حسگرهای فشار سنج: توضیحات، دستورالعمل استفاده، مشخصات و بررسی

2024 نویسنده: Aaron Duncan | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-01 20:07

کرنش سنج ها دستگاه هایی هستند که تغییر شکل الاستیک اندازه گیری شده یک جسم جامد را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند. این به دلیل تغییر در مقاومت هادی حسگر زمانی که ابعاد هندسی آن از کشش یا فشار تغییر می‌کند، اتفاق می‌افتد.

کرنش سنج: اصل عملکرد

عنصر اصلی دستگاه یک کرنش سنج است که بر روی یک ساختار الاستیک نصب شده است. کرنش سنج ها با بارگذاری مرحله ای با نیروی افزایشی معین و اندازه گیری مقدار مقاومت الکتریکی کالیبره می شوند. سپس با تغییر آن می توان مقادیر بار مجهول اعمال شده و کرنش متناسب با آن را تعیین کرد.

بسته به نوع حسگرها، می توانید اندازه گیری کنید:

• قدرت؛
• فشار؛
• حرکت;
• گشتاور;
• شتاب.

حتی با پیچیده ترین طرح بارگذاری سازه، عمل درکرنش سنج به کشش یا فشرده کردن شبکه خود در امتداد یک بخش طولانی به نام پایه کاهش می یابد.

کدام کرنش سنج استفاده می شود

متداول ترین انواع کرنش سنج با تغییر در مقاومت فعال تحت عمل مکانیکی - کرنش سنج.

کرنش سنج سیم

ساده ترین مثال یک تکه سیم نازک مستقیم است که به قسمت مورد مطالعه متصل می شود. مقاومت آن عبارت است از: r=pL/s، که در آن p مقاومت، L طول، s سطح مقطع است.

همراه با قطعه، سیم چسب شده به طور الاستیک تغییر شکل می دهد. در عین حال ابعاد هندسی آن نیز تغییر می کند. هنگامی که فشرده می شود، سطح مقطع هادی افزایش می یابد و زمانی که کشیده می شود، کاهش می یابد. بنابراین، تغییر در مقاومت بسته به جهت تغییر شکل، علامت را تغییر می دهد. مشخصه خطی است.

حساسیت کم کرنش سنج منجر به نیاز به افزایش طول سیم در یک منطقه اندازه گیری کوچک شد. برای انجام این کار، آن را به شکل مارپیچ (شبکه) سیم ساخته می شود که از هر دو طرف با صفحات عایق از یک فیلم لاک یا کاغذ چسبانده شده است. برای اتصال به مدار الکتریکی دستگاه مجهز به دو سیم سربی مسی می باشد. آنها به انتهای سیم پیچ خورده جوش داده شده یا لحیم می شوند و برای اتصال به مدار الکتریکی به اندازه کافی قوی هستند. کرنش سنج با چسب به عنصر الاستیک یا قسمت مورد آزمایش متصل می شود.

لودسل سیم دارای مزایای زیر است:

• طراحی ساده؛
• وابستگی خطی به کرنش؛
• سایز کوچک؛
• قیمت پایین.

معایب شامل حساسیت کم، تأثیر دمای محیط، نیاز به محافظت در برابر رطوبت، استفاده فقط در ناحیه تغییر شکل های الاستیک است.

سیم وقتی تغییر شکل می دهد که نیروی چسبندگی چسب به آن بسیار بیشتر از نیروی لازم برای کشش آن باشد. نسبت سطح اتصال به سطح مقطع باید 160 به 200 باشد که مطابق با قطر آن 0.02-0.025 میلی متر است. می توان آن را تا 0.05 میلی متر افزایش داد. سپس در حین کارکرد عادی استرین گیج، لایه چسب از بین نمی رود. علاوه بر این، سنسور در فشرده سازی به خوبی کار می کند، زیرا رشته های سیم با فیلم چسب و قطعه یکپارچه هستند.

Foil Load Cells

پارامترها و اصل عملکرد لودسل فویل مانند نمونه های سیمی است. تنها ماده نیکروم، کنستانتان یا فویل تیتانیوم آلومینیومی است. فناوری تولید فوتولیتوگرافی به دست آوردن پیکربندی شبکه پیچیده و خودکار کردن فرآیند اجازه می دهد.

در مقایسه با کرنش سنج های سیم، کرنش سنج های فویل حساس تر هستند، جریان بیشتری را حمل می کنند، کرنش را بهتر منتقل می کنند، دارای لیدهای قوی تر هستند و الگوی پیچیده تری دارند.

لودسل های نیمه هادی

حساسیت سنسورها تقریباً 100 برابر بیشتر از حسگرهای سیمی است که امکان استفاده مکرر از آنها را بدون تقویت کننده فراهم می کند. معایب آن شکنندگی، وابستگی زیاد به دمای محیط و قابل توجه استگسترش پارامتر.

