Extensometrele sunt dispozitive care convertesc deformația elastică măsurată a unui corp solid într-un semnal electric. Acest lucru se întâmplă din cauza unei modificări a rezistenței conductorului senzorului atunci când dimensiunile sale geometrice se modifică de la tensiune sau compresie.
Extensometru: principiu de funcționare
Elementul principal al dispozitivului este un extensometru montat pe o structură elastică. Tensometrele sunt calibrate prin încărcare treptată cu o forță crescătoare dată și măsurarea mărimii rezistenței electrice. Apoi, prin schimbarea acesteia, se vor putea determina valorile sarcinii necunoscute aplicate și deformarea proporțională cu aceasta.
În funcție de tipul de senzori, puteți măsura:
- putere;
- presiune;
- mutare;
- cuplu;
- accelerare.
Chiar și cu cea mai complexă schemă de încărcare a structurii, acțiunea peextensometrul este redus la întinderea sau comprimarea rețelei de-a lungul unei secțiuni lungi numită bază.
Ce tensiometre sunt folosite
Cele mai comune tipuri de extensometre cu o schimbare a rezistenței active sub acțiune mecanică - extensometre.
Tensiometri cu sârmă
Cel mai simplu exemplu este o bucată dreaptă de sârmă subțire, care este atașată la piesa studiată. Rezistența sa este: r=pL/s, unde p este rezistivitatea, L este lungimea, s este aria secțiunii transversale.
Împreună cu piesa, firul lipit este deformat elastic. În același timp, dimensiunile sale geometrice se modifică. Când este comprimat, secțiunea transversală a conductorului crește, iar când este întins, scade. Prin urmare, modificarea rezistenței își schimbă semnul în funcție de direcția de deformare. Caracteristica este liniară.
Sensibilitatea scăzută a tensometrului a dus la necesitatea creșterii lungimii firului într-o zonă mică de măsurare. Pentru a face acest lucru, este realizat sub forma unei spirale (zăbrele) de sârmă, lipită pe ambele părți cu plăci izolatoare dintr-un film de lac sau hârtie. Pentru a se conecta la circuitul electric, dispozitivul este echipat cu două fire de cupru. Sunt sudate sau lipite la capetele firului bobinat și sunt suficient de puternice pentru a fi conectate la un circuit electric. Tensometrul este atașat de elementul elastic sau de piesa supusă încercării cu adeziv.
Celulele de sarcină cu fir au următoarele avantaje:
- design simplu;
- dependență liniară de tensiune;
- dimensiune mică;
- preț scăzut.
Dezavantajele includ sensibilitatea scăzută, influența temperaturii mediului ambiant, nevoia de protecție împotriva umezelii, utilizarea numai în zona deformărilor elastice.
Sârma se va deforma atunci când forța de aderență a adezivului depășește cu mult forța necesară pentru a-l întinde. Raportul dintre suprafața de lipire și aria secțiunii transversale ar trebui să fie de 160 până la 200, ceea ce corespunde diametrului său de 0,02-0,025 mm. Poate fi mărită până la 0,05 mm. Apoi, în timpul funcționării normale a tensometrului, stratul de adeziv nu va fi distrus. În plus, senzorul funcționează bine la compresie, deoarece firele de sârmă sunt integrale cu filmul adeziv și cu piesa.
Cule de sarcină cu folie
Parametrii și principiul de funcționare a celulei de sarcină cu folie sunt aceleași cu cele ale celor cu fir. Singurul material este folia de nicrom, constantan sau titan-aluminiu. Tehnologia de fabricație a fotolitografiei permite obținerea unei configurații complexe a rețelei și automatizarea procesului.
În comparație cu extensometrele din sârmă, tensometrele din folie sunt mai sensibile, transportă mai mult curent, transmit mai bine tensiunea, au cabluri mai puternice și au un model mai complex.
Celule de sarcină cu semiconductor
Sensibilitatea senzorilor este de aproximativ 100 de ori mai mare decât a celor cu fir, ceea ce le permite folosirea frecventă fără amplificatoare. Dezavantajele sunt fragilitatea, dependența mare de temperatura ambiantă și semnificativerăspândirea parametrilor.
Specificații pentru extensometru
- Base - lungimea conductorului grilei (0,2-150 mm).
