"Přesnost - zdvořilost králů!" V naší době význam tohoto středověkého francouzského aforismu jen roste. K provádění přesných měřících výpočtů ve výrobě i v každodenním životě se stále častěji používají přístroje na bázi tenzometrů.
Obsah
Co je tenzometr a k čemu jsou tenzometry?
Tenzometrie (z latinského tensus - napjatý) je metoda a technika měření napěťově-deformačního stavu měřeného předmětu nebo konstrukce. Faktem je, že není možné přímo měřit mechanické napětí, takže úkolem je změřit deformaci předmětu a vypočítat napětí pomocí speciálních technik, které berou v úvahu fyzikální vlastnosti materiálu.
Práce tenzometrů je založena na deformačním efektu - to je vlastnost pevných materiálů měnit svůj odpor při různých deformacích. Tenzometrické snímače jsou zařízení, která měří pružnou deformaci pevného tělesa a převádějí její hodnotu na elektrický signál. K tomuto procesu dochází, když se odpor vodiče snímače změní, když je natažen a stlačen. Jsou hlavním prvkem v přístrojích pro měření deformace pevných látek (například součástí strojů, konstrukcí, budov).
Zařízení a princip činnosti
Základem tenzometru je tenzometr vybavený speciálními kontakty upevněnými na přední straně měřicího panelu. Během měření jsou citlivé kontakty panelu v kontaktu s předmětem. Dochází k jejich deformaci, která je měřena a převedena na elektrický signál přenášený do zpracovatelských a zobrazovacích prvků naměřené hodnoty tenzometru.
Podle rozsahu funkčního použití se snímače liší jak typy, tak typy měřených veličin. Důležitým faktorem je požadovaná přesnost měření. Například siloměr na výstupu z pekárny absolutně není vhodný pro elektronické farmaceutické váhy, kde je důležitá každá setina gramu.
Podívejme se podrobněji na typy a typy moderních tenzometrů.
Snímače točivého momentu
Snímače točivého momentu jsou určeny k měření točivého momentu na rotujících částech systémů, jako je klikový hřídel motoru nebo sloupek řízení.Momentové tenzometry mohou zjišťovat statický i dynamický moment kontaktní nebo bezkontaktní (telemetrickou) metodou.
Nosníkové, konzolové a okrajové siloměry
Tyto typy převodníků jsou obvykle vyráběny na základě konstrukce paralelogramu se zabudovaným ohýbacím prvkem pro vysokou citlivost a linearitu měření. Tenzometry v nich jsou upevněny na citlivých místech pružného prvku snímače a jsou zapojeny podle schématu plného můstku.
Konstrukčně má siloměr nosníku speciální otvory pro nerovnoměrné rozložení zatížení a detekci deformací v tlaku a tahu. Pro dosažení maximálního účinku jsou tenzometry přesně orientovány speciálními značkami na povrchu nosníku v jeho nejtenčím místě. Vysoce přesné a spolehlivé snímače tohoto typu se používají k vytváření multisenzorových měřicích systémů v plošinových nebo bunkrových vahách. Své uplatnění našly ve vážících dávkovačích, baličích sypkých a tekutých produktů, měřičích tahu kabelů a dalších měřičích výkonu.
Tahové a tlakové siloměry
Tahové a tlakové siloměry jsou obvykle tvaru S, vyrobené z hliníku a legované nerezové oceli. Určeno pro bunkrové váhy a dávkovače s rozsahem měření 0,2 až 20 tun. Tahové a tlakové siloměry ve tvaru S lze použít v kabelových, textilních a vláknitých strojích k řízení tahové síly těchto materiálů.
Drátové a fóliové tenzometry
Drát tenzometry jsou vyrobeny ve formě spirály z drátu malého průměru a upevněny na elastickém prvku nebo části zkoušené lepidlem.Vyznačují se:
- snadnost výroby;
- lineární závislost na deformaci;
- malá velikost a cena.
Mezi nedostatky se uvádí nízká citlivost, vliv teploty a vlhkosti prostředí na chybu měření, možnost použití pouze v oblasti elastických deformací.
fólie Tenzometry jsou v současnosti nejrozšířenějším typem tenzometrů pro své vysoké metrologické vlastnosti a vyrobitelnost. Ty se staly dostupnými díky fotolitografické technologii jejich výroby. Pokročilá technologie umožňuje získat jednotlivé tenzometry se základnou 0,3 mm, specializované tenzometrické objímky a řetězy tenzometrů s širokým rozsahem pracovních teplot od -240 do +1100 ºС v závislosti na vlastnostech materiálů měřicí mřížky.
Výhody a nevýhody tenzometrů
Tenzometry jsou široce používány díky svým vlastnostem:
- možnost monolitického spojení tenzometru se studovaným dílem;
- malá tloušťka měřicího prvku, která zajišťuje vysokou přesnost měření s chybou 1-3%;
- snadné upevnění na rovném i zakřiveném povrchu;
- schopnost měřit dynamické deformace, které se mění s frekvencí až 50 000 Hz;
- možnost provádění měření v obtížných podmínkách prostředí v teplotním rozsahu od -240 do +1100˚С;
- možnost měření parametrů současně v mnoha bodech dílů;
- možnost měření deformace objektů umístěných ve velkých vzdálenostech od tenzometrických systémů;
- schopnost měřit deformace v pohyblivých (rotujících) částech.
Z nedostatků je třeba poznamenat:
- vliv povětrnostních podmínek (teplota a vlhkost) na citlivost senzorů;
- nevýznamné změny odporu měřicích prvků (asi 1 %) vyžadují použití zesilovačů signálu.
- když tenzometry pracují ve vysokoteplotním nebo agresivním prostředí, jsou k jejich ochraně vyžadována speciální opatření.
Základní schémata zapojení
Uvažujme to na příkladu připojení tenzometrů k domácím nebo průmyslovým vahám. Standardní siloměr pro váhy má čtyři vícebarevné vodiče: dva vstupy jsou napájecí (+Ex, -Ex), další dva jsou měřicí výstupy (+Sig, -Sig). Existují také možnosti s pěti vodiči, kde další vodič slouží jako stínění pro všechny ostatní. Podstata práce snímače hmotnosti nosníkového typu je zcela jednoduchá. Vstupy jsou napájeny a z výstupů je odpojeno napětí. Hodnota napětí závisí na zatížení měřicího snímače.
Je-li délka vodičů od siloměru k jednotce ADC značná, pak odpor samotných vodičů ovlivní odečet na stupnici. V tomto případě je vhodné přidat zpětnovazební obvod, který kompenzuje úbytek napětí korekcí chyby z odporu vodičů zavedených do měřicího obvodu. V tomto případě bude mít schéma zapojení tři páry vodičů: napájení, měření a kompenzace ztrát.
Příklady použití tenzometrů
- vážicí prvek.
- měření deformačních sil při zpracování kovů tlakem na lisovacích lisech a válcovnách.
- sledování napěťových stavů stavebních konstrukcí a konstrukcí při jejich výstavbě a provozu.
- vysokoteplotní snímače ze žáruvzdorné legované oceli pro hutní podniky.
- s nerezovým elastickým prvkem pro měření v chemicky agresivním prostředí.
- pro měření tlaku v ropovodech a plynovodech.
Jednoduchost, praktičnost a vyrobitelnost tenzometrů jsou hlavními faktory pro jejich další aktivní uplatnění jak v metrologických procesech, tak v běžném životě jako měřicí prvky domácích spotřebičů.
Podobné články:
