"Точността - учтивостта на кралете!" В наше време уместността на този средновековен френски афоризъм само нараства. За извършване на точни измервателни изчисления в производството и в ежедневието все по-често се използват устройства, базирани на тензодатчици.
Съдържание
Какво е тензометър и за какво са тензодатчиците?
Тензометрията (от лат. tensus - напрегнат) е метод и техника за измерване на напрегнато-деформационното състояние на измерван обект или конструкция. Факт е, че е невъзможно директно да се измери механичното напрежение, така че задачата е да се измери деформацията на обекта и да се изчисли напрежението с помощта на специални техники, които отчитат физическите свойства на материала.
Работата на тензометъра се основава на деформационния ефект - това е свойството на твърдите материали да променят съпротивлението си при различни деформации. Сензорите за тензометър са устройства, които измерват еластичната деформация на твърдо тяло и преобразуват стойността му в електрически сигнал. Този процес се случва, когато съпротивлението на проводника на сензора се променя, когато се разтяга и компресира. Те са основният елемент в инструментите за измерване на деформацията на твърди тела (например машинни части, конструкции, сгради).
Устройство и принцип на действие
Основата на тензометъра е тензометър, оборудван със специални контакти, фиксирани на предната страна на измервателния панел. По време на измерването чувствителните контакти на панела са в контакт с обекта. Възниква тяхната деформация, която се измерва и преобразува в електрически сигнал, предаван на елементите за обработка и показване на измерената стойност на тензометъра.
В зависимост от обхвата на функционално използване, сензорите се различават както по видове, така и по видове измервани величини. Важен фактор е необходимата точност на измерване. Например, тензодатчик на товарната клетка на изхода от пекарната абсолютно не е подходящ за електронни фармацевтични везни, където всяка стотна от грама е важна.
Нека разгледаме по-подробно видовете и видовете съвременни тензодатчици.
Сензори за въртящ момент
Сензорите за въртящ момент са предназначени за измерване на въртящия момент на въртящи се части на системи като колянов вал на двигателя или кормилна колона.Тензодатчиците на въртящия момент могат да определят както статичен, така и динамичен въртящ момент чрез контактен или безконтактен (телеметричен) метод.
Клетки за натоварване на греда, конзола и ръбове
Тези видове преобразуватели обикновено се изработват на базата на паралелограмна конструкция с вграден огъващ елемент за висока чувствителност и линейност на измерванията. Тензодатчиците в тях са фиксирани върху чувствителните зони на еластичния елемент на сензора и са свързани по пълната мостова схема.
Конструктивно, товарната клетка на гредата има специални отвори за неравномерно разпределение на натоварването и откриване на деформации на натиск и опън. За да се постигне максимален ефект, тензодатчиците са строго ориентирани чрез специални маркировки върху повърхността на лъча в най-тънката му точка. Високоточни и надеждни сензори от този тип се използват за създаване на многосензорни измервателни системи в платформени или бункерни везни. Те са намерили своето приложение в дозаторите за претегляне, опаковките на насипни и течни продукти, измервателите на напрежението на кабелите и други измервателни уреди за мощност.
Клетки за натоварване на опън и натиск
Клетките за натоварване на опън и натиск обикновено са S-образни, изработени от алуминий и легирана неръждаема стомана. Проектиран за бункерни везни и дозатори с обхват на измерване от 0,2 до 20 тона. S-образни клетки за опън и натиск могат да се използват в машини за кабели, тъкани и влакна за контролиране на силата на опън на тези материали.
Тел и фолио тензометър
Тел тензодатчиците са направени под формата на спирала от тел с малък диаметър и се монтират върху еластичен елемент или част, която се изпитва с лепило.Те се отличават с:
- лекота на производство;
- линейна зависимост от напрежението;
- малък размер и цена.
Сред недостатъците се отбелязват ниската чувствителност, влиянието на температурата и влажността на околната среда върху грешката на измерването, възможността за използване само в областта на еластичните деформации.
фолио тензодатчиците в момента са най-разпространеният тип тензодатчици поради високите си метрологични качества и технологичност. Това стана достъпно благодарение на фотолитографската технология на тяхното производство. Усъвършенстваната технология дава възможност за получаване на единични тензодатчици с основа 0,3 мм, специализирани тензодатчици и вериги от тензодатчици с широк работен температурен диапазон от -240 до +1100 ºС, в зависимост от свойствата на материалите на измервателната мрежа.
Предимства и недостатъци на тензодатчиците
Тензодатчиците се използват широко поради своите свойства:
- възможността за монолитно свързване на тензометъра с изследваната част;
- малка дебелина на измервателния елемент, което осигурява висока точност на измерване с грешка от 1-3%;
- лекота на закрепване, както на плоски, така и на извити повърхности;
- способността за измерване на динамични деформации, които се променят с честота до 50 000 Hz;
- възможност за извършване на измервания в трудни условия на околната среда в температурен диапазон от -240 до +1100˚С;
- възможността за едновременно измерване на параметри в много точки на частите;
- възможността за измерване на деформацията на обекти, разположени на големи разстояния от тензометрични системи;
- способността за измерване на деформации в движещи се (въртящи се) части.
От недостатъците трябва да се отбележи:
- влияние на метеорологичните условия (температура и влажност) върху чувствителността на сензорите;
- незначителни промени в съпротивлението на измервателните елементи (около 1%) изискват използването на сигнални усилватели.
- когато тензодатчиците работят във високотемпературна или агресивна среда, са необходими специални мерки за защитата им.
Основни схеми на окабеляване
Нека разгледаме това, използвайки примера за свързване на тензодатчици към домакински или промишлени везни. Стандартната тензодатчик за везни има четири многоцветни проводника: два входа са захранване (+Ex, -Ex), другите два са измервателни изходи (+Sig, -Sig). Има и опции с пет проводника, където допълнителен проводник служи като екран за всички останали. Същността на работата на сензора за измерване на теглото от типа на лъча е доста проста. Захранването се подава към входовете, а напрежението се премахва от изходите. Стойността на напрежението зависи от приложеното натоварване на измервателния сензор.
Ако дължината на проводниците от товарната клетка за тегло до блока ADC е значителна, тогава съпротивлението на самите проводници ще повлияе на отчитането на везната. В този случай е препоръчително да добавите верига за обратна връзка, която компенсира спада на напрежението чрез коригиране на грешката от съпротивлението на проводниците, въведени в измервателната верига. В този случай схемата на свързване ще има три двойки проводници: захранване, измерване и компенсация на загубите.
Примери за приложение на тензодатчици
- претеглящ елемент.
- измерване на силите на деформация при обработката на метали чрез натиск върху щамповащи преси и валцови мелници.
- наблюдение на напрегнато-деформираните състояния на строителни конструкции и конструкции при монтажа и експлоатацията им.
- високотемпературни сензори от топлоустойчива легирана стомана за металургични предприятия.
- с еластичен елемент от неръждаема стомана за измервания в химически агресивни среди.
- за измерване на налягане в нефтопроводи и газопроводи.
Простотата, удобството и технологичността на тензодатчиците са основните фактори за по-нататъшното им активно внедряване, както в метрологичните процеси, така и в ежедневието като измервателни елементи на домакински уреди.
Подобни статии:
