Τι είναι το Strain Gauge: Εργασία και οι εφαρμογές του

Τι είναι το Strain Gauge: Εργασία και οι εφαρμογές του

Ένας μετρητής τάσης εφευρέθηκε από τους Edward E. Simmons και Arthur C. Ruge, το 1938. Αυτή η εφεύρεση οδήγησε στη μέτρηση σημαντικής ποσότητας πίεσης σε διάφορες δομές. Ένα μανόμετρο είναι ένα τύπος αισθητήρα χρησιμοποιείται σε μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών για τη μέτρηση της καταπόνησης ενός αντικειμένου. Είναι ένα βασικό γεωτεχνικό εργαλείο που καθορίζει την καταπόνηση σε μια σειρά δομών όπως σήραγγες, υπόγεια κοιλότητες, κτίρια, γέφυρες, σκυρόδεμα, φράγματα τοιχοποιίας, ενσωμάτωση σε χώμα / σκυρόδεμα κ.λπ. αρχή λειτουργίας, χαρακτηριστικά και εφαρμογές.



Τι είναι το Strain Gauge;

Ορισμός: Ένα όργανο καταπόνησης είναι μία από τις επιτακτικές συσκευές που χρησιμοποιούνται στον τομέα της γεωτεχνικής μηχανικής για τη μέτρηση της καταπόνησης σε διάφορες δομές. Εφαρμόζοντας μια εξωτερική δύναμη, θα υπήρχε μια αλλαγή στην αντίσταση ενός μανόμετρου.


Strain-Gauge

μετρητής καταπόνησης





Η βασική κατασκευή ενός μετρητή έχει ένα μονωτικό εύκαμπτο στήριγμα για τη στήριξη μιας μεταλλικής δομής φύλλου. Αυτό το μεταλλικό πηνίο είναι κολλημένο σε ένα λεπτό υπόστρωμα που ονομάζεται φορέας και ολόκληρη η διάταξη στερεώνεται σε ένα αντικείμενο χρησιμοποιώντας μια κατάλληλη κόλλα. Καθώς το αντικείμενο παραμορφώνεται λόγω δύναμης, πίεσης, βάρους, τάσης κ.λπ., το ηλεκτρική αντίσταση αλλαγών αλουμινίου. ΕΝΑ Γέφυρα Wheatstone μετρά την αλλαγή της αντίστασης, η οποία σχετίζεται με την καταπόνηση μέσω μιας ποσότητας γνωστής ως Gauge Factor.

Διάγραμμα στελέχους-δείγματος-δείγματος

διάγραμμα τάσης-δείγματος-δείγματος



Οι μικρές αλλαγές στην αντίσταση ενός μετρητή μετρούνται χρησιμοποιώντας την έννοια της γέφυρας Wheatstone. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει τη γενική γέφυρα Wheatstone, η οποία έχει τέσσερις βραχίονες αντίστασης και τάση διέγερσης, VΠΡΩΗΝ.

Γέφυρα Wheatstone

Γέφυρα Wheatstone

Η γέφυρα Wheatstone έχει δύο παράλληλα διαχωριστικό τάσης κυκλώματα. Τα R1 και R2 σχηματίζουν ένα κύκλωμα διαχωριστή τάσης, τα R3 και R4 σχηματίζουν δεύτερο κύκλωμα διαχωριστή τάσης. Η τάση εξόδου VO δίνεται από:

Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VΠΡΩΗΝ


Εάν R1 / R2 = R4 / R3, τότε η τάση εξόδου είναι μηδέν και η γέφυρα θεωρείται ισορροπημένη γέφυρα.

Μια μικρή αλλαγή στην αντίσταση οδηγεί σε μη μηδενική τάση εξόδου. Εάν το «R4» αντικατασταθεί από ένα μανόμετρο και τυχόν αλλαγές στην αντίσταση του μετρητή τάσης θα εξισορροπήσει τη γέφυρα και θα παράγει μη μηδενική τάση.

