Základy merania tenzometra

Tenzometer je jedným z najužitočnejších nástrojov na presné meranie rozťažnosti alebo kontrakcie materiálu pri pôsobení síl. Tenzometre sú tiež užitočné na nepriame meranie aplikovaných síl, ak sú približne lineárne zarovnané s deformáciou materiálu.

Čo sú to tenzometre

Tenzometre sú snímače, ktorých elektrický odpor sa mení úmerne s veľkosťou napätia (deformácie materiálu).

Ideálny tenzometer by zmenil svoj odpor úmerne s pozdĺžnym namáhaním povrchu, ku ktorému je snímač pripojený.

Existujú však aj ďalšie faktory, ktoré môžu ovplyvniť odolnosť, ako napríklad teplota, vlastnosti materiálu a lepidlo, ktoré spája meradlo s materiálom.

Tenzometer sa skladá z paralelnej mriežky z veľmi jemného kovového drôtu alebo fólie, ktoré sú spojené s napnutým povrchom tenkou izolovanou vrstvou epoxidu. Keď je spojený materiál napnutý, napätie sa prenáša cez lepidlo. Tvar mriežky je navrhnutý vo vzore, ktorý poskytuje maximálnu zmenu odporu na jednotku plochy.

Ako zvoliť tenzometer

Pri výbere tenzometra pre danú aplikáciu sú potrebné tri hlavné hľadiská: prevádzková teplota, charakter detekovaného napätia a požiadavky na stabilitu.

Pretože je tenzometer namontovaný na namáhanom povrchu, je dôležité, aby bol tenzometer namáhaný rovnako s povrchom. Lepiaci materiál by sa mal vyberať opatrne, aby spoľahlivo prenášal napätie na snímač v širokom rozmedzí teplôt a iných podmienkach.

Hodnota odporu tenzometra sa líši v závislosti od aplikovaného napätia podľa: zmeny R / R = S kde R je odpor, e je deformácia a S je faktor citlivosti na deformáciu. Pre merače kovovej fólie je faktor citlivosti na deformáciu asi 2.

Prírastky napätia sú zvyčajne menšie ako 0,005 palca / palec a sú často vyjadrené v jednotkách mikro-napätia. Z vzorca je zrejmé, že odpor tenzometra sa bude meniť pri veľmi malom množstve s daným napätím, rádovo 0,1%.

Z tohto rezistora sa potom môže odčítať napätie, ktoré vyjadruje milivolty na volt (mV / V), aby sa získala nameraná hodnota napätia.

Poissonov pomer je mierou zriedenia a predĺženia, ktoré sa vyskytujú v materiáli pri jeho namáhaní. Ak sa napríklad na odporový drôt aplikuje ťahová sila, drôt by sa mierne predĺžil a zároveň by bol tenší. Tento pomer týchto dvoch kmeňov je Poissonov pomer.

Toto je základný princíp meraní tenzometra, pretože odpor drôtu by sa úmerne zvyšoval v dôsledku Poissonovho javu.

Ako presne merať výstup tenzometra

Na presné meranie malej zmeny odporu sa tenzometre takmer vždy nachádzajú v konfigurácii mosta so zdrojom budenia napätia.

Wheatstoneov most sa bežne používa tak, ako je to znázornené na diagrame. Mostík je vyvážený, keď sú pomery rezistorov rovnaké na oboch stranách alebo R1 / R2 = R4 / R3. Je zrejmé, že za týchto podmienok je výstupné napätie nulové.

Pri zmene odporu tenzometra (Rg) sa výstupné napätie (Vout) mení o niekoľko milliVoltov a toto napätie sa potom zosilňuje diferenciálnym zosilňovačom, aby sa vrátila čitateľná hodnota.

Tento Wheatstoneov obvod je vhodný aj na teplotnú kompenzáciu - dokáže takmer eliminovať teplotné vplyvy. Niekedy je materiál meradla navrhnutý tak, aby kompenzoval tepelnú rozťažnosť, čo však úplne neodstraňuje tepelnú citlivosť.

Na dosiahnutie lepšej tepelnej kompenzácie je možné odpor ako R3 nahradiť podobným tenzometrom. To by malo tendenciu anulovať teplotné účinky.

V skutočnosti by všetky štyri rezistory mohli byť nahradené snímačmi tenzometra pre maximálnu teplotnú stabilitu. Dva z nich (R1 a R3) je možné nastaviť na meranie kompresie, zatiaľ čo ďalšie dva (R2 a R4) sú určené na meranie napätia.

Toto nielen kompenzuje teplotu, ale tiež zvyšuje citlivosť až štvornásobne. Kmeňové merače s prvkami elektrického odporu sú zďaleka najbežnejším typom snímačov na meranie namáhania, pretože majú aj výhody nižších nákladov. ako dobre zavedený.

Sú k dispozícii v malých veľkostiach a sú len mierne ovplyvnené zmenami teploty a súčasne dosahujú chyby menšie ako +/- 0,10%. Lepené odporové tenzometre sú tiež veľmi citlivé a je možné ich použiť na meranie statického aj dynamického napätia.

Pre určité aplikácie sú však k dispozícii aj iné typy, napríklad piezoelektrické, uhlíkové, polovodivé, akustické, optické a indukčné.

Existujú dokonca aj tenzometrické snímače založené na kondenzátorovom obvode.