniausiai gaminami pagal lygiagretainio konstrukciją su įmontuotu lenkimo elementu, užtikrinančiu didelį matavimų jautrumą ir tiesiškumą. Juose esantys tempimo matuokliai tvirtinami jautriose jutiklio elastingo elemento vietose ir sujungiami pagal pilną tiltelio schemą.
Konstrukciškai sijos apkrovos elementas turi specialias angas, skirtas netolygiam apkrovos paskirstymui ir gniuždomųjų bei tempimo deformacijų aptikimui. Norint pasiekti maksimalų efektą, deformacijos matuokliai yra griežtai orientuoti specialiais ženklais ant sijos paviršiaus ploniausioje vietoje. Itin tikslūs ir patikimi tokio tipo jutikliai naudojami kuriant kelių jutiklių matavimo sistemas platforminėse ar bunkerio svarstyklėse. Jie rado savo pritaikymą svėrimo dozatoriuose, birių ir skystų produktų pakuotojuose, kabelių įtempimo matuokliuose ir kituose galios apkrovos matuokliuose.
Tempimo ir gniuždymo apkrovos elementai
Tempimo ir gniuždymo apkrovos elementai dažniausiai yra S formos, pagaminti iš aliuminio ir legiruotojo nerūdijančio plieno. Skirta bunkerių svarstyklėms ir balionėliams, kurių matavimo diapazonas nuo 0,2 iki 20 tonų. S formos tempimo ir gniuždymo apkrovos elementai gali būti naudojami kabelių, audinių ir pluošto mašinose, kad būtų galima valdyti šių medžiagų tempimo jėgą.
Vielos ir folijos tempimo matuokliai
Viela deformacijos matuokliai gaminami iš mažo skersmens vielos spiralės ir tvirtinami ant elastingo elemento arba bandomosios dalies klijais.Jie išsiskiria:
- gamybos paprastumas;
- tiesinė priklausomybė nuo deformacijos;
- mažas dydis ir kaina.
Tarp trūkumų pažymimas mažas jautrumas, temperatūros ir aplinkos drėgmės įtaka matavimo paklaidai, galimybė naudoti tik tamprių deformacijų srityje.
folija deformaciniai matuokliai šiuo metu yra labiausiai paplitęs tenzo matuoklių tipas dėl savo aukštų metrologinių savybių ir gamybos galimybių. Tai tapo prieinama dėl jų gamybos fotolitografinės technologijos. Pažangios technologijos leidžia gauti pavienius deformacinius matuoklius su 0,3 mm pagrindo, specializuotus tenzo matuoklio lizdus ir įtempimo matuoklių grandines, kurių darbinė temperatūra yra nuo -240 iki +1100 ºС, priklausomai nuo matavimo tinklelio medžiagų savybių.
Įtempimo matuoklių privalumai ir trūkumai
Įtempimo matuokliai yra plačiai naudojami dėl savo savybių:
- monolitinio įtempio matuoklio sujungimo su tiriama dalimi galimybė;
- mažas matavimo elemento storis, užtikrinantis aukštą matavimo tikslumą su 1-3% paklaida;
- lengvas tvirtinimas tiek ant plokščių, tiek ant lenktų paviršių;
- galimybė išmatuoti dinamines deformacijas, kurios kinta iki 50 000 Hz dažniu;
- galimybė atlikti matavimus sudėtingomis aplinkos sąlygomis temperatūros diapazone nuo -240 iki +1100˚С;
- galimybė vienu metu matuoti parametrus daugelyje dalių taškų;
- galimybė išmatuoti objektų, esančių dideliais atstumais nuo deformacijų matuoklių sistemų, deformaciją;
- gebėjimas išmatuoti deformacijas judančiose (besisukančiose) dalyse.
Iš trūkumų reikėtų pažymėti:
- oro sąlygų (temperatūros ir drėgmės) įtaka jutiklių jautrumui;
- dėl nereikšmingų matavimo elementų varžos pokyčių (apie 1%) reikia naudoti signalo stiprintuvus.
- kai įtempio matuokliai veikia aukštoje temperatūroje arba agresyvioje aplinkoje, jiems apsaugoti reikalingos specialios priemonės.
Pagrindinės laidų schemos
Panagrinėkime tai naudodami įtempio matuoklių prijungimo prie buitinių ar pramoninių svarstyklių pavyzdį. Standartinis svarstyklių apkrovos elementas turi keturis įvairiaspalvius laidus: du įėjimai yra maitinimo šaltinis (+Ex, -Ex), kiti du yra matavimo išėjimai (+Sig, -Sig). Taip pat yra penkių laidų variantų, kur papildomas laidas tarnauja kaip ekranas visiems kitiems. Sijos tipo svorio matavimo jutiklio darbo esmė yra gana paprasta. Maitinimas tiekiamas į įėjimus, o įtampa pašalinama iš išėjimų. Įtampos vertė priklauso nuo taikomo matavimo jutiklio apkrovos.
Jei laidų ilgis nuo svorio apkrovos elemento iki ADC bloko yra didelis, tada pačių laidų varža turės įtakos svarstyklių rodmenims. Tokiu atveju patartina pridėti grįžtamojo ryšio grandinę, kuri kompensuoja įtampos kritimą, taisant paklaidą iš laidų, įvestų į matavimo grandinę, varžos. Šiuo atveju prijungimo schemoje bus trys laidų poros: maitinimo, matavimo ir nuostolių kompensavimo.
Įtempimo matuoklių taikymo pavyzdžiai
- svėrimo elementas.
- deformacijų jėgų matavimas apdorojant metalus spaudžiant štampavimo presus ir valcavimo stakles.
- pastato konstrukcijų ir konstrukcijų įtempių ir deformacijų būsenų stebėjimas juos statant ir eksploatuojant.
- aukštos temperatūros jutikliai, pagaminti iš karščiui atsparaus legiruotojo plieno, skirti metalurgijos įmonėms.
- su nerūdijančio plieno elastiniu elementu matavimams chemiškai agresyvioje aplinkoje.
- slėgio matavimui naftos ir dujotiekiuose.
Tempimo matuoklių paprastumas, patogumas ir pagaminamumas yra pagrindiniai veiksniai tolesniam aktyviam jų diegimui tiek metrologiniuose procesuose, tiek kasdieniame gyvenime kaip buitinės technikos matavimo elementai.
Panašūs straipsniai:
