Принцип работы тензорезистора: КРАТКО О ТЕНЗОРЕЗИСТОРАХ

Содержание

КРАТКО О ТЕНЗОРЕЗИСТОРАХ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕНЗОРЕЗИСТОРАХ

Тензодатчики и тензорезисторы. Давайте посмотрим, что связывает тензодатчик и тензорезистор. 

Тензорезистор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков.

Принцип действия

При растяжении проводящих элементов тензорезистора увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение, что увеличивает сопротивление тензорезистора, при сжатии — уменьшается.

tensoresistor

Принцип действия проиллюстрирован на анимированном изображении. Для наглядности на изображении величина деформации тензорезистора утрированно увеличена, как и изменение сопротивления. В реальности относительные изменения сопротивления весьма малы (менее ~10−3) и для их измерений требуются чувствительные вольтметры или преобразователи (АЦП, весоизмерительные преобразователи (терминалы)), прецизионные усилители. Таким образом, деформации преобразуются в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников и далее — в электрический сигнал, обычно сигнал напряжения.

Мы не будем останавливаться подробно на электромеханических параметрах тензорезисторов. Отметим только, что чувствительность характеризуется коэффициентом чувствительности и зависит от применяемых материалов. А температурный коэффициент является вредным побочным эффектом, влияющий на показания.

Тензорезисторы широко используются в качестве чувствительного элемента, датчиков для измерения сил, давления. Собственно тензометрические датчики или сокращенно тензодатчики получили свое название от тензорезисторов.

Электрическая схема подключения тензорезистора

Обычно тензорезисторы включают в одно или два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного тока (диагональ моста A—D). С помощью переменного резистора производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствие приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B—C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор, дифференциальный усилитель или АЦП.

Tensoreristor-Bridge

Измерительный мост с вольтметром в диагонали. Тензорезистор обозначен Rx

При выполнении соотношения R1/R2=R2/R3 напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление Rx (например, увеличивается при растяжении), это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов Rx и R3(точки B) и изменение напряжения диагонали B—C моста — полезный сигнал.

Изменение сопротивления Rможет происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения деформации. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов в мост.

Например, в схеме на рисунке вместо постоянного резистора Rвключают такой же тензорезистор, как и Rx, но при деформации детали этот резистор изменяет своё сопротивление с обратным знаком. Это достигается наклейкой тензорезисторов на поверхности по-разному деформируемых зон детали, например, с разных сторон изгибаемой балки или с одной стороны, но со взаимно перпендикулярной ориентацией. При изменении температуры, если температура обоих резисторов равна, знак и величина изменения сопротивления, вызванного изменением температуры, равны, и температурный уход при этом компенсируется.

Также промышленностью выпускаются специализированные микросхемы для работы совместно с тензорезисторами, в которых помимо усилителей сигнала часто предусмотрены источники питания моста, схемы термокомпенсации, АЦП, цифровые интерфейсы для связи с внешними цифровыми системами обработки сигналов и другие полезные сервисные функции.

Конструкция

Обычно современные тензорезисторы представляют собой чувствительный элемент в виде зигзагообразного проводника, нанесенного на гибкую подложку. Тензорезистор приклеивается подложкой на поверхность исследуемого на деформации объекта. Проводники тензорезисторов обычно изготавливаются из тонкой металлической проволоки, фольги, или напыляются в вакууме для получения плёнки полупроводника или металла. В качестве подложки обычно используют ткань, бумагу, полимерную плёнку, слюду и др. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь тензорезистор имеет выводные проволочные концы или контактные площадки.

Tensoreristor-1
Плёночный тензорезистор. На подложку через фигурную маску в вакууме напылена или сформирована методами фотолитографии плёнка металла. Для подключения электродов выполнены контактные площадки (снизу). Метки облегчают ориентацию при монтаже.

Плёночные металлические тензорезисторы имеют площадь около 2‑10 мм2.

Конфигурация 

Тензодатчики, как правило, приклеиваемые, состоят из:

  • элемента чувствительного к деформации;
  • тонкой плёнки, которая является изолятором и несущей основой для чувствительного элемента;
  • контактных площадок для присоединения выводных проводов.

Элемент, чувствительный к деформации, представляет собой решётку, которая вытравлена способом фотолитографии или отштампована из очень тонкого листа металлической фольги толщиной 2,5 мкм. Конфигурация выбирается таким образом, чтобы обеспечить сопротивление равное 100 Ом при достаточно малой длине и ширине. Выпускаются датчики, длина которых меняется в диапазоне от 2 до 150 мкм. Выпускаются датчики  специального назначения (мембранные датчики давления, напряжения, датчики деформации сдвига).

Несущая основа

Применяются материалы такие, как:

  • акриловые;
  • полиамидные;
  • фенольные;
  • эпоксидно-стеклянные;
  • бумага;
  • эпоксидные;
  • эпоксидно-полиамидные;
  • эпоксидно-фенольные;
  • фенольно-стеклянные.

В большинстве случаев применяются полиамидная плёнка, отличающаяся прочностью, гибкостью и совместимостью с большинством связующих. Применяется плёнка с эпоксидной смолы. Её особенности:

  • линейно-упругое поведение материала;
  • отсутствие гистерезиса.

Полимеры, армированные стекловолокном, применяются в датчиках для работ в циклических деформациях. В датчиках, работающих при повышенных температурах, используются основы из эпоксидных и фенольных смол, армированных стекловолокном.

Клеи, с помощью которых приклеивают тензодатчики

Клей, с помощью которого приклеивают тензодатчик на образец, должен обладать прочностью, линейной упругостью и стабильностью в течение длительного периода времени.

Комбинация датчика: его несущая основа и клеи требуют самого серьезного внимания. Необходимо применять апробируемые клеи и соблюдать процедуры нанесения и сушки.

В качестве клея наиболее широко используется метил-2-цианоакриад, эпоксидная смола, полимид и некоторые виды керамики.

Цианоакриад не требует ни нагрева, ни отвердителей для инициирования полимеризации. Для ускорения полимеризации на одну из поверхностей может быть нанесён катализатор. Благодаря очень быстрой полимеризации этот клей является идеальным компонентом для тензодатчиков общего назначения. Минутного нажатия большим пальцем и двух минутной паузы оказывается достаточно. Он может использоваться в диапазоне температур от -32 до +65°С. Он обеспечивает правильное измерение деформации не выше 6%. Прочность клея снижается со временем из-за поглощения влаги, поэтому его необходимо защищать при длительной эксплуатации.

Эпоксидный состоит из смолы и отвердителя, который вступает в реакцию со смолой, обеспечивая полимеризацию. В некоторых случаях для вязкости смолы в нее добавляют растворитель. Разбавленные смолы (эпоксидно-фенольные) более предпочтительны, так как образуют очень тонкие высокопрочные, однородные плёнки со слабо выраженной ползучестью и гистерезисом. Для обеспечения тонкого однородного слоя к датчику должно быть приложено давление от 70 до 210 кПа. чтобы гарантировать полную полимеризацию эпоксидные клеи подвергают повышенной температуре в течение нескольких часов. По-видимому, наилучшими являются эпоксидно-фенольные клеи с рабочим диапазоном температур от -269 до +260°С. Допустимое относительное удельное изменение находится в пределах 3-10%.

Полиамидные представляют собой однокомпонентный полимер, который может применяться в диапазоне температур от -260 до +399°С. Полиамид утверждается при давлении 275кПа при температуре 260°С.

Итак, для отверждения нужны сравнительно высокие давления и температуры (например, 8 - 10 кгс/мм2, 170° С). Поверхность упругого элемента перед приклеиванием тщательно очищается механическими и химическими средствами, а затем к ней приклеивают тензорезисторы на слои соответствующих клеящих и изолирующих веществ. Процесс отверждения ведут по специальной температурно-временной программе. После окончания процессов "послеотверждения", если таковые имеют место, приклеенные тензорезисторы защищаются от действия окружающей среды.

После отвердения клеев тензодатчики должны быть покрыты герметиком (парафин, каучук, полимеритан).

Конструкция закрепления также имеет большое значение для работы датчика (рис. 1). В классической конструкции (а) применяется "утопленный" тензорезистор (например, в основе из фенольного клея), который наклеивается на упругий элемент с помощью клея (например, фенольного). В конструкции (б) голый тензорезистор (например, полупроводниковый) приклеивают через подложку (например, из специальной бумаги), пропитанную клеем. В обоих случаях возникает относительно толстая прослойка толщиной d2, (» 20 - 50 мкм), которая образуется по существу вязкой средой и служит причиной явлений ослабления напряжений. Поскольку прослойка выполняет одновременно функцию изоляции, она не может делаться сколь угодно тонкой. Поэтому в более новой конструкции задачи изоляции и крепления разделены. Здесь сначала наносится изоляционный слой, (расплавленная эмаль или керамика), который обладает существенно лучшими механическими свойствами, чем клей. Теперь собственно клеевой слой может выполняться очень тонким (< 1 мкм) и должен только заполнить неровности поверхностей. В этой конструкции практически полностью пренебрежимо ослабление напряжений, вызванное клеем.

Tensoreristor-1

Рисунок 1 - Конструкции тензорезисторных чувствительных элементов датчиков
а и б - обычные конструкции с толстыми клеевыми слоями dz;
в - современная конструкция с тонким клеевым слоем dz.
1 - упругий элемент; 2 - тензорезистор; 3 - основа тензорезистора; 4 - клеевой слой; 5 -подложка, пропитанная клеем; 6 - изолирующий слой с хорошими механическими свойствами

Явления ослабления напряжения рассматривались до сих пор всегда в связи с процессами в клее и конструкцией крепления тензорезисторов. Это понятно, так как в период становления техники измерений, основанной на тензорезисторах, на исследование и уменьшение ползучести клеев было направлено основное внимание. Однако в настоящее время можно уменьшить эти эффекты, по крайней мере до порядка значений ослабления напряжений, вызванных другими причинами (например, самим упругим элементом). Поэтому ослабление клея следует рассматривать только вместе с другими явлениями, если ими вообще нельзя пренебречь. Различные причины погрешностей тензорезисторных датчиков сопоставлены ниже:

Ослабления в упругом элементе

Вязкое ослабление из-за клеевых слоев благодаря современным способам приклеивания становится часто пренебрежимо малым.

Температурный уход нуля возникает из-за тепловых волн, распространяющихся по упругому элементу, при выравнивании теплового состояния, если тензорезисторы имеют большие температурные коэффициенты сопротивления (полупроводниковые тензорезисторы).

Термоэлектрические эффекты возникают из-за процессов перераспределения потерь мощности в мосте; также заметны только у полупроводниковых тензорезисторов.

Ослабление клея - единственный эффект, который по своей природе противоположен действию силы. Поэтому он может в принципе компенсировать эффекты ослабления, совпадающие по своему характеру с силой, однако из-за различных постоянных времени этих эффектов лишь не полностью и с большой зависимостью от температуры.

Защита от воздействия окружающей среды. Чувствительные элементы после их приклеивания должны защищаться от воздействий окружающей среды, чтобы препятствовать прежде всего действию влажности. Для этого после отверждения, по возможности еще в теплом состоянии, они покрываются защитными лаками. Чтобы воспрепятствовать образованию сквозных пор, такую операцию повторяют, как правило, несколько раз.

Полученные таким образом тонкие слои не могут полностью и на длительное время исключить диффузию паров воды. Это достигается только благодаря герметически плотным металлическим корпусам, которые часто заполняются еще достаточно большим запасом гигроскопичного вещества или сухим инертным газом. Однако влага, внедрившаяся в чувствительные элементы, несмотря на все эти меры, вызывает два эффекта:

1. Уменьшение сопротивления изоляции между тензорезистором и упругим элементом. В идеальном случае это сопротивление бесконечно велико. При конечном сопротивлении изоляции Ris получаются условия, отраженные на рис. 2. Благоприятнейший случай изображен на рис. 2,а, где Ris, равномерно распределено на четыре части моста; разбаланса моста нет. Для неблагоприятнейшего случая расчет дает погрешность нуля:

Tensoreristor-1

где eNcp - средняя номинальная деформация и R0 - основное сопротивление тензорезисторов. Эти соотношения для тензорезисторов с большим коэффициентом тензочувствительности (для полупроводниковых) не имеют такого значения.Tensoreristor-1

Рисунок 2 - Влияние уменьшения сопротивления изоляции

Ris - дискретная эквивалентная схема. a - благоприятный случай: уменьшение Ris распределено равномерно; б - неблагоприятный случай: уменьшение Ris действует на один тензорезистор.

Разбухание клеевого слоя вызывает кажущуюся деформацию, а этим самым - дополнительную погрешность нуля. Можно с уверенностью считать, что этот эффект значительно сильнее, чем эффект от сопротивления изоляции. Но уменьшение Ris может служить в качестве меры внедрившейся влаги и поэтому - общей ожидаемой погрешности нуля. Можно принять, что разбухание также достаточно мало, если сопротивление изоляции более 109 Ом.

Тензорезистор — Википедия

Тензорези́стор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации[1]. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов[2]. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов и пр.

Принцип действия

При растяжении проводящих элементов тензорезистора увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение, что увеличивает сопротивление тензорезистора, при сжатии — уменьшает.

Принцип действия проиллюстрирован на анимированном изображении. Для наглядности на изображении величина деформации тензорезистора утрированно увеличена, как и изменение сопротивления. В реальности относительные изменения сопротивления весьма малы (менее ~10−3) и для их измерений требуются чувствительные вольтметры или прецизионные усилители или прецизионные усилители + АЦП. Таким образом, деформации преобразуются в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников и далее — в электрический сигнал, обычно сигнал напряжения.

Полупроводниковый тензорезистор обладает гораздо большей чувствительностью из-за изменения свойств полупроводникового материала при деформации.[3]

Электромеханические параметры

Чувствительность

Чувствительность тензорезистора характеризуется безразмерным параметром — коэффициентом тензочувствительности K f , {\displaystyle K_{f},} который определяется как:

K f = Δ R / R 0 ϵ , {\displaystyle K_{f}={\frac {\Delta R/R_{0}}{\epsilon }},}

где:

  • Δ R {\displaystyle \Delta R}  — абсолютное изменение сопротивления, вызванное деформацией, Ом;
  • R 0 {\displaystyle R_{0}}  — начальное сопротивление недеформированного тензорезистора, Ом;
  • ϵ {\displaystyle \epsilon }  — относительная деформация.

Относительная деформация определяется как:

ϵ = Δ L / L 0 , {\displaystyle \epsilon =\Delta L/L_{0},}

где

  • Δ L {\displaystyle \Delta L}  — абсолютное изменение длины, м;
  • L 0 {\displaystyle L_{0}}  — длина недеформированного тензорезистора, м.

Для плёночных металлических тензорезисторов параметр K f {\displaystyle K_{f}} слабо зависит от деформации и немного превышает 2[4].

При включении тензорезистора в мост Уитстона, в котором остальные 3 резистора постоянны (не имеют возможности регулирования сопротивления), выходное напряжение диагонали этого моста выражается формулой:

v = V b ⋅ K f ⋅ ϵ 4 , {\displaystyle v={\frac {V_{b}\cdot K_{f}\cdot \epsilon }{4}},}

где:

  • V b {\displaystyle V_{b}}  — напряжение питания моста, В.

Типичные значения коэффициента тензочувствительности для разных материалов приведены в таблице.

Материал Коэффициент тензочувствительности
Металлическая фольга 2-5
Тонкая металлическая плёнка (например, константановая) 2
Монокристаллический кремний От −125 до +200
Поликристаллический кремний ±30
Тонкоплёночные резистивные материалы 100

Температурный коэффициент

При изменении температуры изменяется сопротивление тензорезистора, не связанное с деформацией. Это является вредным побочным эффектом. Через коэффициент тензочувствительности относительное изменение сопротивления выражается формулой:

Δ R R = K f ⋅ ε + α ⋅ θ , {\displaystyle {\frac {\Delta R}{R}}=K_{f}\cdot \varepsilon +\alpha \cdot \theta ,}

где:

Электрическая схема подключения тензорезистора

{\displaystyle {\frac {\Delta R}{R}}=K_{f}\cdot \varepsilon +\alpha \cdot \theta ,}

Обычно тензорезисторы включают в одно или два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного тока (диагональ моста A—D). С помощью переменного резистора R 2 {\displaystyle R_{2}} производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствие приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B—C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор, дифференциальный усилитель или АЦП.

При выполнении соотношения R 1 R 2 = R x R 3 {\displaystyle {\frac {R_{1}}{R_{2}}}={\frac {R_{x}}{R_{3}}}} напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление R x {\displaystyle R_{x}} (например, увеличивается при растяжении), это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов R x {\displaystyle R_{x}} и R 3 {\displaystyle R_{3}} (точки B) и изменение напряжения диагонали B—C моста — полезный сигнал.

Изменение сопротивления R x {\displaystyle R_{x}} может происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения деформации. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов в мост.

Например, в схеме на рисунке вместо постоянного резистора R 3 {\displaystyle R_{3}} включают такой же тензорезистор, как и R x {\displaystyle R_{x}} , но при деформации детали этот резистор изменяет своё сопротивление с обратным знаком. Это достигается наклейкой тензорезисторов на поверхности по-разному деформируемых зон детали, например, с разных сторон изгибаемой балки или с одной стороны, но со взаимно перпендикулярной ориентацией. При изменении температуры, если температура обоих резисторов равна, знак и величина изменения сопротивления, вызванного изменением температуры, равны, и температурный уход при этом компенсируется.

Также промышленностью выпускаются специализированные микросхемы для работы совместно с тензорезисторами, в которых помимо усилителей сигнала часто предусмотрены источники питания моста, схемы термокомпенсации, АЦП, цифровые интерфейсы для связи с внешними цифровыми системами обработки сигналов и другие полезные сервисные функции.

Конструкция

R_{x} Плёночный тензорезистор. На подложку через фигурную маску в вакууме напылена или сформирована методами фотолитографии плёнка металла. Для подключения электродов выполнены контактные площадки (снизу). Метки облегчают ориентацию при монтаже.

Обычно современные тензорезисторы представляют собой чувствительный элемент в виде зигзагообразного проводника, нанесенного на гибкую подложку. Тензорезистор приклеивается подложкой на поверхность исследуемого на деформации объекта. Проводники тензорезисторов обычно изготавливаются из тонкой металлической проволоки, фольги, или напыляются в вакууме для получения плёнки полупроводника или металла. В качестве подложки обычно используют ткань, бумагу, полимерную плёнку, слюду и др. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь тензорезистор имеет выводные проволочные концы или контактные площадки.

Плёночные металлические тензорезисторы имеют площадь около 2‑10 мм2.

Применение

Тензорезисторы используются в качестве первичных преобразователей в тензометрах и тензостанциях при измерениях механических величин (деформации, силы, крутящего момента, перемещения, также, для измерения давления в манометрах и пр.)

См. также

Примечания

Ссылки

принцип работы и подключение тензометрического датчика

«Точность – вежливость королей!» В наше время актуальность этого средневекового французского афоризма только растет. Для проведения точных измерительных вычислений на производстве и в быту все шире используются приборы на основе тензометрических датчиков.

Что такое тензометрия и для чего нужны тензодатчики

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применениеЧто такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Тензометрия (от лат. tensus — напряжённый) — это способ и методика измерения напряжённо-деформированного состояния измеряемого объекта или конструкции. Дело в том, что нельзя напрямую измерить механическое напряжение, поэтому задача состоит в измерении деформации объекта и вычислении напряжения при помощи специальных методик, учитывающих физические свойства материала.

В основе работы тензодатчиков лежит тензоэффект — это свойство твёрдых материалов изменять своё сопротивление при различных деформациях. Тензометрические датчики представляют собой устройства, которые измеряют упругую деформацию твердого тела и преобразуют её величину в электрический сигнал. Этот процесс происходит при изменении сопротивления проводника датчика при его растяжении и сжатии. Они являются основным элементом в приборах по измерению деформации твёрдых тел (например, деталей машин, конструкций, зданий).

Устройство и принцип работы

Основу тензодатчика составляет тензорезистор, оснащенный специальными контактами, закрепленными на передней части измерительной панели. В процессе измерения чувствительные контакты панели соприкасаются с объектом. Происходит их деформация, которая измеряется и преобразуется в электрический сигнал, передаваемый на элементы обработки и отображения измеряемой величины тензометрического датчика.

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применениеЧто такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

В зависимости от сферы функционального использования датчики различаются как по типам, так и по видам измеряемых величин. Важным фактором является требуемая точность измерения. Например, тензодатчик грузовых весов на выезде с хлебозавода совершенно не подойдет к электронным аптекарским весам, где важна каждая сотая часть грамма.

Рассмотрим более предметно виды и типы современных тензометрических датчиков.

Датчики крутящего момента

Датчики крутящего момента предназначены для измерения крутящего момента на вращающихся частях таких систем, как коленвал двигателя или рулевой колонки. Тензодатчики крутящего момента могут определять как статический, так и динамический момент контактным либо бесконтакным (телеметрическим) способом.

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применениеЧто такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Тензодатчики балочного, консольного и кромочного типов

Эти типы датчиков изготавливают обычно на основе параллелограммной конструкции со встроенным элементом изгиба для высокой чувствительности и линейности измерений. Тензорезисторы в них закрепляются на чувствительных участках упругого элемента датчика и соединяются по схеме полного моста.

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применениеЧто такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Конструктивно балочный тензодатчик имеет специальные отверстия для неравномерного распределения нагрузки и выявления деформаций сжатия и растяжения. Для получения максимального эффекта тензорезисторы по специальным меткам строго ориентируют на поверхности балки в ее самом тонком месте. Высокоточные и надежные датчики этого типа используют для создания многодатчиковых измерительных систем в платформенных или бункерных весах. Нашли они свое применение и в весовых дозаторах, фасовщиках сыпучих и жидких продуктов, измерителях натяжения тросов и других измерителях силовых нагрузок.

Тензодатчики силы растяжения и сжатия

Тензодатчики силы растяжения и сжатия, как правило, имеют S-образную форму, изготавливаются из алюминия и легированной нержавеющей стали. Предназначены для бункерных весов и дозаторов с пределом измерения от 0,2 до 20 тонн. S-образные тензодатчики силы растяжения и сжатия могут использоваться в станках по производству кабелей, тканей и волокон для контроля силы натяжения этих материалов.

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применениеЧто такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Тензорезисторы проволочные и фольговые

Проволочные тензорезисторы делают в виде спирали из проволоки малого диаметра и крепят на упругом элементе или исследуемой детали с помощью клея. Их отличает:

  • простота изготовления;
  • линейная зависимость от деформации;
  • малые размеры и цена.

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применениеЧто такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Из недостатков отмечают низкую чувствительность, влияние температуры и влажности среды на погрешность измерения, возможность применения только в сфере упругих деформаций.

Фольговые тензорезисторы в настоящее время являются наиболее распространенным типом тензорезисторов из-за их высоких метрологических качеств и технологичности производства. Это стало доступным благодаря фотолитографической технологии их изготовления. Передовая технология позволяет получать одиночные тензорезисторы с базой от 0,3 мм, специализированные тензометрические розетки и цепочки тензорезисторов с широким рабочим температурным диапазоном от –240 до +1100 ºС в зависимости от свойств материалов измерительной решетки.

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применениеЧто такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Преимущества и недостатки тензодатчиков

Широкое применение тензодатчики получили благодаря своим свойствам:

  • возможности монолитного соединения датчика деформации с исследуемой деталью;
  • малой толщине измерительного элемента, что обеспечивает высокую точность измерения с погрешностью 1-3 %;
  • удобстве крепления, как на плоских, так и на криволинейных поверхностях;
  • возможности измерения динамических деформаций, меняющихся с частотой до 50000 Гц;
  • возможности проведения измерений в сложных условиях окружающей среды в температурном интервале от -240 до +1100˚С;
  • возможности измерений параметров одновременно во многих точках деталей;
  • возможности измерения деформации объектов, расположенных на больших расстояниях от тензометрических систем;
  • возможностью измерения деформаций в движущихся (крутящихся) деталях.

Из недостатков следует отметить:

  • влияние метеоусловий (температуры и влажности) на чувствительность датчиков;
  • незначительные изменения сопротивления измерительных элементов (около 1%) требует применение усилителей сигналов.
  • при работе тензодатчиков в условиях высокотемпературной или агрессивной среды необходимы специальные меры их защиты.

Основные схемы подключения

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применениеЧто такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Рассмотрим это на примере подключения тензометрических датчиков к бытовым или промышленным весам. Стандартный тензодатчик для весов имеет четыре разноцветных провода: два входа — питание (+Ex, -Ex), два других — измерительные выходы (+Sig, -Sig). Встречаются также варианты с пятью проводами, где дополнительный провод служит в качестве экрана для всех остальных. Суть работы весового измерительного датчика балочного типа довольно проста. На входы подается питание, а с выходов снимается напряжение. Величина напряжения зависит от приложенной нагрузки на измерительный датчик.

Если длина проводов от весового тензодатчика до блока АЦП значительна, то сопротивление самих проводов будет влиять на показание весов. В этом случае целесообразно добавить цепь обратной связи, которая компенсирует падение напряжения путем корректировки погрешности от сопротивления проводов, вносимую в измерительную цепь. В этом случае схема подключения будет иметь три пары проводов: питания, измерения и компенсации потерь.

Что такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применениеЧто такое тензодатчик, типы тензометрических датчиков, схема подключения и их применение

Примеры использования тензометрических датчиков

  • элемент конструкции весов.
  • измерение усилий деформации при обработке металлов давлением на штамповочных прессах и прокатных станах.
  • мониторинг напряженно-деформационных состояний строительных конструкций и сооружений при их возведении и эксплуатации.
  • высокотемпературные датчики из жаропрочной легированной стали для металлургических предприятий.
  • с упругим элементом из нержавеющей стали для измерений в химически агрессивной среде.
  • для измерения давления в нефте и газопроводах.

Простота, удобство и технологичность тензодатчиков — основные факторы для дальнейшего активного их внедрения, как в метрологические процессы, так и использования в повседневной жизни в качестве измерительных элементов бытовой техники.

Тензодатчики – устройство, классические схемы подключения, маркировка, полезная информация для ремонта

Весовой измерительный датчик для весов

Занимаясь ремонтом весоизмерительной техники приходится сталкиваться с некоторым непониманием со стороны механиков такого важного понятия, как принцип работы весового измерительного датчика. Постепенно собралась небольшая коллекция частозадавемых вопросов и ответов на них. В принципе в интернете и на книжной полке есть достаточно материалов, но, как правило, это в основном информация для инженеров проектировщиков, вызывающая зевоту у инженеров ремонтников. Ответы на вопросы делались на основе практических умозаключений и на основании полученных знаний на лекциях по метрологии, но вполне допускаются ошибки в оконечных выводах, фактически все ответы подкреплены практическими данными. Вопросы будем рассматривать от простого к сложному.

 

 

  1. Как правильно называть весовой измерительный датчик для весов.
  2. Устройство весового измерительного датчика для весов.
  3. Основное отличие 6-проводного весового измерительного датчика от 4-проводного.
  4. Зачем в балке весового измерительного датчика для весов сделаны отверстия?
  5. Устройство тензорезистора
  6. Определяем маркировку проводов для измерительного датчика  весов.
  7. Определение полярности контактов для измерительного датчика весов (в разработке).

 

  Как правильно называть весовой измерительный датчик для весов.

Работая с весами уже более 20 лет, ответ на этот вопрос так и не был найден, поэтому просто перечислим встречавшиеся термины.

Датчик ХХХХ (где ХХХХ маркировка датчика), чувствительный элемент - Масса-К

Тензометрический датчик (тензодатчик) – CAS

Балка – жаргон

Мы же будем дипломатично называть - весовой измерительный датчик для весов.

 


Устройство весового измерительного датчика для весов.

Вопрос довольно глобальный, постараемся упростить материал как можно больше, и не вдаться в теоретические выкладки. В самом конце подборки мы все-таки рассмотрим весовой измерительный датчик для весов в более расширенном варианте. А пока, максимально упрощенный вариант.

Классический весовой измерительный датчик для весов на выходе имеет четыре разноцветных провода два - питание (+Ex, -Ex), два - измерительные концы (+Sig, -Sig).

Для справки. Встречаются несколько вариантов обозначения выводов весового измерительного датчика для весов

Питание

+Ex, Ex+, Exc+, Excitation+, +Питания, +Питания датчика

-Ex, Ex-, Exc-, Excitation-, - Питания, -Питания датчика

Выход

Sig+, LC-Sig+, +Signal, +Сигнал, +Сигнал датчика

Sig-, LC-Sig-, -Signal, -Сигнал, -Сигнал датчика

Цепи компенсации (только для 6-проводного варианта)

+Sense, +Sen, Sen+, Обратная связь+

-Sense, -Sen, Sen-, Обратная связь-

Иногда встречается вариант с пятью проводами, где пятый провод служит экраном для остальных четырех. Суть работы весовой измерительный датчик для весов проста, на вход подается питание, с выхода снимается напряжение. Выходное напряжение меняется в зависимости от приложенной нагрузки на весовой измерительный датчик для весов (балку).

Упрощенная электрическая схема весового измерительного датчика для весов

 


   

Основное отличие 6-проводного весового измерительного датчика от 4-проводного.

При большой длине проводов от весового измерительного датчика до блока АЦП, сопротивление самих проводов начинает влиять на показания весов.

Существует два решения этой проблемы:

1. Делать длину проводов одной и той же длины,  тогда погрешность от сопротивления проводов вносимая в цепь измерения будет заранее известна, и будет скомпенсирована на уровне АЦП.

Для справки. На весах Масса-К серии ВТ было использовано оригинальное решение, АЦП был установлен прямо на весовом измерительном датчике, что позволяло решить проблему сопротивления проводов. Но был допущен серьезный инженерный просчет – переключатель калибровки не был вынесен за переделы весового измерительного датчика, и как результат усложненная процедура калибровки.

2. Добавить измерительную цепь, с помощью которой можно измерить сопротивление провода (а точнее падение напряжения) и в динамике подкорректировать погрешность от сопротивления проводов вносимую в цепь измерения.

Измерительная цепь +Sen, -Sen позволяет измерить падение напряжения на соединительных проводах

 Для этих целей добавляют два провода +Sen, -Sen которые и позволяют измерить падение напряжения на проводах, теперь достаточно вычесть это значение  из общих измерений и мы получим показания только с тензорезисторов.

Упрощенный алгоритм работы обратной связи для компенсации падения напряжения на проводах

Вывод: Из вышесказанного следует, для 4-проводной схемы подключения весового измерительного датчика категорически не рекомендуется изменять (удлинять или укорачивать) длину кабеля от датчика до АЦП. В принципе при изменении длины соединительного кабеля можно сделать повторную калибровку, но вот калибровку термокомпенсации, вряд ли удастся, если это не предусмотрено конструкцией весов

  


  

Зачем в балке весового измерительного датчика для весов сделаны отверстия?

Если бы в балке не было отверстий, то вся нагрузка была бы распределена по всей поверхности в равной степени, и выявить деформацию было бы очень трудно. Так как тензорезисторы должны размещаться в местах наибольшего напряжения, то место установки последних делают специально тонким, нагрузка приложенная на конец балки, была максимально выражена в этих самых местах. Для максимального эффекта тензорезисторы строго ориентируют на поверхности балки, строго под самым тонким местом.

Тензорезистор установлен строго по меткам на поверхности балки и в соответствии с метками на подложке.

Двумя отверстиями расположенными рядом достигается эффект – на одной плоскости один датчик работает на сжатие другой на растяжение.

Работа тензорезисторов под нагрузкой

 


  

Устройство тензорезистора.

Как правило, тензорезистор весового измерительного датчика для весов представляет собой длинный проводник выполненный в виде змейки. При сжатии длина проводника уменьшается и сопротивление уменьшается, при растяжении длина увеличивается и сопротивление увеличивается.

Основной тензорезистор, его положение строго позиционировано, в примере 265 Ом

Измерительный тензорезистор устанавливается строго по меткам, позиционные метки расположены по трем сторонам.

  

Компенсационный тензорезистор, требования к позиционированию менее жесткие, в примере 20 Ом  

  


  

Китайский тензодатчик.

Несмотря на привычный образ для китайской продукции – товар плохого качества. Китайские тензодатчики обладают довольно хорошими измерительными параметрами, и это не просто цифра на бумажке, а реальная цифра снимаемая с тензодатчика при измерениях. Но без ложки дегтя не обойтись, именно на китайских  датчиках первый раз довелось увидеть деформацию балки, видимую даже невооруженным взглядом.

Тензодатчик 6кг (Китай) деформация видна без линейки

 

Тензодатчик 150кг (Китай) и снова деформация видна без измерительных приспособлений

Не то что бы тензодатчики других производителей (не Китай) работают безотказно, например при наезде на тензодатчик машиной, тензодатчик конечно выходит из строя, но на нем просто срезает резьбу, нарезаем новую резьбу и датчик снова исправен. 


 

Определяем маркировку проводов для измерительного датчика  весов.

Применяем  теорию на практике.  В качестве образца рассмотрим датчик с весов CAS DB H, у которого нам надо определить  назначения контактов с датчика, а именно входные/выходные цепи.

Для справки.  Весы CAS DB H со старым АЦП, дисплей люминесцентный с накалом. Напряжение питания может отличаться от весов с черным АЦП.

Провода имеют  цветовую маркировку и их 5 – черный, синий, зеленый, красный, белый. Черный откидываем сразу, он ни с чем не звонится – это экран. Будем отталкиваться от того факта, что большинство  датчиков имеют выходное сопротивление измерительного моста кратным 350 Ом, а сами датчики подключены по мостовой схеме.  Измеряем сопротивления между всеми выводами, получаем 6 значений:

  1. красный-белый 422 Ом
  2. синий-зеленый 350 Ом
  3. синий-красный 335 Ом
  4. зеленый-красный 335 Ом
  5. синий-белый 261 Ом
  6. зеленый-белый 261 Ом

Способ №1 классический.

Более быстрый, но дающий результат, в случае если датчик имеет выходное сопротивление измерительного моста кратное 350 Ом.

Как можно увидеть синий и зеленый провод  являются контактами  выходного сопротивления измерительного моста, так как сопротивление между ними кратно 350 Ом. Соответственно  оставшиеся два контакта красный и белый  - это контакты питания датчика.

Рис. Определяем входные и выходные цепи датчика с весов CAS DB H.

Для справки. Остальные данные по сопротивлению проводов весового датчика весов CAS DB H можно посмотреть здесь. Допускается отклонение сопротивления от указанных +-1 Ом. Стандартное напряжение питания датчика – это  +5В, но датчики обычно рассчитываются на 12В.  

Способ №2 альтернативный.

Проверялся только на мостовой схеме, для других схем подключения может не подойти.

Находим контакты с максимальным  сопротивлением, красный и белый провод имеют сопротивление больше всех , 422 Ом – это контакты для входного напряжения. Соответственно оставшиеся два синий и зеленый, есть контакты выходного сопротивления измерительного моста.

 Мы намеренно опустили определение полярности входных и выходных групп контактов, что бы не перегружать материал информацией.


 

Определение полярности контактов для измерительного датчика весов (в разработке).

Тут все несколько неоднозначно, по крайней мере,  для нас. Поэтому выкладываем только данные практических экспериментов. В качестве объекта измерения выбраны весы CAS DB 1H с тензодатчиком BC-150DB.  Зная паспортные данные тензодатчика,  имея 4 варианта   подключения и зная правильную ориентацию на станине – снимем показания с выходного датчика. Правильное подключение по паспорту.
 

Вариант 1. (паспортное подключение)


Рис.   Подключение тензодатчика по заводским параметрам.

Питание от 5В

  • 0кг, на выходе  0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

 

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен  1,160
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен  5,956
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен  10,751

Давление на датчик снизу вверх - дает на выходе отрицательное напряжение.

 

Вариант 2. (перевернутое подключение)


Рис.   Подключение тензодатчика наоборот, на входе плюс подключаем к минусу, на выходе плюс соединяем к минусу.

Питание от 5В

  • 0кг, на выходе  0мВ
  • 20кг, на выходе 1мВ
  • 40кг, на выходе 1,9мВ

 

Показания родного АЦП с весов

  • 0 кг, показания АЦП, канал неизвестен  1,150
  • 20 кг, показания АЦП, канал неизвестен  5,916
  • 40 кг, показания АЦП, канал неизвестен  10,679

Давление на датчик снизу вверх - дает на выходе отрицательное напряжение.

Как видно из показаний, данные АЦП несколько отличаются. В рабочем режиме  весы начинают «врать», то есть показывать меньший вес, но если весы откалибровать - показания становятся правильными и весы становятся полностью работоспособными.

 

Вывод.

Фактически подключение не влияет на работоспособность весов в целом, но показания при разных подключениях имеют небольшое отличие. Тензодатчик можно заставить работать в обоих подключениях.  Два других варианта подключения рассматривать не будем, так как показания вольтметра на выходе получаются отрицательными, а соответственно нас не интересуют.

Тензорезистор — Википедия

Тензорези́стор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации[1]. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов[2]. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов и пр.

Принцип действия

При растяжении проводящих элементов тензорезистора увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение, что увеличивает сопротивление тензорезистора, при сжатии — уменьшает.

Принцип действия проиллюстрирован на анимированном изображении. Для наглядности на изображении величина деформации тензорезистора утрированно увеличена, как и изменение сопротивления. В реальности относительные изменения сопротивления весьма малы (менее ~10−3) и для их измерений требуются чувствительные вольтметры или прецизионные усилители или прецизионные усилители + АЦП. Таким образом, деформации преобразуются в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников и далее — в электрический сигнал, обычно сигнал напряжения.

Полупроводниковый тензорезистор обладает гораздо большей чувствительностью из-за изменения свойств полупроводникового материала при деформации.[3]

Электромеханические параметры

Чувствительность

Чувствительность тензорезистора характеризуется безразмерным параметром — коэффициентом тензочувствительности K f , {\displaystyle K_{f},} который определяется как:

K f = Δ R / R 0 ϵ , {\displaystyle K_{f}={\frac {\Delta R/R_{0}}{\epsilon }},}

где:

  • Δ R {\displaystyle \Delta R}  — абсолютное изменение сопротивления, вызванное деформацией, Ом;
  • R 0 {\displaystyle R_{0}}  — начальное сопротивление недеформированного тензорезистора, Ом;
  • ϵ {\displaystyle \epsilon }  — относительная деформация.

Относительная деформация определяется как:

ϵ = Δ L / L 0 , {\displaystyle \epsilon =\Delta L/L_{0},}

где

  • Δ L {\displaystyle \Delta L}  — абсолютное изменение длины, м;
  • L 0 {\displaystyle L_{0}}  — длина недеформированного тензорезистора, м.

Для плёночных металлических тензорезисторов параметр K f {\displaystyle K_{f}} слабо зависит от деформации и немного превышает 2[4].

При включении тензорезистора в мост Уитстона, в котором остальные 3 резистора постоянны (не имеют возможности регулирования сопротивления), выходное напряжение диагонали этого моста выражается формулой:

v = V b ⋅ K f ⋅ ϵ 4 , {\displaystyle v={\frac {V_{b}\cdot K_{f}\cdot \epsilon }{4}},}

где:

  • V b {\displaystyle V_{b}}  — напряжение питания моста, В.

Типичные значения коэффициента тензочувствительности для разных материалов приведены в таблице.

Материал Коэффициент тензочувствительности
Металлическая фольга 2-5
Тонкая металлическая плёнка (например, константановая) 2
Монокристаллический кремний От −125 до +200
Поликристаллический кремний ±30
Тонкоплёночные резистивные материалы 100

Температурный коэффициент

При изменении температуры изменяется сопротивление тензорезистора, не связанное с деформацией. Это является вредным побочным эффектом. Через коэффициент тензочувствительности относительное изменение сопротивления выражается формулой:

Δ R R = K f ⋅ ε + α ⋅ θ , {\displaystyle {\frac {\Delta R}{R}}=K_{f}\cdot \varepsilon +\alpha \cdot \theta ,}

где:

Электрическая схема подключения тензорезистора

{\displaystyle {\frac {\Delta R}{R}}=K_{f}\cdot \varepsilon +\alpha \cdot \theta ,}

Обычно тензорезисторы включают в одно или два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного тока (диагональ моста A—D). С помощью переменного резистора R 2 {\displaystyle R_{2}} производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствие приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B—C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор, дифференциальный усилитель или АЦП.

При выполнении соотношения R 1 R 2 = R x R 3 {\displaystyle {\frac {R_{1}}{R_{2}}}={\frac {R_{x}}{R_{3}}}} напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление R x {\displaystyle R_{x}} (например, увеличивается при растяжении), это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов R x {\displaystyle R_{x}} и R 3 {\displaystyle R_{3}} (точки B) и изменение напряжения диагонали B—C моста — полезный сигнал.

Изменение сопротивления R x {\displaystyle R_{x}} может происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения деформации. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов в мост.

Например, в схеме на рисунке вместо постоянного резистора R 3 {\displaystyle R_{3}} включают такой же тензорезистор, как и R x {\displaystyle R_{x}} , но при деформации детали этот резистор изменяет своё сопротивление с обратным знаком. Это достигается наклейкой тензорезисторов на поверхности по-разному деформируемых зон детали, например, с разных сторон изгибаемой балки или с одной стороны, но со взаимно перпендикулярной ориентацией. При изменении температуры, если температура обоих резисторов равна, знак и величина изменения сопротивления, вызванного изменением температуры, равны, и температурный уход при этом компенсируется.

Также промышленностью выпускаются специализированные микросхемы для работы совместно с тензорезисторами, в которых помимо усилителей сигнала часто предусмотрены источники питания моста, схемы термокомпенсации, АЦП, цифровые интерфейсы для связи с внешними цифровыми системами обработки сигналов и другие полезные сервисные функции.

Конструкция

R_{x} Плёночный тензорезистор. На подложку через фигурную маску в вакууме напылена или сформирована методами фотолитографии плёнка металла. Для подключения электродов выполнены контактные площадки (снизу). Метки облегчают ориентацию при монтаже.

Обычно современные тензорезисторы представляют собой чувствительный элемент в виде зигзагообразного проводника, нанесенного на гибкую подложку. Тензорезистор приклеивается подложкой на поверхность исследуемого на деформации объекта. Проводники тензорезисторов обычно изготавливаются из тонкой металлической проволоки, фольги, или напыляются в вакууме для получения плёнки полупроводника или металла. В качестве подложки обычно используют ткань, бумагу, полимерную плёнку, слюду и др. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь тензорезистор имеет выводные проволочные концы или контактные площадки.

Плёночные металлические тензорезисторы имеют площадь около 2‑10 мм2.

Применение

Тензорезисторы используются в качестве первичных преобразователей в тензометрах и тензостанциях при измерениях механических величин (деформации, силы, крутящего момента, перемещения, также, для измерения давления в манометрах и пр.)

См. также

Примечания

Ссылки

Тензорезистор — Википедия. Что такое Тензорезистор

Тензорези́стор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации[1]. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов[2]. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов и пр.

Принцип действия

При растяжении проводящих элементов тензорезистора увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение, что увеличивает сопротивление тензорезистора, при сжатии — уменьшает.

Принцип действия проиллюстрирован на анимированном изображении. Для наглядности на изображении величина деформации тензорезистора утрированно увеличена, как и изменение сопротивления. В реальности относительные изменения сопротивления весьма малы (менее ~10−3) и для их измерений требуются чувствительные вольтметры или прецизионные усилители или прецизионные усилители + АЦП. Таким образом, деформации преобразуются в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников и далее — в электрический сигнал, обычно сигнал напряжения.

Полупроводниковый тензорезистор обладает гораздо большей чувствительностью из-за изменения свойств полупроводникового материала при деформации.[3]

Электромеханические параметры

Чувствительность

Чувствительность тензорезистора характеризуется безразмерным параметром — коэффициентом тензочувствительности K f , {\displaystyle K_{f},} который определяется как:

K f = Δ R / R 0 ϵ , {\displaystyle K_{f}={\frac {\Delta R/R_{0}}{\epsilon }},}

где:

  • Δ R {\displaystyle \Delta R}  — абсолютное изменение сопротивления, вызванное деформацией, Ом;
  • R 0 {\displaystyle R_{0}}  — начальное сопротивление недеформированного тензорезистора, Ом;
  • ϵ {\displaystyle \epsilon }  — относительная деформация.

Относительная деформация определяется как:

ϵ = Δ L / L 0 , {\displaystyle \epsilon =\Delta L/L_{0},}

где

  • Δ L {\displaystyle \Delta L}  — абсолютное изменение длины, м;
  • L 0 {\displaystyle L_{0}}  — длина недеформированного тензорезистора, м.

Для плёночных металлических тензорезисторов параметр K f {\displaystyle K_{f}} слабо зависит от деформации и немного превышает 2[4].

При включении тензорезистора в мост Уитстона, в котором остальные 3 резистора постоянны (не имеют возможности регулирования сопротивления), выходное напряжение диагонали этого моста выражается формулой:

v = V b ⋅ K f ⋅ ϵ 4 , {\displaystyle v={\frac {V_{b}\cdot K_{f}\cdot \epsilon }{4}},}

где:

  • V b {\displaystyle V_{b}}  — напряжение питания моста, В.

Типичные значения коэффициента тензочувствительности для разных материалов приведены в таблице.

Материал Коэффициент тензочувствительности
Металлическая фольга 2-5
Тонкая металлическая плёнка (например, константановая) 2
Монокристаллический кремний От −125 до +200
Поликристаллический кремний ±30
Тонкоплёночные резистивные материалы 100

Температурный коэффициент

При изменении температуры изменяется сопротивление тензорезистора, не связанное с деформацией. Это является вредным побочным эффектом. Через коэффициент тензочувствительности относительное изменение сопротивления выражается формулой:

Δ R R = K f ⋅ ε + α ⋅ θ , {\displaystyle {\frac {\Delta R}{R}}=K_{f}\cdot \varepsilon +\alpha \cdot \theta ,}

где:

Электрическая схема подключения тензорезистора

{\displaystyle {\frac {\Delta R}{R}}=K_{f}\cdot \varepsilon +\alpha \cdot \theta ,}

Обычно тензорезисторы включают в одно или два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного тока (диагональ моста A—D). С помощью переменного резистора R 2 {\displaystyle R_{2}} производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствие приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B—C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор, дифференциальный усилитель или АЦП.

При выполнении соотношения R 1 R 2 = R x R 3 {\displaystyle {\frac {R_{1}}{R_{2}}}={\frac {R_{x}}{R_{3}}}} напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление R x {\displaystyle R_{x}} (например, увеличивается при растяжении), это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов R x {\displaystyle R_{x}} и R 3 {\displaystyle R_{3}} (точки B) и изменение напряжения диагонали B—C моста — полезный сигнал.

Изменение сопротивления R x {\displaystyle R_{x}} может происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения деформации. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов в мост.

Например, в схеме на рисунке вместо постоянного резистора R 3 {\displaystyle R_{3}} включают такой же тензорезистор, как и R x {\displaystyle R_{x}} , но при деформации детали этот резистор изменяет своё сопротивление с обратным знаком. Это достигается наклейкой тензорезисторов на поверхности по-разному деформируемых зон детали, например, с разных сторон изгибаемой балки или с одной стороны, но со взаимно перпендикулярной ориентацией. При изменении температуры, если температура обоих резисторов равна, знак и величина изменения сопротивления, вызванного изменением температуры, равны, и температурный уход при этом компенсируется.

Также промышленностью выпускаются специализированные микросхемы для работы совместно с тензорезисторами, в которых помимо усилителей сигнала часто предусмотрены источники питания моста, схемы термокомпенсации, АЦП, цифровые интерфейсы для связи с внешними цифровыми системами обработки сигналов и другие полезные сервисные функции.

Конструкция

R_{x} Плёночный тензорезистор. На подложку через фигурную маску в вакууме напылена или сформирована методами фотолитографии плёнка металла. Для подключения электродов выполнены контактные площадки (снизу). Метки облегчают ориентацию при монтаже.

Обычно современные тензорезисторы представляют собой чувствительный элемент в виде зигзагообразного проводника, нанесенного на гибкую подложку. Тензорезистор приклеивается подложкой на поверхность исследуемого на деформации объекта. Проводники тензорезисторов обычно изготавливаются из тонкой металлической проволоки, фольги, или напыляются в вакууме для получения плёнки полупроводника или металла. В качестве подложки обычно используют ткань, бумагу, полимерную плёнку, слюду и др. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь тензорезистор имеет выводные проволочные концы или контактные площадки.

Плёночные металлические тензорезисторы имеют площадь около 2‑10 мм2.

Применение

Тензорезисторы используются в качестве первичных преобразователей в тензометрах и тензостанциях при измерениях механических величин (деформации, силы, крутящего момента, перемещения, также, для измерения давления в манометрах и пр.)

См. также

Примечания

Ссылки

Тензорезистор — Википедия

Тензорези́стор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации[1]. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов[2]. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов и пр.

Принцип действия

При растяжении проводящих элементов тензорезистора увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение, что увеличивает сопротивление тензорезистора, при сжатии — уменьшает.

Принцип действия проиллюстрирован на анимированном изображении. Для наглядности на изображении величина деформации тензорезистора утрированно увеличена, как и изменение сопротивления. В реальности относительные изменения сопротивления весьма малы (менее ~10−3) и для их измерений требуются чувствительные вольтметры или прецизионные усилители или прецизионные усилители + АЦП. Таким образом, деформации преобразуются в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников и далее — в электрический сигнал, обычно сигнал напряжения.

Полупроводниковый тензорезистор обладает гораздо большей чувствительностью из-за изменения свойств полупроводникового материала при деформации.[3]

Электромеханические параметры

Чувствительность

Чувствительность тензорезистора характеризуется безразмерным параметром — коэффициентом тензочувствительности K f , {\displaystyle K_{f},} который определяется как:

K f = Δ R / R 0 ϵ , {\displaystyle K_{f}={\frac {\Delta R/R_{0}}{\epsilon }},}

где:

  • Δ R {\displaystyle \Delta R}  — абсолютное изменение сопротивления, вызванное деформацией, Ом;
  • R 0 {\displaystyle R_{0}}  — начальное сопротивление недеформированного тензорезистора, Ом;
  • ϵ {\displaystyle \epsilon }  — относительная деформация.

Относительная деформация определяется как:

ϵ = Δ L / L 0 , {\displaystyle \epsilon =\Delta L/L_{0},}

где

  • Δ L {\displaystyle \Delta L}  — абсолютное изменение длины, м;
  • L 0 {\displaystyle L_{0}}  — длина недеформированного тензорезистора, м.

Для плёночных металлических тензорезисторов параметр K f {\displaystyle K_{f}} слабо зависит от деформации и немного превышает 2[4].

При включении тензорезистора в мост Уитстона, в котором остальные 3 резистора постоянны (не имеют возможности регулирования сопротивления), выходное напряжение диагонали этого моста выражается формулой:

v = V b ⋅ K f ⋅ ϵ 4 , {\displaystyle v={\frac {V_{b}\cdot K_{f}\cdot \epsilon }{4}},}

где:

  • V b {\displaystyle V_{b}}  — напряжение питания моста, В.

Типичные значения коэффициента тензочувствительности для разных материалов приведены в таблице.

Материал Коэффициент тензочувствительности
Металлическая фольга 2-5
Тонкая металлическая плёнка (например, константановая) 2
Монокристаллический кремний От −125 до +200
Поликристаллический кремний ±30
Тонкоплёночные резистивные материалы 100

Температурный коэффициент

При изменении температуры изменяется сопротивление тензорезистора, не связанное с деформацией. Это является вредным побочным эффектом. Через коэффициент тензочувствительности относительное изменение сопротивления выражается формулой:

Δ R R = K f ⋅ ε + α ⋅ θ , {\displaystyle {\frac {\Delta R}{R}}=K_{f}\cdot \varepsilon +\alpha \cdot \theta ,}

где:

Электрическая схема подключения тензорезистора

{\displaystyle {\frac {\Delta R}{R}}=K_{f}\cdot \varepsilon +\alpha \cdot \theta ,}

Обычно тензорезисторы включают в одно или два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного тока (диагональ моста A—D). С помощью переменного резистора R 2 {\displaystyle R_{2}} производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствие приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B—C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор, дифференциальный усилитель или АЦП.

При выполнении соотношения R 1 R 2 = R x R 3 {\displaystyle {\frac {R_{1}}{R_{2}}}={\frac {R_{x}}{R_{3}}}} напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление R x {\displaystyle R_{x}} (например, увеличивается при растяжении), это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов R x {\displaystyle R_{x}} и R 3 {\displaystyle R_{3}} (точки B) и изменение напряжения диагонали B—C моста — полезный сигнал.

Изменение сопротивления R x {\displaystyle R_{x}} может происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения деформации. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов в мост.

Например, в схеме на рисунке вместо постоянного резистора R 3 {\displaystyle R_{3}} включают такой же тензорезистор, как и R x {\displaystyle R_{x}} , но при деформации детали этот резистор изменяет своё сопротивление с обратным знаком. Это достигается наклейкой тензорезисторов на поверхности по-разному деформируемых зон детали, например, с разных сторон изгибаемой балки или с одной стороны, но со взаимно перпендикулярной ориентацией. При изменении температуры, если температура обоих резисторов равна, знак и величина изменения сопротивления, вызванного изменением температуры, равны, и температурный уход при этом компенсируется.

Также промышленностью выпускаются специализированные микросхемы для работы совместно с тензорезисторами, в которых помимо усилителей сигнала часто предусмотрены источники питания моста, схемы термокомпенсации, АЦП, цифровые интерфейсы для связи с внешними цифровыми системами обработки сигналов и другие полезные сервисные функции.

Конструкция

R_{x} Плёночный тензорезистор. На подложку через фигурную маску в вакууме напылена или сформирована методами фотолитографии плёнка металла. Для подключения электродов выполнены контактные площадки (снизу). Метки облегчают ориентацию при монтаже.

Обычно современные тензорезисторы представляют собой чувствительный элемент в виде зигзагообразного проводника, нанесенного на гибкую подложку. Тензорезистор приклеивается подложкой на поверхность исследуемого на деформации объекта. Проводники тензорезисторов обычно изготавливаются из тонкой металлической проволоки, фольги, или напыляются в вакууме для получения плёнки полупроводника или металла. В качестве подложки обычно используют ткань, бумагу, полимерную плёнку, слюду и др. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь тензорезистор имеет выводные проволочные концы или контактные площадки.

Плёночные металлические тензорезисторы имеют площадь около 2‑10 мм2.

Применение

Тензорезисторы используются в качестве первичных преобразователей в тензометрах и тензостанциях при измерениях механических величин (деформации, силы, крутящего момента, перемещения, также, для измерения давления в манометрах и пр.)

См. также

Примечания

Ссылки

Теория тензодатчиков - типы, формулы и области применения

strain gauge

Тензодатчики основаны на резистивных свойствах металла. При растяжении металлический материал теряет или увеличивает свое электрическое сопротивление. На материал наклеивается тензометрическая фольга, которая будет проверяться с использованием специально подобранного клея для тензодатчиков. Благодаря правильному прилеганию к исследуемому материалу, тензодатчик изгибается так же, как и испытуемый материал, поэтому он воспроизводит напряжения.

Теория тензодатчиков рассказывает об элементах сопротивления, которые встречаются в большом количестве электронного оборудования. Они в основном используются для измерения различных сжимающих сил, растягивающих сил и любых напряжений материалов. Они являются основным элементом автоматических систем при измерении веса, например весы, баки, резервуары для хранения. Правильно установленные тензометрические датчики позволяют измерять массу, измерять количество дозируемого продукта и т. Д.

Чтобы правильно выбрать тип тензодатчика, необходимо определить, в каких условиях он будет работать.Вы должны знать тип нагрузки, температуру, при которой она будет работать, и требования, которые она должна выдерживать, чтобы выдержать взаимодействие в этой системе. В настоящее время тензодатчики с сопротивлением заняли большую часть рынка и чаще всего выбираются для розничных и лабораторных измерений. Их преимущества:

  • чувствительность и точность измерений,
  • долговечность материалов с небольшими размерами,
  • работа при высоких температурах и с высоким давлением, гибкость
  • .

Применения тензодатчиков

Тензометры в основном используются для следующих измерений:

  • Измерение деформации - всякий раз, когда испытываемый материал находится под высоким напряжением или нагрузкой, он подвергается деформации, и именно в этом случае тензодатчик выполняет свою работу. работа.
  • Измерение других величин - Изменение сопротивления из-за приложенной нагрузки также может быть «переведено» для измерения различных других величин, таких как давление, смещение, сила, ускорение и т. Д.Они обычно прикрепляются к механическим датчикам (например, сильфонам) для измерения смещения, давления и других величин.

Клей для тензодатчика

Тензодатчики крепятся к подложке с помощью специального клея, который скрепляет их вместе. Тип клея зависит от требуемого срока службы измерительной системы. Основная задача клея для тензометрического датчика (связующего материала) - получить наилучшее возможное соединение между тензометрическим датчиком и поверхностью исследуемого образца или объекта.Это позволяет перенести деформацию объекта с минимальными потерями на тензодатчик - более точное измерение. Разные измерительные среды требуют других типов тензометрического клея, потому что каждая из них влияет на процесс измерения по-своему. Одна из самых важных (если не самая важная) вещь, которую нужно сделать, - это подготовить поверхность, на которой будет выполнено соединение тензодатчика и тестируемого объекта. Вышеупомянутая поверхность должна быть сначала сглажена (например, специальной наждачной бумагой) и смазана маслом.Тензодатчик должен быть приклеен сразу после этого процесса, чтобы избежать окисления или загрязнения подготовленного участка. Без этого процесса клейкое связывание тензометра с поверхностью может привести к ошибкам измерения и быть ненадежным.

Тип клея для тензодатчиков и материал, используемый для производства тензодатчиков, являются запатентованными секретами компаний-производителей, благодаря этим параметрам материала достигается лучшая точность и чувствительность. Существует три типа наиболее популярных тензодатчиков: трубчатые тензодатчики

  • - изготовленные из шланговых резистивных проводов, тензодатчики
  • - последовательно соединенные резистивные провода, расположенные параллельно, соединенные медной лентой, тензодатчики сопротивления фольги
  • - построенные на основе трубчатой ​​резистивной сетки, в сочетании с поддержкой прокладкой с металлической фольгой.

Типы тензометрического клея

Чтобы получить наилучшее возможное качество склеивания между тензодатчиком и основанием, должны быть соблюдены различные требования. С точки зрения рабочей температуры это привело к наличию различных типов тензометрических клеевых материалов. Эти материалы можно различить в зависимости от технологии нанесения следующим образом:

  • Клеи для тензометрических датчиков холодного отверждения - Довольно легко и просто наносить.Мы можем различить однокомпонентные клеи. которые начинают отверждаться при соответствующей влажности, а также двухкомпонентные клеи, которые необходимо смешать перед нанесением. Тензометрический клей с очень коротким временем реакции называют «суперклейками», которые в основном используются в экспериментальных измерениях.
  • Клеи для тензометрических датчиков горячего отверждения - Эти клеи требуют определенной температуры отверждения для возможности склеивания, поэтому их можно использовать только в том случае, если испытуемый объект может быть помещен в такую ​​специфическую среду.Кроме того, клей горячего отверждения предлагает более широкий температурный диапазон применения, чем клей холодного отверждения, что означает, что его можно использовать более точно.

Для обеспечения правильного процесса калибровки тензометрического датчика важно знать его наиболее важные параметры для соответствующая модель:

  • постоянная тензометрического датчика,
  • сопротивление в недеформированном состоянии (без влияния внешних сил деформации),
  • активной длины сетки (основа тензометрического датчика),
  • максимально допустимая деформация (максимальная деформация ),
  • число циклов измерения (динамическая долговечность),
  • температурный коэффициент сопротивления (TCR),
  • линейность.

Теория тензодатчиков с электрическим сопротивлением

Тензодатчики используют физические зависимости между электрическими параметрами и деформацией материала. В зависимости от измеряемых единиц существует разделение тензодатчиков:

  • магнитострикционный,
  • фотоэлектрический,
  • пьезоэлектрический,
  • емкостный,
  • индуктивный,
  • электрорезистивный.

Электрорезистивные тензодатчики характеризуются хорошей точностью и чувствительностью измерений деформации испытуемого образца.Расстояние от тестового образца до тензометрического датчика может быть большим в случае электрических тензометрических датчиков, что также позволяет проводить измерения во многих местах измерения для материальных напряжений тестовой системы. Из-за очень низкого значения параметра инерции измерительной системы электрофузионные тензодатчики хорошо подходят для тестирования быстроизменяющихся деформаций.

Внутренняя конструкция тензометрического датчика

Система тензометрического датчика состоит из следующих компонентов:

  • датчик, который преобразует механические значения в электрические значения, источник питания
  • , генератор переменного тока с измерительным мостом,
  • постоянного тока и Усилители переменного тока,
  • ,
  • регистратор изменений электрических величин.
Strain gauge block schematic

Рис. 1. Блочная система измерения усилителя тензодатчика с питанием от переменного тока

Где: G - генератор напряжения, R1, R2, R3, R4 - тензодатчик фольги, R5 - мостовой балансировочный резистор, WS - сигнал селектора усилитель, PF - фазер, выпрямитель, FD - фильтр нижних частот, W - измерение сопротивления.

Электрические тензодатчики основаны на принципе изменения электрического сопротивления из-за изменения длины металла, используемого в тензодатчике. Формула сопротивления тензометрического металла:

strain gauge formula

Где: R - сопротивление тензометрического металла, p - удельное сопротивление тензометрического датчика, l - длина тензометрического датчика, A - площадь поперечного сечения тензометрического датчика ,

В теории тензометрического сопротивления их длина называется основанием тензометрического датчика. Во время работы образцов длина основания тензодатчика изменяется. В то же время изменяется и длина металлической проволоки, что напрямую влияет на изменение ее сопротивления.
Формула, определяющая изменения в деформации по отношению к изменениям сопротивления, выглядит следующим образом:

strain gauge formula

Где: k - постоянная тензометрического датчика, ε - деформация, R / R - изменение сопротивления тензометрического датчика.

Две предыдущие формулы описывают основные физические зависимости электрического сопротивления тензодатчиков. Погружая закон Гука, можно получить натяжение в конкретной точке образца:

strain gauge formula

Значение константы тензометрического датчика зависит от материала, из которого изготовлен датчик, и значения константы варьируются от 1,6 до 3,6. Другими названиями константы тензометрического датчика являются «чувствительность к деформации» и «значение чувствительности тензометрического датчика».

Отличительной особенностью электрических тензодатчиков является метод получения значений деформации из испытуемого материала. В этом процессе тензодатчик используется вместе с клеем, специально созданным для таких задач. Чтобы правильно зафиксировать тензодатчик, очистите тестовую поверхность. Весь процесс выбора фольги, формы тензодатчика и наклеивания долгий. Нужно все тщательно подготовить и рассчитать места прилипания и форму тензодатчика.

Электрорезистивный тензодатчик хорошо работает как подмножество статических, динамических и движущихся образцов. Их чувствительность высока, а их собственный вес не влияет на несоответствие измерений. Посредством передачи деформаций непосредственно на резистивный провод предотвращается проскальзывание и проскальзывание. Значения результатов являются безразмерными, поэтому они не зависят от значения тензометрической постоянной. Обследование нескольких мест одного образца не является проблемой для электрического тензодатчика.Кроме того, результаты могут быть получены в прямом эфире через беспроводное соединение. Благодаря использованию компенсационных тензодатчиков влияние влаги и температуры на результаты измерений устраняется.

Основные типы тензодатчиков

Чаще всего используются три типа электрических тензодатчиков: трубчатые тензодатчики, сетчатые тензодатчики, тензометрические датчики, из которых фольга является самой популярной в отрасли.

Трубчатый тензодатчик изготовлен из куска проволоки, который с обеих сторон покрыт фольгой или бумагой.Связность провода с электрической цепью обеспечивает медную полосу, соединенную с обоими концами провода. Его диаметр колеблется от 0,02 до 0,05 мм.

Pic. 2. Tubular strain gauge.

Рис. 2. Трубчатый тензодатчик

Сетчатый тензодатчик состоит из параллельно проложенных проводов, которые соединены медной лентой с большей шириной и меньшим удельным сопротивлением. Из-за использования ленты с большим поперечным сечением сопротивление деформации ленты настолько мало, что ее нельзя измерить для устройства, откалиброванного по тензодатчикам.Следовательно, тензодатчик имеет гораздо более низкую чувствительность, когда речь идет об измерениях в поперечном направлении. Исполнение проводов является постоянным и их диаметр не превышает 50 микрометров. Соединение медных полос с проводами производится с помощью оловянной пайки. Олово является проблемой при измерениях при высоких температурах выше 180 градусов по Цельсию. Базовое значение сетки тензодатчиков составляет от 5 мм до 70 мм.

Mesh strain gauge

Рис. 3. Сетчатый тензодатчик

Фольговый тензодатчик изготовлен из металлической фольги, толщина которой не превышает 0.025 мм. Способ изготовления тензометрической фольги аналогичен печатным схемам на гибких пленках. Благодаря литографической технике можно создавать тензодатчики с размерами и формами, идеально подходящими для обследования.

Foil strain gauge

Рис. 4. Тензодатчик фольги

Розетки тензодатчика

Розетка тензодатчика представляет собой набор тензодатчиков, установленных заранее запланированным способом. Количество применяемых тензометрических датчиков зависит от значений, рассчитанных при выборе тензометрических датчиков для исследуемого образца.

Strain gauge rosettes

Рис. 5. Розетки тензодатчика

Розетки тензодатчика можно разделить на три типа: прямоугольная розетка (измеряет деформации в многоосном состоянии), T-розетка (измеряет двухосные напряжения), завинчивающаяся розетка (измеряет кручение образцы).
Тензодатчик должен быть правильно подготовлен путем идеального приклеивания тензодатчика к тестируемому материалу. Используемый клей должен быть специально подготовлен для использования в тензодатчике. Его толщина не должна превышать 10 микрометров.Работа клея должна изолировать провода от тестируемого материала. Клей должен выдерживать высокие рабочие температуры без изменения его физических и электрических свойств. После правильного приклеивания тензодатчика вся система покрывается защитным слоем, это может быть воск.

Glued strain gauge

Рис. 6. Клеевой тензодатчик

Типы тензодатчиков

Механический тензодатчик

Механические тензодатчики являются одними из самых простых в изготовлении и измерении.Метод измерения состоит в измерении удлинения лопастей и считывании этого значения в масштабе, увеличенном в 1000 раз и передаваемом посредством механических рычагов. На следующем рисунке показан механический тензодатчик Huggenberger, его конструкция состоит из подвижного неподвижного лезвия, рукояток, указателя и шкалы.

Huggenberger mechanical strain gauge

Рис. 7. Механический тензодатчик Huggenberger

Изменение значения деформации активирует движение рычага. Тензодатчик Huggenberger имеет основание тензодатчика со значениями от 5 до 100 мм.Тензодатчики немного тяжелее, потому что они весят около 50 г.

Тензодатчик троса

Чаще всего они используются в строительных конструкциях. Напряжение поверхности и масса испытуемого материала измеряются. Основным элементом тензодатчика является натянутая струна, регулируемая с помощью винтов. Он расположен между двумя лезвиями.

Измерение осуществляется с помощью вибрационных и резонансных колебаний. Натянутые струны, натянутые между лопастями, подвергаются испытаниям.

String strain gauge

Рис. 8. Струнный тензодатчик

Оптический тензодатчик

Оптические тензодатчики преобладают над механическими тензодатчиками с точки зрения разрешения исследуемых деформаций. Благодаря большому коэффициенту они способны выполнять более точные измерения. Наиболее популярным типом тензодатчиков, как оптическим, является тензодатчик Мартенса.
Работа оптического тензодатчика основана на исследовании длины измерительной базы.При изменении длины основания зеркало вращается и свет падает на шкалу, которая считывается с помощью телескопа. Во время работы этого тензометрического датчика необходимо соблюдать очень строгие условия в отношении механических воздействий окружающей среды.

Martens mirror strain gauge

Рис. 9. Зеркальный тензодатчик Мартенса

Пневматический тензодатчик

Пневматические тензодатчики отличаются очень высокой точностью и разрешающей способностью измерения. Его работа основана на зависимости деформации от площади поперечного сечения сопла, которая влияет на высоту воды.Благодаря изменению высоты мы можем определить изменение напряжения на шкале.

Формула тензометрического датчика в измерениях с использованием тензометрических датчиков Мост Уитстона

Обычно используются измерительные системы, например. мостовая система Уитстона. Этот мост состоит из четырех резисторов, которые подключены к мостовой схеме. Источник напряжения подключен к точкам A и B. Из точки C-D измеряется напряжение дисбаланса моста.

Wheatstone strain gauge bridge

Рис. 10. Тензометрический мост Уитстона

Задача тензометрического моста - измерить разницу в сопротивлении.Чтобы начать правильные измерения, мост должен быть сбалансирован. Требуется, чтобы напряжение между точками C-D было 0 вольт, тогда условие равновесия выполнено. Сопротивление формулы тензометрического датчика:

strain gauge formula

Мост сбалансирован в момент равновесия, что достигается с помощью условия равновесия, записанного выше. Несбалансированные мосты также используются для измерений тензодатчиков. Несбалансированный мост возникает только для одной комбинации значений сопротивления, которые удовлетворяют условию равновесия.При изменении значения одного или нескольких резисторов между точками C-D появится напряжение, отличное от нуля.
Напряжение ΔU можно рассчитать по формуле тензометрического датчика:

strain gauge formula

При измерениях с использованием тензометрических датчиков все резисторы, используемые в мостовой схеме тензометрического датчика, имеют одинаковые начальные значения сопротивления. Однако, если один тензодатчик изменяет значение своего сопротивления, то выходное напряжение рассчитывается по формуле тензодатчика:

strain guage formula

Активный тензодатчик, это тензодатчик, сопротивление которого является переменным под воздействием деформации.После некоторых преобразований предыдущего паттерна получаем формулу, которая показывает зависимость напряжения от ΔU от напряжения питания.

strain guage formula

Активные тензометрические датчики должны иметь соответствующую настройку, чтобы чувствительность моста была правильной:

Wheatstone strain gauge configurations

Рис. 11. Конфигурации тензодатчиков Wheatstone

Для работы тензодатчиков требуются деформации с противоположными знаками в активных тензодатчиках правильно, это достигается путем правильного подключения тензодатчиков в мосту.Одним из способов получения такого требования является склеивание их с противоположных сторон испытуемого материала. Тензодатчики должны быть подключены к противоположным плечам моста, если сопротивление имеет тот же знак, а если изменение сопротивления является противоположным знаком, тензодатчик должен быть подключен к ближайшему рычагу моста тензометрического датчика. В случае неправильного подключения тензодатчиков, напряжение в точках C-D не появится, и, таким образом, все изменения сопротивления будут скомпенсированы, и результат не будет получен.

Incorrect connection of strain gauge

Рис. 12. Неправильное подключение тензодатчика к соседним дорожкам цепи

Четыре тензодатчика, подключенные при одной рабочей температуре, одновременно дают наилучшие результаты в отношении компенсации сопротивления тензодатчиков под воздействием температуры наружного воздуха.

Не имеет значения, действуют ли одинаковые силы на тензодатчики. Существуют также компенсирующие тензометрические датчики, задачей которых является компенсация температуры, а не измерение деформаций, как в других тензометрических датчиках.Вторым неожиданным использованием тензодатчиков является комбинация двух тензодатчиков вместе с внешними резисторами, которые вместе образуют полумост тензометрического датчика, также используемый для температурной компенсации. То же самое относится и к использованию только одного тензометрического датчика, тогда вы должны подключить снаружи системы до трех резисторов, которые вместе образуют четверти моста тензодатчика Уитстона. В случае мостовой системы тензодатчики могут работать независимо в количестве четырех, двух или одного.Два или один тензодатчик могут работать на полумост. Основным принципом баланса моста является то, что в тензодатчиках в оцененных рычагах они должны изменять значения своего сопротивления в противоположных направлениях.

Types of strain gauges bridge

Рис. 13. Типы тензометрических мостов

Во избежание нежелательного термоэлектрического эффекта на тензометрический мост подается переменное напряжение. Он образуется на стыке провода с медными проводами тензодатчика и в результате изменений температуры.

Как использовать тензодатчик

Чтобы узнать, как использовать тензодатчик, первым шагом является измерение деформаций с помощью резистивного тензодатчика, следует полагаться на явление изменения сопротивления проводника, которое влияет на его форму. Проверка элемента на предмет вибраций должна начинаться с правильного соединения тензодатчика с тестируемой поверхностью. Испытуемый элемент влияет на тензодатчик, значения сопротивления которого изменяются под влиянием изменения размера. Зависимость, определяющая сопротивление R, его изменение ΔR и деформацию ε, возникает для уравнения:

strain gauge formula 1

Где постоянная k - коэффициент чувствительности к деформации тензометрического датчика.

Электрический сигнал, содержащийся в значении ΔR / R, преобразуется в сигналы напряжения в измерительных приборах. Значение этого сигнала пропорционально значению деформации ε, которое влияет на тензодатчик.

Источники:

1. http://www.imio.polsl.pl/Dopobrania/WM_lab_tensometry.pdf

2. Учебные материалы MEASUREMENTS GROUP Mebtechnik GmbH, Измерительная техника в механике, Варшава 1995

3. http: // elektron.pol.lublin.pl/djlj24/pwn/cw1.pdf

4. Хоффманн К. Введение в измерения с использованием тензодатчиков, http://www.hbm.com/fileadmin/mediapool/techarticles/hoffmannbook/Hoffmann -book_EN.pdf

.

Что такое тензодатчик?

Введение в тензодатчики

Тензодатчик (иногда называемый тензодатчиком) - это датчик, сопротивление которого изменяется в зависимости от приложенного усилия; Он преобразует силу, давление, натяжение, вес и т. Д. В изменение электрического сопротивления, которое затем можно измерить. Когда внешние силы применяются к неподвижному объекту, в результате возникают напряжение и деформация.Напряжение определяется как внутренние силы сопротивления объекта, а напряжение определяется как возникающее смещение и деформация.

Тензодатчик является одним из наиболее важных датчиков в электрической технике измерения, применяемой для измерения механических величин. Как видно из их названия, они используются для измерения напряжения. Как технический термин «деформация» состоит из деформации растяжения и сжатия, отличающейся положительным или отрицательным знаком. Таким образом, тензодатчики могут быть использованы для определения растяжения, а также сокращения.

Typical metal-foil strain gauges Напряжение тела всегда вызвано внешним воздействием или внутренним воздействием. Напряжение может быть вызвано силами, давлениями, моментами, нагревом, структурными изменениями материала и тому подобным. Если определенные условия выполнены, количество или значение влияющей величины может быть получено из измеренного значения деформации.В экспериментальном стресс-анализе эта особенность широко используется. Экспериментальный анализ напряжений использует значения деформации, измеренные на поверхности образца или конструктивной части, для определения напряжения в материале, а также для прогнозирования его безопасности и выносливости. Специальные датчики могут быть разработаны для измерения сил или других производных величин, например, моментов, давлений, ускорений, смещений, вибраций и других. Датчик обычно содержит чувствительную к давлению диафрагму с тензометрическими датчиками.

