A nyúlásmérők olyan eszközök, amelyek a szilárd test mért rugalmas alakváltozását elektromos jellé alakítják át. Ez az érzékelő vezeték ellenállásának változása miatt következik be, amikor annak geometriai méretei feszültségtől vagy összenyomódástól megváltoznak.
Tűrésmérő: működési elv
A készülék fő eleme egy rugalmas szerkezetre szerelt nyúlásmérő. A nyúlásmérők kalibrálása meghatározott növekvő erővel történő lépcsőzetes terheléssel és az elektromos ellenállás nagyságának mérésével történik. Ezután ennek megváltoztatásával meg lehet határozni az alkalmazott ismeretlen terhelés és az azzal arányos alakváltozás értékeit.
Az érzékelők típusától függően a következőket mérheti:
- erő;
- nyomás;
- mozgás;
- nyomaték;
- gyorsítás.
Még a szerkezet legbonyolultabb betöltési sémája esetén is a műveleta nyúlásmérőt a rács megnyújtására vagy összenyomására redukálják az alapnak nevezett hosszú szakasz mentén.
Mely nyúlásmérőket használnak?
A mechanikai hatás hatására megváltozott aktív ellenállású nyúlásmérők leggyakoribb típusai – nyúlásmérők.
Huzal nyúlásmérők
A legegyszerűbb példa egy vékony huzal egyenes darabja, amely a vizsgált részhez van rögzítve. Ellenállása: r=pL/s, ahol p az ellenállás, L a hossz, s a keresztmetszeti terület.
Az résszel együtt a ragasztott huzal rugalmasan deformálódik. Ugyanakkor a geometriai méretei megváltoznak. Összenyomva a vezető keresztmetszete növekszik, nyújtáskor pedig csökken. Ezért az ellenállás változása az alakváltozás irányától függően előjelet vált. A karakterisztika lineáris.
A nyúlásmérő alacsony érzékenysége miatt szükség volt a vezeték hosszának növelésére egy kis mérési területen. Ehhez huzalspirál (rács) formájában készül, mindkét oldalán lakk- vagy papírfóliából készült szigetelőlemezekkel ragasztva. Az elektromos áramkörhöz való csatlakozáshoz a készülék két réz vezetékkel van felszerelve. A tekercses huzal végeihez vannak hegesztve vagy forrasztva, és elég erősek ahhoz, hogy elektromos áramkörhöz csatlakozzanak. A nyúlásmérőt ragasztóval rögzítjük a rugalmas elemhez vagy a vizsgált részhez.
A vezetékes mérőcellák a következő előnyökkel rendelkeznek:
- egyszerű kialakítás;
- lineáris függőség az alakváltozástól;
- kis méret;
- alacsony ár.
A hátrányok közé tartozik az alacsony érzékenység, a környezeti hőmérséklet hatása, a nedvesség elleni védelem szükségessége, csak a rugalmas deformációk területén használható.
A huzal deformálódik, ha a ragasztó tapadási ereje nagymértékben meghaladja a nyújtásához szükséges erőt. A kötőfelület és a keresztmetszeti terület aránya 160-200 legyen, ami megfelel a 0,02-0,025 mm átmérőjének. 0,05 mm-ig növelhető. Ekkor a nyúlásmérő normál működése során a ragasztóréteg nem sérül meg. Ezenkívül az érzékelő jól működik kompresszióban, mivel a huzalszálak a ragasztófóliával és az alkatrészrel egybe vannak építve.
Fólia terhelési cellák
A fóliás mérőcella paraméterei és működési elve megegyezik a huzalosokéval. Az egyetlen anyag nikróm, konstans vagy titán-alumínium fólia. A fotolitográfiai gyártási technológia lehetővé teszi egy összetett rácskonfiguráció elérését és a folyamat automatizálását.
A huzal nyúlásmérőkhöz képest a fóliás nyúlásmérők érzékenyebbek, nagyobb áramot vezetnek, jobban továbbítják a feszültséget, erősebbek a vezetékek és összetettebb a mintázata.
Félvezető mérőcellák
Az érzékelők érzékenysége körülbelül 100-szor nagyobb, mint a vezetékeké, ami lehetővé teszi, hogy erősítők nélkül is gyakran használják őket. Hátránya a ridegség, a környezeti hőmérséklettől való nagy függés és jelentősparaméter terjed.
A nyúlásmérő műszaki adatai
- Alap - a rácsvezető hossza (0,2-150 mm).
- Névleges ellenállás R – aktív ellenállásérték (10-1000 Ohm).
- Üzemi tápáram Ip - olyan áramerősség, amelynél a nyúlásmérő nem melegszik fel észrevehetően. Túlmelegedés esetén az érzékelőelem, az alap és a ragasztóréteg anyagának tulajdonságai megváltoznak, torzítva a leolvasást.
- Előfeszítési tényező: s=(∆R/R)/(∆L/L), ahol R és L a terheletlen érzékelő elektromos ellenállása és hossza; ∆R és ∆L - az ellenállás változása és a külső erő hatására bekövetkező alakváltozás. Különböző anyagok esetén lehet pozitív (R növekszik a feszültséggel) és negatív (R növekszik a tömörítéssel). Az s értéke a különböző fémeknél -12,6 és +6 között változik.
A nyúlásmérők bekapcsolásának sémája
Kis elektromos jelek mérésére a legjobb megoldás a hídcsatlakozás, amelynek közepén egy voltmérő található. A legegyszerűbb példa egy nyúlásmérő lenne, amelynek áramköre egy elektromos híd elve szerint van összeállítva, és amelynek egyik karjába be van kötve. Terheletlen ellenállása megegyezik a többi ellenálláséval. Ebben az esetben a készülék nulla feszültséget mutat.
A nyúlásmérő működési elve az ellenállás értékének növelése vagy csökkentése, attól függően, hogy az erők nyomó vagy húzó jellegűek.
A nyúlásmérő hőmérséklete jelentős hatással van a leolvasások pontosságára. Ha hasonló alakváltozási ellenállást tartalmaz a híd másik karja, amely nem lesz terhelve, akkor a hőhatások kompenzálását végzi.
A mérőáramkörnek figyelembe kell vennie az ellenálláshoz csatlakoztatott vezetékek elektromos ellenállásának értékeit is. Hatásukat csökkenti, ha a nyúlásmérő és a voltmérő egyik érintkezőjéhez egy másik vezetéket csatlakoztatunk.
Ha mindkét érzékelőt úgy ragasztják a rugalmas elemre, hogy a terhelésük előjelben eltér, a jel 2-szeresére erősödik. Ha négy olyan érzékelő van az áramkörben, amelyek terhelése a fenti diagramon nyilakkal van jelezve, az érzékenység jelentősen megnő. A vezetékes vagy fóliás nyúlásmérők ezzel a csatlakoztatásával a hagyományos mikroampermérő elektromos jelerősítő nélkül is leolvasható. Fontos, hogy az ellenállásértékeket multiméterrel pontosan megválasszuk, hogy az elektromos híd mindkét karjában egyenlőek legyenek.
A nyúlásmérők alkalmazása a gépészetben
- A mérleg kialakításának része: mérlegeléskor az érzékelőtest rugalmasan deformálódik, és ezzel együtt a ráragasztott nyúlásmérők, áramkörbe kapcsolva. Az elektromos jelet továbbítják a mérőhöz.
- Épületszerkezetek és műtárgyak feszültség-nyúlási állapotának ellenőrzése építésük és üzemeltetésük során.
- Nyúlásmérők a megmunkálás közbeni deformációs erők mérésérefémnyomás hengerműveknél és sajtolópréseknél.
- Magas hőmérséklet-érzékelők acél- és más iparágakban.
- Mérőérzékelők rozsdamentes acél rugalmas elemmel kémiailag agresszív környezetben történő működéshez.
A szabványos nyúlásmérők alátétek, oszlopok, egyszerű vagy kétoldalas gerendák, S-alakúak. Minden szerkezetnél fontos, hogy az erőt egy irányba fejtsék ki: felülről lefelé vagy fordítva. Súlyos üzemi körülmények között a speciális kialakítások lehetővé teszik a parazita erők hatásának kiküszöbölését. Az áraik nagymértékben ettől függnek.
A nyúlásmérők ára több száz rubeltől százezerig terjed. Sok függ a gyártótól, a tervezéstől, az anyagoktól, a gyártási technológiától, a mért paraméterek értékétől, a további elektronikus berendezésektől. Ezek többnyire különböző típusú skálák összetevői.
Következtetés
Minden nyúlásmérő műszer működési elve a rugalmas elem deformációjának elektromos jellé alakításán alapul. Különböző célokra különböző érzékelőkialakítások léteznek. A nyúlásmérők kiválasztásakor fontos meghatározni, hogy az áramkörök kompenzálják-e a torzító hőmérsékleti értékeket és a parazita mechanikai hatásokat.