مشخصات کرنش سنج

1. پایه - طول هادی شبکه (0.2-150 میلی متر).
2. مقاومت اسمی R - مقدار مقاومت فعال (10-1000 اهم).
3. جریان منبع کار I_{p - جریانی که در آن کرنش سنج به طور محسوسی گرم نمی شود. هنگامی که بیش از حد گرم می شود، خواص مواد عنصر حسگر، پایه و لایه چسب تغییر می کند و قرائت ها را مخدوش می کند.}
4. ضریب کرنش: s=(∆R/R)/(∆L/L)، که در آن R و L به ترتیب مقاومت الکتریکی و طول سنسور بدون بار هستند. ∆R و ∆L - تغییر در مقاومت و تغییر شکل ناشی از نیروی خارجی. برای مواد مختلف، می تواند مثبت (R با کشش افزایش می یابد) و منفی (R با فشرده سازی افزایش می یابد). مقدار s برای فلزات مختلف از -12.6 تا +6 متفاوت است.

طرحهای روشن کردن کرنش سنج

برای اندازه گیری سیگنال های الکتریکی کوچک، بهترین گزینه اتصال پل است که در مرکز آن یک ولت متر قرار دارد. ساده ترین مثال می تواند یک کرنش سنج باشد که مدار آن طبق اصل یک پل الکتریکی مونتاژ شده است که در یکی از بازوهای آن وصل شده است. مقاومت بدون بار آن مانند بقیه مقاومت ها خواهد بود. در این حالت، دستگاه ولتاژ صفر را نشان می دهد.

اصل عملکرد یک کرنش سنج افزایش یا کاهش مقدار مقاومت آن است، بسته به اینکه نیروها فشاری یا کششی هستند.

دمای کرنش سنج تأثیر بسزایی در دقت قرائت دارد. اگر مقاومت کرنش مشابهی در بازوی دیگر پل که بارگذاری نمی شود گنجانده شود، عملکرد جبران اثرات حرارتی را انجام خواهد داد.

مدار اندازه گیری باید مقادیر مقاومت الکتریکی سیم های متصل به مقاومت را نیز در نظر بگیرد. با افزودن سیم دیگری که به یکی از پایه های کرنش سنج و ولت متر متصل است، تأثیر آنها کاهش می یابد.

اگر هر دو سنسور به گونه ای روی عنصر الاستیک چسبانده شوند که بارهای آنها از نظر علامت متفاوت باشد، سیگنال 2 برابر تقویت می شود. اگر چهار سنسور در مدار وجود داشته باشد که بارهای آن با فلش هایی در نمودار بالا نشان داده شده است، حساسیت به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. با این اتصال گیج های فشار سیم یا فویل، یک میکرو آمپرمتر معمولی بدون تقویت کننده سیگنال الکتریکی، خوانش ها را ارائه می دهد. مهم است که مقادیر مقاومت را با استفاده از یک مولتی متر به طور دقیق انتخاب کنید تا در هر بازوی پل برقی با یکدیگر برابر باشند.

کاربرد کرنش سنج در مهندسی

1. بخشی از طراحی ترازو: هنگام وزن کردن، بدنه حسگر به طور ارتجاعی تغییر شکل می دهد و با آن کرنش سنج ها به آن چسبانده می شوند و در یک مدار متصل می شوند. سیگنال الکتریکی به متر منتقل می شود.
2. نظارت بر وضعیت تنش-کرنش سازه های ساختمانی و سازه های مهندسی در فرآیند ساخت و بهره برداری آنها.
3. کرنش سنج برای اندازه گیری نیروهای تغییر شکل در حین ماشینکاریفشار فلز در کارخانه های نورد و پرس های مهر زنی.
4. سنسورهای دمای بالا برای فولاد و سایر صنایع.
5. سنسورهای اندازه‌گیری با عنصر الاستیک فولاد ضد زنگ برای عملکرد در محیط‌های تهاجمی شیمیایی.

کرنش سنج های استاندارد به صورت واشر، ستون، تیرهای ساده یا دو طرفه، S شکل ساخته می شوند. برای همه سازه ها، مهم است که نیرو در یک جهت اعمال شود: از بالا به پایین یا بالعکس. در شرایط عملیاتی شدید، طراحی های خاص این امکان را فراهم می کند که عمل نیروهای انگلی را از بین ببرد. قیمت آنها تا حد زیادی به این بستگی دارد.

برای کرنش سنج ها، قیمت از صدها روبل تا صدها هزار متغیر است. بستگی زیادی به سازنده، طراحی، مواد، تکنولوژی ساخت، مقادیر پارامترهای اندازه گیری شده، تجهیزات الکترونیکی اضافی دارد. در بیشتر موارد، آنها اجزای انواع مختلف مقیاس هستند.

نتیجه گیری

اصل عملکرد همه کرنش سنج ها بر اساس تبدیل تغییر شکل عنصر الاستیک به سیگنال الکتریکی است. برای اهداف مختلف، طرح های سنسور متفاوتی وجود دارد. هنگام انتخاب کرنش سنج ها، تعیین اینکه آیا مدارها برای خوانش دماهای اعوجاج و تأثیرات مکانیکی انگلی جبران دارند یا خیر، مهم است.