Ang strain gauges ay mga device na nagko-convert sa sinusukat na elastic deformation ng solid body sa isang electrical signal. Nangyayari ito dahil sa pagbabago sa resistensya ng conductor ng sensor kapag ang mga geometric na dimensyon nito ay nagbabago mula sa tensyon o compression.
Srain gauge: prinsipyo ng pagpapatakbo
Ang pangunahing elemento ng device ay isang strain gauge na naka-mount sa isang elastic na istraktura. Ang mga strain gauge ay na-calibrate sa pamamagitan ng sunud-sunod na pag-load na may ibinigay na pagtaas ng puwersa at pagsukat sa magnitude ng electrical resistance. Pagkatapos, sa pamamagitan ng pagbabago nito, posibleng matukoy ang mga halaga ng inilapat na hindi kilalang pagkarga at ang strain na proporsyonal dito.
Depende sa uri ng mga sensor, maaari mong sukatin ang:
- lakas;
- pressure;
- move;
- torque;
- acceleration.
Kahit na may pinakakumplikadong scheme ng pag-load ng istraktura, ang aksyon ay nagpapatuloyang strain gauge ay binabawasan sa pag-uunat o pag-compress ng sala-sala nito sa mahabang seksyon na tinatawag na base.
Aling mga strain gauge ang ginagamit
Ang pinakakaraniwang uri ng strain gauge na may pagbabago sa aktibong resistensya sa ilalim ng mekanikal na pagkilos - strain gauge.
Mga wire strain gauge
Ang pinakasimpleng halimbawa ay isang tuwid na piraso ng manipis na wire, na nakakabit sa bahaging pinag-aaralan. Ang paglaban nito ay: r=pL/s, kung saan ang p ay ang resistivity, L ang haba, s ay ang cross-sectional area.
Kasama ang bahagi, ang nakadikit na wire ay elastically deformed. Kasabay nito, nagbabago ang mga geometric na sukat nito. Kapag naka-compress, tumataas ang cross section ng konduktor, at kapag naunat, bumababa ito. Samakatuwid, ang pagbabago sa paglaban ay nagbabago ng sign depende sa direksyon ng pagpapapangit. Linear ang katangian.
Ang mababang sensitivity ng strain gauge ay humantong sa pangangailangang taasan ang haba ng wire sa isang maliit na sukatan. Upang gawin ito, ito ay ginawa sa anyo ng isang spiral (sala-sala) ng kawad, na nakadikit sa magkabilang panig na may mga plato ng pagkakabukod mula sa isang pelikula ng barnis o papel. Upang kumonekta sa electrical circuit, ang aparato ay nilagyan ng dalawang tansong lead wire. Ang mga ito ay welded o soldered sa mga dulo ng coiled wire at sapat na malakas upang kumonekta sa isang de-koryenteng circuit. Ang strain gauge ay nakakabit sa elastic na elemento o sa bahaging sinusuri gamit ang pandikit.
Ang mga wire load cell ay may mga sumusunod na pakinabang:
- simpleng disenyo;
- linear dependence sa strain;
- maliit na sukat;
- mababang presyo.
Ang mga disadvantages ay kinabibilangan ng mababang sensitivity, impluwensya ng ambient temperature, ang pangangailangan para sa proteksyon mula sa kahalumigmigan, gamitin lamang sa lugar ng mga elastic deformation.
Ang wire ay magde-deform kapag ang puwersa ng pagdirikit ng pandikit dito ay labis na lumampas sa puwersang kinakailangan upang maiunat ito. Ang ratio ng ibabaw ng bonding sa cross-sectional area ay dapat na 160 hanggang 200, na tumutugma sa diameter nito na 0.02-0.025 mm. Maaari itong tumaas hanggang 0.05 mm. Pagkatapos, sa panahon ng normal na operasyon ng strain gauge, ang malagkit na layer ay hindi masisira. Bilang karagdagan, mahusay na gumagana ang sensor sa compression, dahil ang mga wire strands ay integral sa adhesive film at sa bahagi.
Foil Load Cells
Ang mga parameter at prinsipyo ng pagpapatakbo ng foil load cell ay kapareho ng sa mga wire. Ang tanging materyal ay nichrome, constantan o titanium-aluminum foil. Ang teknolohiya sa pagmamanupaktura ng photolithography ay nagbibigay-daan sa pagkuha ng kumplikadong pagsasaayos ng lattice at pag-automate ng proseso.
Kung ikukumpara sa wire strain gauge, ang foil strain gauge ay mas sensitibo, nagdadala ng mas kasalukuyang, mas mahusay na nagpapadala ng strain, may mas malalakas na lead, at may mas kumplikadong pattern.
Semiconductor load cells
Ang sensitivity ng mga sensor ay humigit-kumulang 100 beses na mas mataas kaysa sa mga wire, na nagbibigay-daan sa mga ito na magamit nang madalas nang walang mga amplifier. Ang mga disadvantage ay brittleness, mataas na pagtitiwala sa ambient temperature at makabuluhanparameter spread.
Mga detalye ng strain gauge
- Base - ang haba ng grid conductor (0.2-150 mm).