Gauge Factor of Strain Gauge

Ο συντελεστής μέτρησης GF δίνεται ως

GF = (ΔR⁄RG) / ∈

Που,

Το «ΔR» είναι η αλλαγή στην αντίσταση λόγω της καταπόνησης

«RG» είναι η αντίσταση του μη παραμορφωμένου μετρητή

«Ε» είναι το στέλεχος

Ο συντελεστής μέτρησης των κοινών μεταλλικών φύλλων είναι περίπου 2. Η τάση αισθητήρα εξόδου SV μιας γέφυρας Wheatstone δίνεται από,

SV = EV (GF.∈) / 4

Όπου το EV είναι η τάση διέγερσης της γέφυρας

Strain Gauge Working

Η λειτουργία ενός μανόμετρου εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την ηλεκτρική αντίσταση ενός αντικειμένου / αγωγού. Όταν ένα αντικείμενο τεντώνεται εντός των ορίων ελαστικότητάς του και δεν σπάζει ή αγκιστρώνεται μόνιμα, γίνεται λεπτότερο και μακρύτερο, με αποτέλεσμα υψηλή ηλεκτρική αντίσταση. Εάν ένα αντικείμενο συμπιέζεται και δεν παραμορφώνεται, αλλά, διευρύνεται και μειώνεται, οδηγεί σε μειωμένη ηλεκτρική αντίσταση. Οι τιμές που λαμβάνονται μετά τη μέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασης ενός μετρητή βοηθούν στην κατανόηση της ποσότητας που προκαλείται από το άγχος.

Η τάση διέγερσης εφαρμόζεται στους ακροδέκτες εισόδου ενός δικτύου μετρητών, ενώ η έξοδος διαβάζεται στα τερματικά εξόδου. Κανονικά, αυτά συνδέονται με ένα φορτίο και είναι πιθανό να παραμείνουν σταθερά για μεγαλύτερες περιόδους, μερικές φορές δεκαετίες. Η κόλλα που χρησιμοποιείται για μετρητές εξαρτάται από τη διάρκεια ενός συστήματος μέτρησης - η κόλλα κυανοακρυλικού είναι κατάλληλη για βραχυπρόθεσμες μετρήσεις και εποξειδική κόλλα για μακροπρόθεσμες μετρήσεις.

Αρχή εργασίας Strain Gauge

Όπως γνωρίζουμε ότι η αντίσταση εξαρτάται άμεσα από το μήκος και την περιοχή διατομής ενός αγωγού, η οποία δίνεται από R = L / Α

Που,

«R» = Αντίσταση

«L» = Μήκος

«A» = περιοχή διατομής

Σαφώς, το μήκος ενός αγωγού μεταβάλλεται με την αλλαγή στο μέγεθος και το σχήμα ενός αγωγού, τελικά, αλλάζοντας την περιοχή και την αντίσταση της διατομής.

Οποιοδήποτε κανονικό περιτύπωμα έχει αγώγιμη λωρίδα που είναι μακρά και λεπτή, τοποθετείται με τρόπο ζιγκ-ζαγκ παράλληλων γραμμών. Ο σκοπός αυτής της ευθυγράμμισης ζιγκ-ζαγκ είναι να επεξεργαστεί τη μικρή πίεση που εμφανίζεται μεταξύ των παράλληλων γραμμών με μεγάλη ακρίβεια. Το άγχος ορίζεται ως η αντίσταση δύναμης ενός αντικειμένου.

Ροζέτες Strain Gauges

Δύο ή περισσότεροι μετρητές τοποθετημένοι στενά σε δομή τύπου ροζέτας για τη μέτρηση του αριθμού των εξαρτημάτων για την αξιολόγηση της ακριβούς καταπόνησης στην επιφάνεια είναι γνωστές ως ροζέτες μετρητή καταπόνησης. Η εικόνα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Strain-Gauge-ροζέτες

στελέχη-ροζέτες

Κυψέλες φορτίου καταπόνησης

Αυτά τα στοιχεία φόρτωσης βρίσκονται συνήθως σε βιομηχανικές εφαρμογές. Είναι πολύ ακριβές και οικονομικό. Βασικά, ένα στοιχείο φόρτωσης αποτελείται από ένα μεταλλικό σώμα στο οποίο είναι προσαρτημένοι οι μετρητές πίεσης. Για να είναι ανθεκτικό και λιγότερο ελαστικό το μεταλλικό σώμα, χρησιμοποιούνται για τη σχεδίαση χάλυβα από κράμα, αλουμίνιο ή ανοξείδωτο.

Όταν μια εξωτερική δύναμη ασκείται σε μια κυψέλη φορτίου, η κυψέλη φορτίου παραμορφώνεται ελαφρώς και, εάν δεν υπερφορτωθεί, επιστρέφει στο αρχικό της σχήμα.

Εάν η κυψέλη φορτίου παραμορφώνεται, ο μετρητής αλλάζει σε σχήμα, προκαλώντας την αλλαγή στην ηλεκτρική αντίσταση του μετρητή, η οποία με τη σειρά της μετρά την τάση.