Узнайте больше о тензодатчиках и истории датчиков датчиков.

Узнайте больше о тензодатчиках

two strain gauges with differents rossetes

Точные тензодатчики общего назначения


Прецизионные тензометрические датчики общего назначения представляют собой герметизированные тензометрические датчики с константановой фольгой, предлагаемые в широком спектре моделей для научного, промышленного и экспериментального анализа напряжений.Эти прецизионные тензодатчики можно использовать для экспериментального анализа напряжений, контроля промышленного оборудования или различных научных применений. В разделе «Тензодатчик общего назначения» вы найдете рисунки тензодатчиков рядом с номерами деталей, чтобы вы могли увидеть геометрию тензодатчика. Размеры указываются также в единицах СИ (метрическая система, мм) и в США (англ., Дюймы). Прецизионные тензодатчики общего назначения предлагаются в виде линейных моделей, двойных параллельных решеток, тройниковых розеток (0/90 °), прямоугольных или треугольных (45 ° или 60 °), сложенных или плоских розеток и схем сдвига.

Датчик качества тензодатчика


Тензометрические датчики качества датчиков предназначены для клиентов, которые производят датчики или аналогичные измерительные устройства. Тензометрические датчики качества датчика имеют более жесткие допуски на размеры обивки несущей конструкции, что позволяет использовать край несущей при выравнивании тензометрических датчиков при необходимости. Они также имеют более жесткие допуски на номинальные значения сопротивления. Эти датчики можно регулировать по ползучести в соответствии со спецификациями производителя преобразователя, и они могут быть адаптированы к уникальным требованиям преобразователя.Они также являются отличными приборами для экспериментального анализа напряжений и / или проектов по проверке деформации. Тензометрические датчики



Рекомендации по выбору тензодатчика


  1. Длина датчика
  2. Количество датчиков в шаблоне датчика
  3. Расположение датчиков в шаблоне датчика
  4. Сопротивление сетки
  5. деформационно-чувствительный сплав
  6. Материал носителя
  7. Ширина манометра
  8. Паяльная лапка
  9. , тип
  10. Конфигурация вкладки припоя
  11. Наличие
Omega предлагает полную линейку тензодатчиков Karma.Тензодатчики Karma могут использоваться для различных статических и динамических применений. Тензодатчики Karma используются для преобразователей, где требуется длительная стабильность или более высокая температура. При использовании при комнатной температуре для измерения статической деформации датчик будет иметь очень хорошую стабильность в течение нескольких месяцев или даже лет. Тензодатчики Karma также предлагаются для измерения статической деформации в широком диапазоне температур от -75 до 200 ° C (от -100 до 392 ° F) благодаря хорошей линейности в этом широком диапазоне температур.Тензодатчики Karma часто используются для датчиков с усталостным сопротивлением. Усталостная долговечность сплава Карма, как правило, намного лучше, чем у константана, поэтому датчики, использующие тензодатчики Карма, обеспечивают хорошую усталостную долговечность. Карма является никель-хромовым сплавом и был выбран в качестве материала для тензодатчиков из-за его способности компенсировать модуль, что имеет тенденцию к значительному снижению смещения диапазона в конструкции преобразователя.

В сплавах Карма коэффициент калибровки имеет тенденцию уменьшаться с повышением температуры. Этот эффект уменьшения модуля упругости будет иметь тенденцию уменьшать сдвиг пролета.Сплавы кармы имеют недостатки, например, их трудно паять без специальных флюсов. OMEGA имеет решение. Мы устранили эту проблему, предложив наши тензодатчики Karma с покрытыми медью контактными площадками. Никакого специального потока или процедур не требуется.

Тензодатчики из фольгированного тиснения Первый металлический тензометрический датчик проволочного типа был разработан в 1938 году. Тензометрический датчик типа металлической фольги состоит из сетки из проволочной нити (резистора), равной приблизительно 0.Толщина 001 дюйм (0,025 мм), соединенная непосредственно с напряженной поверхностью тонким слоем эпоксидной смолы. Когда нагрузка прикладывается к поверхности, результирующее изменение длины поверхности передается на резистор, и соответствующая деформация измеряется в терминах электрического сопротивления фольгированного провода, которое изменяется линейно в зависимости от деформации. Диафрагма из фольги и адгезионный связующий агент должны совместно передавать нагрузку, в то время как адгезив также должен служить электрическим изолятором между сеткой из фольги и поверхностью.При выборе тензометрического датчика необходимо учитывать не только деформационные характеристики датчика, но также его стабильность и температурную чувствительность. К сожалению, наиболее желательные тензометрические материалы также чувствительны к изменениям температуры и имеют тенденцию к изменению сопротивления по мере старения. Для кратковременных применений это не может быть серьезной проблемой, но для непрерывных промышленных измерений необходимо учитывать температуру и компенсацию дрейфа.

Выберите правильный тензодатчик

Pre-Wired Strain Gauges Предварительно подключенные тензодатчики
Прецизионные датчики с присоединенным изолированным проводом длиной 1 или 3 метра для легкой установки.Датчики серии KFH доступны в линейных моделях, тройниках или плоских розетках 0/45/90. Pre-Wired Strain Gauges Тензодатчики для сдвига или крутящего момента
Полумостовые тензометрические датчики для применений сдвига или крутящего момента.Их прочная конструкция, надежность и гибкость делают их пригодными для высокоточных статических и динамических преобразователей.

Часто задаваемые вопросы

Wheatstone Bridge Circuit diagram

Измерительные тензометрические схемы


Чтобы измерить деформацию с помощью тензометрического измерителя сопротивления, он должен быть подключен к электрической цепи, способной измерять незначительные изменения сопротивления, соответствующие деформации.В тензодатчиках обычно используются четыре тензометрических элемента, которые электрически соединены для формирования мостовой схемы Уитстона. На рисунке 1 показана типичная диаграмма тензометрического датчика. Мост Уитстона - это разделенная мостовая схема, используемая для измерения статического или динамического электрического сопротивления. Выходное напряжение моста Уитстона выражается в милливольтах на вольт. Схема Уитстона также хорошо подходит для температурной компенсации. Количество активных тензодатчиков, которые должны быть подключены к мосту, зависит от области применения.Например, может быть полезно подключить датчики, которые находятся на противоположных сторонах балки, один на сжатие, а другой на растяжение. При таком расположении можно эффективно удвоить выходной сигнал моста для одной и той же деформации. В установках, где все плечи подключены к тензодатчикам, температурная компенсация является автоматической, поскольку изменение сопротивления (из-за колебаний температуры) будет одинаковым для всех плеч моста. Тензодатчики

Custom


OMEGA может изготовить специальные тензодатчики.Мы понимаем, что нашим клиентам может потребоваться изготовленный по их спецификации заказной шаблон. Пользовательские тензометрические датчики могут быть разработаны для упрощения установки тензометрического датчика для конкретного применения или для среды, где пространство ограничено. Если вы не можете найти то, что вам нужно в нашем стандартном ассортименте, пожалуйста, сообщите нам об этом. Мы можем настроить ваш тензодатчик в соответствии с вашими потребностями, в том числе:
  • Модификация стандартного шаблона колеи
  • Создание настраиваемой тензометрической розетки или шаблона
  • Положите несколько датчиков на общий носитель
  • Обеспечить нестандартную длину провода
  • Использовать нестандартный материал
  • Переместите контактные площадки или предоставьте дополнительные точки подключения
  • Создание специальных размеров или форм отделки для устранения препятствий
Мы можем предоставить индивидуальные характеристики ползучести, соответствующие элементу пружины, чтобы максимизировать производительность вашего датчика.Наша команда будет работать с вами, чтобы изменить компенсацию ползучести выше или ниже в соответствии с вашими результатами испытаний. OMEGA может предоставить 1/2 или полный дизайн моста Уитстона или изготовленные на заказ розетки. Мы стремимся сделать покупку тензодатчика на заказ быстрой и простой. Просто отправьте OMEGA свой собственный чертеж вместе с вашими спецификациями и требуемым количеством тензодатчиков. Команда OMEGA будет работать с вами над вашим заявлением и предоставит ценовое предложение для пользовательских тензодатчиков.Мы можем изготовить пробные образцы пользовательских измерительных приборов всего за 2 недели. С объемами производства вскоре после этого. Для вашего тензодатчика будет создан индивидуальный номер детали, чтобы сделать будущий заказ быстрым и простым.

Тензодатчик | Сопутствующие товары

↓ Просмотреть эту страницу на другом языке или в регионе ↓

,Принцип работы и применение тензодатчика

Рис. Тензометрические датчики (источник: omega.com)

Тензодатчик

Тензодатчик - это электрический преобразователь, который используется для измерения механического поверхностного натяжения.

Основной принцип тензометрического датчика

Когда на металлический проводник подается напряжение, его сопротивление изменяется из-за изменения длины и площади поперечного сечения проводника.Сопротивление проводника под напряжением также изменяется из-за изменения удельного сопротивления проводника.

Когда происходит изменение значения удельного сопротивления проводника при его напряжении, это свойство называется пьезорезистивным эффектом . Поэтому тензодатчики также называются пьезорезистивными датчиками .

Что такое штамм?

Штамм (ε) определяется как дробное изменение длины. Деформация - это величина деформации тела вследствие приложенного усилия, как показано на рисунке ниже.

Напряжение может быть положительным (растяжимым) или отрицательным (сжимающим). Когда проводник растянут, он испытывает растяжение. В этом случае длина проводника увеличивается. Напряжение в этом случае положительное. С другой стороны, если проводник сжимается, он испытывает напряжение сжатия. В этом случае длина проводника уменьшается. Напряжение отрицательное в этом случае.

коэффициент Пуассона (ν)

Коэффициент Пуассона (ν) материала определяется как отрицательное отношение деформации в поперечном направлении (перпендикулярно силе) к деформации в осевом (продольном) направлении (параллельно силе).

ИЛИ

Коэффициент Пуассона (ν) материала представляет собой отрицательное отношение поперечной деформации к продольной (осевой) деформации. Это свойство материала и безразмерно.

Коэффициент калибровки (GF)

Он определяется как отношение изменения сопротивления на единицу к изменению длины на единицу.

ИЛИ

где, ν = коэффициент Пуассона
ε = деформация
Δ⍴ / ⍴ = на единицу изменения удельного сопротивления

Если мы посмотрим отдельные термины в формуле калибровочного коэффициента, то

1 соответствует изменению сопротивления из-за изменения длины проводника.
2ν соответствует изменению сопротивления из-за изменения площади проводника.
(Δ⍴ / ⍴) / ε соответствует изменению сопротивления вследствие пьезорезистивного эффекта.

Во многих задачах пьезорезистивным эффектом пренебрегают. Теперь формула становится

GF = 1 + 2ν

Примечание: (а). Калибровочный коэффициент - это единичное число.
(б). Коэффициент калибровки зависит от температуры и типа материала.

Типы тензодатчиков

я). Несвязанный металлический тензодатчик
ii).Тензометрический датчик из металлической проволоки
iii). Тензометрический датчик из металлической фольги
iv). Вакуумный тонкопленочный металлический тензодатчик
V). На напыление нанесен тонкий металлический тензодатчик
vi). Тензорезистор со связанными полупроводниками
vii). Тензометрический датчик рассеянного полупроводника
viii). Тензодатчик диффузный металлический

В. Что такое розетки?

Отв. Группа тензодатчиков называется Розетки. Практически, напряжение может быть приложено в любом направлении, и невозможно ориентировать тензодатчики вдоль направления основного напряжения.Таким образом, с помощью комбинации тензодатчиков можно найти значения деформации и напряжения, фактически не зная их направления. Он используется для специфического анализа напряжения или применения преобразователя. Трехэлементная розетка 60 ° (фольга) показана на рисунке ниже.

(источник: veda.com.ua)

В. Почему тензодатчики называются пьезорезистивными тензодатчиками?

Отв. Сопротивление проводника при растяжении также изменяется из-за изменения удельного сопротивления проводника. Это свойство известно как пьезорезистивный эффект и, следовательно, тензодатчики также называются пьезорезистивными тензометрами.

В. Напишите, есть ли различные варианты применения тензодатчиков?

Отв. 1. Тензометрические датчики используются для анализа динамических нагрузок в сложных конструкциях, таких как дороги, мосты, здания и т. Д.

2. Используется для измерения напряжения, силы, крутящего момента и напряжений в конструкциях.

3. Используется для измерения силы по деформации, создаваемой в нагрузочных кольцах.

В. Каков критерий выбора тензодатчика?

