Βασικά στοιχεία μετρήσεων πίεσης

Το μανόμετρο είναι ένα από τα πιο χρήσιμα εργαλεία για την ακριβή μέτρηση της διαστολής ή της συστολής ενός υλικού καθώς εφαρμόζονται δυνάμεις. Οι μετρητές καταπόνησης είναι επίσης χρήσιμοι για τη μέτρηση των εφαρμοζόμενων δυνάμεων έμμεσα εάν ευθυγραμμίζονται περίπου γραμμικά με την παραμόρφωση του υλικού.

Τι είναι το Strain Gauges

Οι μετρητές τάσης είναι αισθητήρες των οποίων η ηλεκτρική αντίσταση ποικίλλει ανάλογα με την ποσότητα της καταπόνησης (παραμόρφωση ενός υλικού).

Ένας ιδανικός μετρητής τάσης θα άλλαζε την αντίστασή του σε αναλογία με τη διαμήκη καταπόνηση στην επιφάνεια στην οποία συνδέεται ο αισθητήρας.

Ωστόσο, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την αντίσταση, όπως η θερμοκρασία, οι ιδιότητες του υλικού και η κόλλα που συνδέει το περιτύπωμα με το υλικό.

Ένας μετρητής τάσης αποτελείται από ένα παράλληλο πλέγμα από πολύ λεπτό μεταλλικό σύρμα ή φύλλο που συνδέεται με την τεντωμένη επιφάνεια από ένα λεπτό μονωμένο στρώμα εποξειδίου. Όταν το συγκολλημένο υλικό τεντώνεται, το στέλεχος μεταδίδεται μέσω της κόλλας. Το σχήμα του πλέγματος έχει σχεδιαστεί σε σχέδιο που παρέχει μέγιστη αλλαγή αντίστασης ανά μονάδα επιφάνειας.

Πώς να επιλέξετε Strain Gauge

Κατά την επιλογή ενός μετρητή πίεσης για μια εφαρμογή, οι τρεις βασικοί παράγοντες είναι η θερμοκρασία λειτουργίας, η φύση της καταπόνησης που πρέπει να ανιχνευθεί και οι απαιτήσεις σταθερότητας.

Καθώς το μανόμετρο είναι στερεωμένο σε μια στραγγισμένη επιφάνεια, είναι σημαντικό το μανόμετρο να τεντώνεται εξίσου με την επιφάνεια. Το συγκολλητικό υλικό πρέπει να επιλέγεται προσεκτικά για να μεταδίδει την καταπόνηση στον αισθητήρα αξιόπιστα σε μεγάλο εύρος θερμοκρασίας και άλλες συνθήκες.

Η τιμή αντίστασης ενός μετρητή τάσης ποικίλλει ανάλογα με την εφαρμοζόμενη τάση σύμφωνα με: αλλαγή στο R / R = S όπου R είναι η αντίσταση, το e είναι το στέλεχος και το S είναι ο παράγοντας ευαισθησίας του στελέχους. Για μετρητές μεταλλικών φύλλων, ο συντελεστής ευαισθησίας τάσης είναι περίπου 2.

Οι αυξήσεις της καταπόνησης είναι συνήθως μικρότερες από 0,005 ίντσες / ίντσα και εκφράζονται συχνά σε μονάδες μικρο-καταπόνησης. Από τον τύπο, φαίνεται ότι η αντίσταση του μετρητή πίεσης θα αλλάξει σε πολύ μικρές ποσότητες με το δεδομένο στέλεχος, της τάξης του 0,1%.

Μια ένταση τάσης μπορεί στη συνέχεια να αφαιρεθεί από αυτήν την αντίσταση σε όρους milli-volt ανά volt (mV / V) για να παρέχει την τιμή μέτρησης για την καταπόνηση.

Η αναλογία Poisson είναι ένα μέτρο της αραίωσης και της επιμήκυνσης που συμβαίνει σε υλικό καθώς είναι στραγγισμένο. Εάν, για παράδειγμα, ασκηθεί δύναμη εφελκυσμού σε ένα καλώδιο αντίστασης, το σύρμα θα γίνει ελαφρώς μακρύτερο και την ίδια στιγμή θα γίνει λεπτότερο. Αυτή η αναλογία αυτών των δύο στελεχών είναι η αναλογία Poisson.