- Rezistența nominală R - valoarea rezistenței active (10-1000 Ohm).
- Curentul de alimentare de lucru Ip - curent la care extensometrul nu se încălzește vizibil. La supraîncălzire, proprietățile materialelor elementului senzorial, ale bazei și ale stratului adeziv se modifică, deformând citirile.
- Factor de deformare: s=(∆R/R)/(∆L/L), unde R și L sunt rezistența electrică și, respectiv, lungimea senzorului fără sarcină; ∆R și ∆L - modificarea rezistenței și deformarea din forța externă. Pentru diferite materiale, acesta poate fi pozitiv (R crește cu tensiunea) și negativ (R crește cu compresia). Valoarea lui s pentru diferite metale variază de la -12,6 la +6.
Scheme de pornire a extensometrelor
Pentru a măsura semnalele electrice mici, cea mai bună opțiune este o conexiune în punte, în centrul căreia se află un voltmetru. Cel mai simplu exemplu ar fi un tensiometru, al cărui circuit este asamblat după principiul unei punți electrice, într-unul dintre brațele căruia este conectat. Rezistența sa fără sarcină va fi aceeași ca și restul rezistențelor. În acest caz, dispozitivul va afișa tensiune zero.
Principiul de funcționare al unui extensometru este de a crește sau scădea valoarea rezistenței sale, în funcție de faptul că forțele sunt de compresiune sau de tracțiune.
Temperatura tensometrului are un efect semnificativ asupra preciziei citirilor. Dacă o rezistență similară la deformare este inclusă în celăl alt braț al podului, care nu va fi încărcat, acesta va îndeplini funcția de compensare a efectelor termice.
Circuitul de măsurare trebuie să țină cont și de valorile rezistenței electrice a firelor conectate la rezistor. Influența acestora este redusă prin adăugarea unui alt fir conectat la unul dintre pinii tensometrului și voltmetrului.
Dacă ambii senzori sunt lipiți pe elementul elastic în așa fel încât sarcinile lor să difere ca semn, semnalul va fi amplificat de 2 ori. Dacă în circuit există patru senzori cu sarcini indicate prin săgeți în diagrama de mai sus, sensibilitatea va crește semnificativ. Cu această conexiune a tensiometrelor din sârmă sau folie, un microampermetru convențional va da citiri fără un amplificator de semnal electric. Este important să selectați cu precizie valorile rezistenței folosind un multimetru, astfel încât acestea să fie egale între ele în fiecare braț al podului electric.
Aplicarea extensometrelor în inginerie
- Parte din proiectarea cântarelor: la cântărire, corpul senzorului este deformat elastic, iar odată cu el și extensometrele lipite de acesta, conectate într-un circuit. Semnalul electric este transmis la contor.
- Monitorizarea stării de tensiune-deformare a structurilor de clădiri și a structurilor de inginerie în procesul de construcție și exploatare a acestora.
- Extensometre pentru măsurarea forțelor de deformare în timpul prelucrăriipresiunea metalelor la laminoare și prese de ștanțare.
- Senzori de temperatură în altă pentru oțel și alte industrii.
- Senzori de măsurare cu element elastic din oțel inoxidabil pentru funcționarea în medii agresive chimic.
Extensometrele standard sunt realizate sub formă de şaibe, stâlpi, grinzi simple sau cu două feţe, în formă de S. Pentru toate structurile, este important ca forța să fie aplicată într-o singură direcție: de sus în jos sau invers. În condiții severe de funcționare, proiectele speciale fac posibilă eliminarea acțiunii forțelor parazite. Prețurile lor depind în mare măsură de acest lucru.
Pentru extensometre, prețul variază de la sute de ruble la sute de mii. Depinde mult de producător, design, materiale, tehnologia de fabricație, valorile parametrilor măsurați, echipamente electronice suplimentare. În cea mai mare parte, acestea sunt componente ale diferitelor tipuri de cântare.
Concluzie
Principiul de funcționare al tuturor tensometrelor se bazează pe transformarea deformării elementului elastic într-un semnal electric. Pentru scopuri diferite, există diferite modele de senzori. Atunci când alegeți extensometre, este important să determinați dacă circuitele au compensare pentru distorsionarea citirilor de temperatură și influențe mecanice parazite.