,Тензометрический датчик

Принципы, типы, особенности и области применения ОСОБЕННОСТИ ТИПОВ ПРИНЦИПА И ПРИМЕНЕНИЯ

слайд 2:

ВВЕДЕНИЕ 1 ЧТО ТАКОЕ ДАТЧИК 2 ЧТО ТАКОЕ РАБОЧИЙ ПРИНЦИП? НАПРЯЖЕННОГО ДАТЧИКА 3 КАК ВЫ ИЗМЕРЯЕТЕ ШТАММ С ДАТЧИКОМ ДАТЧИКА 4 ХАРАКТЕРИСТИКА ШТАММА ДАТЧИКИ 5 ГДЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ НАПРЯЖЕНИЯ 6 ВИДЫ ШТАММОВ 7 ПРЕИМУЩЕСТВА ШАГОВЫХ ДАТЧИКОВ 8 ОГРАНИЧЕНИЯ ШАГОВЫХ ДАТЧИКОВ 9 ТАБЛИЦА СОДЕРЖАНИЕ

слайд 3:

ВВЕДЕНИЕ 1 Тензометрические датчики являются важными геотехническими датчиками, которые измеряют напряжение в подземные полости тоннели здания бетонные кладки плотины мосты встраивание в грунт / бетон и т. д.Основное назначение тензометра - косвенное определение напряжения и его изменения со временем количественно. Изменение напряжения определяется путем умножения измеренной деформации на модуль упругости.

слайд 4:

ЧТО ТАКОЕ ДАТЧИК 2 Тензодатчик или тензодатчик был изобретен в 1938 году Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром C. Руге. Это один из важных датчиков, используемых в геотехнической области для измерения количество нагрузки на любую конструкцию, такую ​​как плотины, здания, атомные станции, туннели и т.д.Сопротивление тензодатчика зависит от приложенного усилия, и оно преобразует такие параметры, как сила, давление, натяжение, вес и т. д. в изменении сопротивления это можно измерить позже.

slide 5:

Тензодатчик зависит от электрического сопротивления любого проводника. Сопротивление в любом проводящем устройстве зависит как его длина, так и поперечное сечение площадь. Предположим, что L1 - исходная длина провода, а L2 - новая длина после внешнего Усилие, приложенное к нему, деформации ε дается формулой: ε L2-L1 / L1 Теперь, когда внешняя сила изменяет физические параметры объекта, его Удельное электрическое сопротивление также изменяется.Тензометр измеряет эту деформацию с помощью формула калибровочного коэффициента. В случае реального мониторинга при строительстве бетонных конструкций или Памятники нагрузка применяется в точке приложения нагрузки ячейки загрузки, которая состоит из тензодатчика, лежащего под ним. 2 ЧТО ЗНАЧИТ МОНИТОРИНГ СТРУКТУРНОГО ЗДОРОВЬЯ 3 ЧТО ТАКОЕ РАБОЧИЙ ПРИНЦИП ДАТЧИКА НАПРЯЖЕНИЯ вызывает изменение его электрического сопротивления, которое в конечном итоге меняет выход напряжение.Коэффициент калибровки является коэффициентом чувствительности тензодатчиков и определяется формула: GF ∆R / RG ε куда ∆R Изменение сопротивления, вызванное деформацией RG сопротивление недеформированного датчика ε штамм 2 ЧТО ЗНАЧИТ МОНИТОРИНГ СТРУКТУРНОГО ЗДОРОВЬЯ 3 ЧТО ТАКОЕ РАБОЧИЙ ПРИНЦИП ДАТЧИКА НАПРЯЖЕНИЯ

slide 7:

Коэффициент калибровки для обычной металлической фольги обычно немного больше 2. Выход Напряжение моста Уитстона СВ дается по формуле: SV EV x GF x ε / 4 куда EV - напряжение возбуждения моста 2 ЧТО ЗНАЧИТ МОНИТОРИНГ СТРУКТУРНОГО ЗДОРОВЬЯ 3 ЧТО ТАКОЕ РАБОЧИЙ ПРИНЦИП ДАТЧИКА НАПРЯЖЕНИЯ

слайд 8:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНО, КАК ВЫ ИЗМЕРЯЕТЕ НАПРЯЖЕНИЕ С ДАТЧИКОМ ДАТЧИКА? 4 Тензодатчики работают по принципу сопротивления проводника, который дает вам Значение Калибровочного Фактора по формуле: GF ∆R / RG ε На практике изменение напряжения объекта является очень малым количеством, которое может измеряться только с помощью моста Уитстона.Мост Уитстона представляет собой сеть из четырех резисторов с напряжением возбуждения Vex это применяется через мост.

слайд 9:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНО, КАК ВЫ ИЗМЕРЯЕТЕ НАПРЯЖЕНИЕ С ДАТЧИКОМ ДАТЧИКА? 4 Мост Уитстона является электрическим эквивалентом двух параллельных делителей напряжения схемы с R1 и R2 в качестве одного из них и R3 и R4 в качестве другого. Выход схемы Уитстона определяется как: Vo R3 / R3 + R4 - R2 / R1 + 2 Vex Всякий раз, когда R1 / R2, R4 / R3, выходное напряжение Vo равно нулю, а мост называется сбалансировано.Любое изменение значений R1 R2 R3 и R4, следовательно, изменит выходное напряжение. Если вы замените резистор R4 на тензодатчик, даже небольшое изменение его Сопротивление изменит выходное напряжение Vex, которое является функцией напряжения. Эквивалентный выход деформации и выход напряжения всегда имеют отношение 2: 1.

слайд 10:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКОВ НАПРЯЖЕНИЯ 5 • Они очень точные и не подвержены влиянию температурных изменений.Однако, если на них влияют изменения температуры, имеется термистор для корректировки температуры. • Они идеально подходят для связи на большие расстояния, поскольку на выходе есть электрический сигнал. • Тензометрические датчики требуют легкого обслуживания и имеют длительный срок эксплуатации. • Производство тензодатчиков легко благодаря простому принципу работы и небольшое количество компонентов. • Тензодатчики подходят для длительной установки.Однако они требуют определенные меры предосторожности при установке. • Все тензодатчики, произведенные Encardio-Rite, герметично закрыты и изготовлены из нержавеющей стали, таким образом, водонепроницаемый. • Они полностью герметизированы для защиты от манипуляций и повреждений при установке. • Также возможно дистанционное цифровое считывание тензодатчиков. https://www.encardio.com/geotechnical-instruments/

слайд 11:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНО, ГДЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ? 6 авиационно-космический Тензодатчики крепятся к несущим элементам конструкции для измерения напряжения вдоль траекторий нагрузки для отклонения крыла или деформации в самолете.Тензометры подключены к цепям моста Уитстона и их применению области включают в себя бортовые блоки формирования сигналов возбуждения и Телеметрию необходимо прочитать на месте измерений.

слайд 12:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНО, ГДЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ НАПРЯЖЕНИЯ 6 Кабельные Мосты Тензометрическая технология используется в режиме реального времени для мониторинга огромных мостов. инспекции точны. Например, мост Ямуна в Аллахабаде-Наини представляет собой 630-метровый вантовый мост через реку Ямуна.Мост установлен со многими измерительными каналами, которые почувствуйте скорость ветра и нагрузку на кабели.

слайд 13:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНО, ГДЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ НАПРЯЖЕНИЯ 6 Железнодорожный мониторинг Тензодатчики имеют долгую историю в безопасности рельсов. Используется для измерения стресса и нагрузка на рельсы. Тензодатчики измеряют осевое натяжение или сжатие без воздействие на рельсы. В случае аварии тензодатчики могут выдавать предупреждение, поэтому техническое обслуживание может быть сделано рано, чтобы минимизировать влияние на железнодорожные перевозки.

слайд 14:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНО, ГДЕ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ НАПРЯЖЕНИЯ 6 Измерение крутящего момента и мощности в вращающемся оборудовании Тензодатчики могут измерять крутящий момент, приложенный турбиной или двигателем к вентиляторам. генераторы колес или пропеллеры. Вы найдете такие типы оборудования в силе заводы кораблей, нефтеперерабатывающие заводы, автомобили и промышленность.

слайд 15:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНЫЕ ТИПЫ НАПРЯЖЕНИЙ 7 Существует несколько типов тензодатчиков, основанных на принципе их работы, а именно.механический, оптический, акустический, пневматический или электрический. Учитывая, что монтажные тензодатчики могут быть как приклеены, так и не склеены на основе конструкции мы можем иметь фольгу полупроводника и фотоэлектрические деформации манометры. Модель EDS-11V / Герметичный тензодатчик с вибрирующей проволокой Подходит для встраивания в грунт или бетон или для поверхностного монтажа сваркой на стальных конструкциях. Он предоставляет значительные количественные данные о величине и распределении деформация сжатия и растяжения и ее изменения во времени.

слайд 16:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНЫЕ ТИПЫ НАПРЯЖЕНИЙ 7 Тензометр Encardio-Rite включает в себя новейшую технологию вибрационного провода обеспечить дистанционное цифровое считывание деформации сжатия и растяжения в плотинах подземные полости туннели шахты стальные конструкции и другие области применения где измерение деформации требуется.

слайд 17:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНЫЕ ТИПЫ НАПРЯЖЕНИЙ 7 Модель EDS-12V / тензодатчик с вибрирующей проволокой Модели Encardio-Rite EDS-12V / EDS-12V-EX Вибропровод специально разработан для встраивания в бетонные конструкции.Они идеально подходят для обеспечение деформации в бетонных конструкциях, таких как сваи, диафрагма / стены из жидкого раствора мостовые опоры, туннельные футеровки, основания плотин и т. д.

слайд 18:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНЫЕ ВИДЫ ДАТЧИКОВ НАПРЯЖЕНИЯ 7 Модель EDS-20V-Series / Вибрационный тензодатчик Вибрационный проволочный тензодатчик имеет три различные модели в своей серии: EDS-20V-AW / Дуговой тензодатчик Модель EDS-20V-AW в основном состоит из двух наконечников, соединенных трубкой, которая закрывает отрезок магнитной проволоки с высокой прочностью на растяжение.Провод герметичный в трубе с помощью набора двойных уплотнительных колец, закрепленных на каждом наконечнике.

слайд 19:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНЫЕ ТИПЫ НАПРЯЖЕНИЙ 7 Кольцевые уплотнения с двойным уплотнением надежно защищают тензодатчик от попадания воды. Тензодатчик лучше подходит для мест, подверженных воздействию капель или воды или которые могут погрузиться в воду.

слайд 20:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНЫЕ ТИПЫ НАПРЯЖЕНИЙ 7 EDS-20V-E / Тензодатчик для встраивания Вибрационный тензодатчик модели EDS-20V-E предназначен для измерения деформации в грунтовые полости тоннелей зданий бетонные и каменные плотины и т. д.Тензодатчик подходит для встраивания в грунт или бетон. Тензодатчик встраивания похож на тензодатчик, который можно использовать в дуге, за исключением Дело в том, что монтажные блоки заменены фланцами из нержавеющей стали.

слайд 21:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНЫЕ ТИПЫ НАПРЯЖЕНИЙ 7 DS-20V-SW / точечный тензодатчик Фиксатор из нержавеющей стали, закрепленный на каждом концевом блоке, позволяет точечно сваривать датчик или фиксируется эпоксидной смолой.Датчик предварительно натянут небольшой пружиной сжатия. Начальное напряжение может быть установлено во время установки с учетом максимального диапазона растяжения или сжатия, как quired. Измеритель предназначен для использования только на плоских поверхностях.

слайд 22:

ПОЧЕМУ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВАЖНЫЕ ТИПЫ НАПРЯЖЕНИЙ 7 Тензодатчик для бетонных конструкций модели EDS-21V Тензодатчик с вибрирующей проволокой модели EDS-21V подходит для прямого встраивания в Крит.Он широко используется в приложениях, где измерение деформации до 5000 требуется макросрена Датчик изготовлен из нержавеющей стали, герметично закрыт и имеет проверка, чтобы предотвратить любое попадание воды.

слайд 23:

ПРЕИМУЩЕСТВА ШТАММОВ 8 • Тензодатчики являются точными, надежными и недорогими. • Они обеспечивают долговременную стабильность с высокой надежностью. • Вибрационные тензометрические датчики герметично закрыты под вакуумом 0.001 Торр • Конструкция из нержавеющей стали делает его универсальным для любых сред. • Тензодатчики просты в установке и требуют минимального обслуживания. • Доступен широкий ассортимент принадлежностей, которые можно соединить с тензодатчиками для широкое использование. • Большинство тензодатчиков имеют термистор для коррекции температуры. • Вы можете получить дистанционное цифровое считывание для измерения деформации. • Тензодатчики полностью герметизированы для защиты от манипулирования и установки повреждение.

слайд 24:

ОГРАНИЧЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШТАММОВ 9 • Тензодатчики нелинейные и требуют регулярной калибровки, чтобы избежать ошибок в выходные показания. • Некоторые из тензодатчиков могут потребовать специальной помощи.

слайд 25:

СПАСИБО www.encardio.com


.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о