Αυτή είναι η βασική αρχή πίσω από τις μετρήσεις καταπόνησης, καθώς η αντίσταση του σύρματος θα αυξανόταν αναλογικά λόγω του φαινομένου Poisson.

Πώς να μετρήσετε με ακρίβεια την έξοδο του μετρητή πίεσης

Για να μετρήσετε με ακρίβεια μια μικρή αλλαγή στην αντίσταση, οι μετρητές τάσης βρίσκονται σχεδόν πάντα σε διαμόρφωση γέφυρας με πηγή διέγερσης τάσης.

Η γέφυρα Wheatstone χρησιμοποιείται συνήθως όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Η γέφυρα είναι ισορροπημένη όταν οι λόγοι αντίστασης είναι ίσοι και στις δύο πλευρές ή R1 / R2 = R4 / R3. Προφανώς, η τάση εξόδου είναι μηδέν υπό αυτήν την κατάσταση.

Καθώς αλλάζει η αντίσταση του μετρητή τάσης (Rg), η τάση εξόδου (Vout) αλλάζει κατά μερικά milliVolts και στη συνέχεια αυτή η τάση ενισχύεται από έναν διαφορικό ενισχυτή για να επιστρέψει μια αναγνώσιμη τιμή.

Αυτό το κύκλωμα Wheatstone είναι επίσης κατάλληλο για αντιστάθμιση θερμοκρασίας - μπορεί σχεδόν να εξαλείψει τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας. Μερικές φορές το υλικό μετρητή έχει σχεδιαστεί για να αντισταθμίζει τη θερμική διαστολή, αλλά αυτό δεν αφαιρεί εντελώς τη θερμική ευαισθησία.

Για να επιτευχθεί καλύτερη θερμική αντιστάθμιση, μια αντίσταση όπως το R3 θα μπορούσε να αντικατασταθεί από ένα παρόμοιο μανόμετρο. Αυτό τείνει να εξουδετερώσει τα αποτελέσματα της θερμοκρασίας.

Στην πραγματικότητα, και οι τέσσερις αντιστάσεις θα μπορούσαν να αντικατασταθούν από αισθητήρες καταπόνησης για μέγιστη σταθερότητα θερμοκρασίας. Δύο από αυτά (R1 και R3) θα μπορούσαν να ρυθμιστούν για τη μέτρηση της συμπίεσης, ενώ τα άλλα δύο (R2 και R4) έχουν ρυθμιστεί για τη μέτρηση της έντασης.

Αυτό όχι μόνο αντισταθμίζει τη θερμοκρασία, αλλά αυξάνει επίσης την ευαισθησία κατά τέσσερα. Οι μετρητές πίεσης με στοιχεία ηλεκτρικής αντίστασης είναι μακράν ο πιο κοινός τύπος αισθητήρα για τη μέτρηση της καταπόνησης, καθώς διαθέτουν τα πλεονεκτήματα χαμηλότερου κόστους, επίσης ως καθιερωμένο.

Διατίθενται σε μικρά μεγέθη και επηρεάζονται μόνο μετρίως από τις αλλαγές θερμοκρασίας, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα σφάλμα μικρότερο από +/- 0,10%. Οι μετρητές πίεσης αντίστασης είναι επίσης εξαιρετικά ευαίσθητοι και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση τόσο της στατικής όσο και της δυναμικής καταπόνησης.

Ωστόσο, υπάρχουν και άλλοι τύποι διαθέσιμοι για ορισμένες εφαρμογές, όπως πιεζο-ανθεκτική, ανθεκτική στον άνθρακα, ημι-αγώγιμη, ακουστική, οπτική και επαγωγική.

Υπάρχουν ακόμη και αισθητήρες καταπόνησης που βασίζονται σε κύκλωμα πυκνωτή ..