Υπάρχουν συνηθισμένοι τύποι κυψελών φορτίου καταπόνησης, που περιλαμβάνουν δέσμη κάμψης, τηγανίτα, κυψέλη φορτίου διατμητικού σημείου, διπλή ακτίνα διατμήσεως, συρματόσχοινα και ούτω καθεξής.

Χαρακτηριστικά των μετρητών πίεσης

Τα σημαντικά χαρακτηριστικά των μετρητών τάσης είναι:

  • Αυτά είναι κατάλληλα για μεγαλύτερες περιόδους με ορισμένες προφυλάξεις
  • Παρέχουν ακριβείς τιμές με αλλαγή θερμοκρασίας και άλλους παράγοντες
  • Αυτά είναι εύκολο να κατασκευαστούν λόγω απλών εξαρτημάτων
  • Είναι εύκολο να συντηρηθούν και έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής
  • Αυτό είναι εντελώς ενσωματωμένο για προστασία από ζημιές όπως ο χειρισμός και η εγκατάσταση

Εφαρμογές του Strain Gauge

Τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά επιτρέπουν σε αυτούς τους μετρητές να χρησιμοποιούνται στον τομέα της γεωτεχνικής μηχανικής για να παρακολουθούν συνεχώς κατασκευές όπως φράγματα, σήραγγες κ.λπ. συνεχώς και για την αποφυγή ατυχημάτων εκ των προτέρων. Μερικές από τις εφαρμογές των μετρητών τάσης περιλαμβάνουν -

  • Παρακολούθηση σιδηροτροχιάς
  • Καλώδια γεφυρών
  • Αεροδιαστημική
  • Εργοστάσια πυρηνικής ενέργειας

Συχνές ερωτήσεις

1). Ποια είναι η ευαισθησία του μετρητή πίεσης;

Η τάση ροής διαφέρει σε σχέση με τον ρυθμό καταπόνησης. Επίσης, ο ρυθμός καταπόνησης εξαρτάται από το μέγεθος κόκκων ενός αντικειμένου ή ενός υλικού εργασίας. Ορίζεται ως ο λόγος της αλλαγής στην τάση ροής προς την αλλαγή στην καταπόνηση.

2). Ποια είναι η μονάδα καταπόνησης;

Το στέλεχος είναι μια αδιάστατη ποσότητα. Ωστόσο, ο ρυθμός καταπόνησης είναι ο αμοιβαίος χρόνος και η μονάδα SI είναι αμοιβαία δευτερόλεπτα (s-1).

3). Πώς μπορώ να επιλέξω ένα μανόμετρο;

Αυτό επιλέγεται με βάση τον τύπο εφαρμογών και άλλα σχετικά στοιχεία. Οπως -

  • Με βάση το μήκος και την αντίσταση του μετρητή
  • Με βάση το κόστος εξοικονόμησης εργασίας
  • Με βάση το υλικό και το περιβάλλον μέτρησης

4). Γιατί η γέφυρα Wheatstone χρησιμοποιείται για το μανόμετρο;

Η γέφυρα Wheatstone είναι ικανή να μετρά τις τάσεις εξόδου σε όρους millivolts. Για ένα μετρητή έντασης, μπορεί να μετρηθεί μια αλλαγή στην αντίσταση όταν συνδέεται με ένα ηλεκτρικό κύκλωμα (γέφυρα Wheatstone) που μετρά τη λεπτή αλλαγή στην αντίσταση. Καθώς η τάση εξόδου στη γέφυρα Wheatstone γίνεται μη μηδενική, το κύκλωμα χάνει την ισορροπία του και βοηθά στον προσδιορισμό της πίεσης στο αντικείμενο.

5). Πώς εγκαθιστάτε μετρητές καταπόνησης;

Ακολουθούν τα βήματα για την εγκατάσταση του μετρητή πίεσης

Έτσι, ένα εκτενής περιγραφή του μετρητή καταπόνησης , η αρχή της εργασίας, ο συντελεστής μέτρησης, τα χαρακτηριστικά και οι εφαρμογές παρέχονται σε αυτό το άρθρο. Εκτός αυτού, η συσχέτιση ψηφιακής εικόνας (DIC) είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται σήμερα για τη μέτρηση της καταπόνησης. Χρησιμοποιείται σε πολλές βιομηχανίες λόγω της ακρίβειας και ως αντικατάσταση των συμβατικών τύπων αισθητήρων όπως επιταχυνσιόμετρα, γλάστρες, LVDT και πολλά άλλα. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η κύρια λειτουργία του μετρητή πίεσης;