"Precizia este politețea regilor!" În zilele noastre, acest aforism francez medieval devine din ce în ce mai relevant. Instrumentele bazate pe tehnologia tensiometrică sunt utilizate din ce în ce mai mult pentru sarcini de măsurare precise în industrie și în gospodăriile private.
Cuprins
Ce este tehnologia de măsurare a tensiunii și la ce folosesc celulele de sarcină?
Strain-gauge (din latină tensus - stresat) este o metodă și o tehnică de măsurare a stării de tensiune-deformație a obiectului sau a structurii măsurate. Ideea este că este imposibil să se măsoare direct tensiunea mecanică, astfel încât sarcina este de a măsura deformarea obiectului și de a calcula tensiunea folosind tehnici speciale care iau în considerare proprietățile fizice ale materialului.
Măsurătorile de deformație se bazează pe efectul de deformare, care este proprietatea materialelor solide de a-și schimba rezistența la diferite deformări. Dinamometrele sunt dispozitive care măsoară deformarea elastică a unui corp solid și o transformă într-un semnal electric. Acest proces are loc prin modificarea rezistenței conductorului senzorului pe măsură ce acesta este întins și comprimat. Ele reprezintă un element de bază în dispozitivele de măsurare a deformațiilor în solide (de exemplu, piese de mașini, construcții, clădiri).
Proiectare și principiu de funcționare
În centrul dispozitivului de măsurare a tensiunii se află un tensiometru, prevăzut cu contacte speciale atașate la partea din față a celulei de măsurare. În timpul procesului de măsurare, contactele sensibile de pe panou ating obiectul. Această deformație este măsurată și transformată într-un semnal electric care este transmis la elementele de procesare și de afișare ale tensiometrului.
În funcție de domeniul de utilizare funcțională, senzorii diferă atât ca tip, cât și ca tip de valoare măsurată. Un factor important este precizia de măsurare necesară. De exemplu, celula de sarcină a unui cântar de camion de la o brutărie nu se compară cu un cântar electronic de farmacie, unde fiecare sutime de gram este importantă.
Să aruncăm o privire mai atentă asupra tipurilor și tipurilor de tensiometre moderne.
Senzori de cuplu
Senzorii de cuplu sunt concepuți pentru a măsura cuplul pe piesele rotative, cum ar fi arborele cotit al unui motor sau coloana de direcție. Senzorii de cuplu pot determina atât cuplul static, cât și pe cel dinamic, cu sau fără contact (telemetric).
Celule de sarcină de tip grindă, cantilever și de tip margine
Aceste tipuri de senzori se bazează, de obicei, pe un design paralelogramic cu un element de îndoire integrat pentru o sensibilitate și o liniaritate ridicată a măsurătorilor. Traductoarele de tensiune sunt fixate pe părțile sensibile ale elementului elastic al senzorului și sunt conectate într-un aranjament în punte completă.
Din punct de vedere structural, instrumentul de măsurare a tensiunii de grindă are găuri speciale pentru distribuția inegală a sarcinii și detectarea tensiunilor de compresiune și de tracțiune. Pentru un efect maxim, tensiometrele sunt orientate strict pe suprafața grinzii, în punctul cel mai subțire al acesteia, cu ajutorul unor marcaje speciale. Celulele de sarcină de mare precizie și fiabilitate de acest tip sunt utilizate pentru a construi sisteme de măsurare cu senzori multipli în cântarele de platformă sau de buncăr. Acestea sunt, de asemenea, utilizate la cântarele de dozare, la umpletoarele de lichide și vrac, la tensiometrele pentru cabluri și la alte celule de sarcină.
Celule de sarcină la tracțiune și compresiune
Celulele de sarcină de tracțiune și compresiune sunt, în general, în formă de S, fabricate din aluminiu sau oțel inoxidabil. Conceput pentru cântarele de buncăr și mașinile de dozare cu un domeniu de măsurare de la 0,2 la 20 de tone. Celulele de sarcină de tracțiune și compresie de tip S pot fi utilizate în mașinile de producție de cabluri, țesături și fibre pentru a monitoriza forța de tracțiune a acestor materiale.
Jaloane de tensiune din sârmă și folie
Înfășurat cu sârmă Etalonometrele cu roți înfășurate sunt realizate sub formă de bobine de sârmă cu diametrul mic și sunt atașate la elementul elastic sau la piesa care urmează să fie testată cu ajutorul unui adeziv. Caracteristicile lor sunt:
- ușurința de fabricare;
- dependență liniară de deformare;
- Dimensiuni și preț mici.