- Nominal resistance R - aktibong resistance value (10-1000 Ohm).
- Working supply current Ip - kasalukuyang kung saan ang strain gauge ay hindi kapansin-pansing umiinit. Kapag nag-overheat, nagbabago ang mga katangian ng mga materyales ng sensing element, ang base at ang adhesive layer, na nagpapadistort sa mga reading.
- Strain factor: s=(∆R/R)/(∆L/L), kung saan ang R at L ay ang electrical resistance at ang haba ng unloaded sensor, ayon sa pagkakabanggit; ∆R at ∆L - pagbabago sa paglaban at pagpapapangit mula sa panlabas na puwersa. Para sa iba't ibang mga materyales, maaari itong maging positibo (R tumataas sa pag-igting) at negatibo (R tumaas sa compression). Ang halaga ng s para sa iba't ibang metal ay nag-iiba mula -12.6 hanggang +6.
Mga scheme para sa pag-switch sa mga strain gauge
Upang sukatin ang maliliit na signal ng kuryente, ang pinakamagandang opsyon ay isang koneksyon sa tulay, kung saan ang gitna ay isang voltmeter. Ang pinakasimpleng halimbawa ay isang strain gauge, ang circuit na kung saan ay binuo ayon sa prinsipyo ng isang electric bridge, sa isa sa mga braso kung saan ito ay konektado. Ang hindi na-load na paglaban nito ay magiging kapareho ng iba pang mga resistors. Sa kasong ito, magpapakita ang device ng zero na boltahe.
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng strain gauge ay ang pagtaas o pagbaba ng halaga ng resistensya nito, depende kung ang mga puwersa ay compressive o tensile.
Ang temperatura ng strain gauge ay may malaking epekto sa katumpakan ng mga pagbabasa. Kung ang isang katulad na strain resistance ay kasama sa kabilang braso ng tulay, na hindi mai-load, ito ay gaganap ng function ng compensating para sa thermal effect.
Ang circuit ng pagsukat ay dapat ding isaalang-alang ang mga halaga ng paglaban ng elektrikal ng mga wire na konektado sa risistor. Nababawasan ang kanilang impluwensya sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isa pang wire na konektado sa isa sa mga pin ng strain gauge at voltmeter.
Kung ang parehong mga sensor ay nakadikit sa nababanat na elemento sa paraang ang kanilang mga load ay naiiba sa sign, ang signal ay lalakas ng 2 beses. Kung mayroong apat na sensor sa circuit na may mga load na ipinahiwatig ng mga arrow sa diagram sa itaas, ang sensitivity ay tataas nang malaki. Sa koneksyon na ito ng wire o foil strain gauges, ang isang conventional microammeter ay magbibigay ng mga pagbabasa nang walang electrical signal amplifier. Mahalagang tumpak na piliin ang mga halaga ng paglaban gamit ang isang multimeter upang magkapantay ang mga ito sa bawat isa sa bawat braso ng electric bridge.
Paglalapat ng mga strain gauge sa engineering
- Bahagi ng disenyo ng mga timbangan: kapag tumitimbang, ang katawan ng sensor ay elastically deformed, at kasama nito ang mga strain gauge na nakadikit dito, na konektado sa isang circuit. Ang electrical signal ay ipinapadala sa metro.
- Pagsubaybay sa stress-strain na estado ng mga istruktura ng gusali at mga istrukturang inhinyero sa proseso ng pagtatayo at pagpapatakbo ng mga ito.
- Mga strain gauge para sa pagsukat ng mga puwersa ng pagpapapangit sa panahon ng machiningpresyon ng metal sa mga rolling mill at stamping press.
- Mga sensor ng mataas na temperatura para sa bakal at iba pang industriya.
- Mga sensor ng pagsukat na may stainless steel na elastic na elemento para sa operasyon sa mga kapaligirang agresibo sa kemikal.
Ang mga karaniwang strain gauge ay ginawa sa anyo ng mga washer, column, simple o double-sided beam, S-shaped. Para sa lahat ng mga istraktura, mahalaga na ang puwersa ay inilapat sa isang direksyon: mula sa itaas hanggang sa ibaba o vice versa. Sa ilalim ng malubhang kondisyon ng pagpapatakbo, ginagawang posible ng mga espesyal na disenyo na alisin ang pagkilos ng mga pwersang parasitiko. Ang kanilang mga presyo ay higit na nakadepende dito.
Para sa mga strain gauge, ang presyo ay mula sa daan-daang rubles hanggang daan-daang libo. Malaki ang nakasalalay sa tagagawa, disenyo, materyales, teknolohiya sa pagmamanupaktura, ang mga halaga ng sinusukat na mga parameter, karagdagang elektronikong kagamitan. Sa karamihan, ang mga ito ay bahagi ng iba't ibang uri ng kaliskis.
Konklusyon
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng lahat ng strain gauges ay batay sa pagbabago ng deformation ng elastic na elemento sa isang electrical signal. Para sa iba't ibang layunin, mayroong iba't ibang mga disenyo ng sensor. Kapag pumipili ng strain gauge, mahalagang matukoy kung ang mga circuit ay may kabayaran para sa distorting temperature readings at parasitic mechanical influences.