Dezavantajele sunt sensibilitatea scăzută, influența temperaturii și a umidității asupra erorii de măsurare, posibilitatea de aplicare numai în domeniul deformării elastice.
Folie sunt în prezent cel mai răspândit tip de tensiometru datorită calităților metrologice ridicate și a posibilității de fabricație. Acest lucru este posibil datorită tehnologiei fotolitografice pentru fabricarea lor. O tehnologie de ultimă generație permite fabricarea de tensiometre simple cu o bază de 0,3 mm, prize speciale pentru tensiometre și lanțuri de tensiometre cu o gamă largă de temperaturi de funcționare de la -240 la +1100 ºС, în funcție de proprietățile materialelor din rețeaua de măsurare.
Avantajele și dezavantajele celulelor de sarcină
Dinamometrele sunt utilizate pe scară largă datorită proprietăților lor:
- Posibilitatea unei conexiuni monolitice între instrumentul de măsură a tensiunii și piesa de lucru investigată;
- Grosimea mică a elementului de măsurare, care permite o precizie ridicată a măsurătorilor cu o eroare de 1-3 %;
- montare ușoară, atât pe suprafețe plane, cât și pe suprafețe curbe;
- capacitatea de a măsura deformările dinamice cu o frecvență de până la 50 000 Hz;
- capacitatea de a măsura în condiții dificile de mediu în intervalul de temperatură de la -240 la +1100˚C;
- Posibilitatea de a măsura parametrii simultan în mai multe puncte ale pieselor;
- posibilitatea de a măsura deformările obiectelor situate la distanțe mari față de sistemele de măsurare a deformațiilor;
- posibilitatea de măsurare a tensiunii în piesele în mișcare (rotative).
Dezavantajele sunt:
- influența condițiilor meteorologice (temperatură și umiditate) asupra sensibilității senzorilor;
- modificările nesemnificative ale rezistenței elementelor de măsurare (aproximativ 1%) necesită utilizarea amplificatoarelor de semnal.
- Atunci când tensiometrele funcționează la temperaturi ridicate sau în medii agresive, sunt necesare măsuri speciale pentru protecția lor.
Diagrame de conectare de bază
Să luăm în considerare un exemplu de conectare a celulelor de sarcină la cântarele domestice sau industriale. Celula de sarcină standard pentru cântare are patru fire de culori diferite: două intrări reprezintă sursa de alimentare (+Ex, -Ex), iar celelalte două sunt ieșirile de măsurare (+Sig, -Sig). Există, de asemenea, variante cu cinci fire, în care un fir suplimentar servește drept ecran pentru toate celelalte fire. Funcționarea unei celule de sarcină de tip grindă este destul de simplă. Puterea este aplicată la intrări, iar tensiunea este preluată de la ieșiri. Mărimea tensiunii depinde de sarcina aplicată pe senzorul de măsurare.
Dacă lungimea firului de la celula de sarcină la unitatea ADC este semnificativă, atunci rezistența firelor va afecta citirea scării. În acest caz, este recomandabil să se adauge un circuit de reacție, care compensează căderea de tensiune prin corectarea erorii de rezistență a conductorului introdusă în circuitul de măsurare. În acest caz, schema electrică va avea trei perechi de fire: alimentare, măsurare și compensare a pierderilor.
Exemple de aplicații ale tensiometrelor
- O componentă în construcția scărilor.
- Măsurarea forțelor de deformare în formarea metalelor pe prese de forjare și laminoare.
- Monitorizarea stărilor de tensiune-deformare a structurilor și construcțiilor de clădiri în timpul montajului și exploatării acestora.
- Senzori de temperatură ridicată din oțel aliat rezistent la căldură pentru uzinele metalurgice.
- cu element elastic din oțel inoxidabil pentru măsurători în medii agresive din punct de vedere chimic.
- Pentru măsurarea presiunii în conductele de petrol și gaze.
Simplitatea, comoditatea și procesabilitatea celulelor de sarcină sunt principalii factori pentru implementarea lor activă în continuare, atât în procesele metrologice, cât și în utilizarea în viața de zi cu zi ca elemente de măsurare a aparatelor de uz casnic.
Articole conexe:
