مقاييس الإجهاد هي أجهزة تقوم بتحويل التشوه المرن المقاس لجسم صلب إلى إشارة كهربائية. يحدث هذا بسبب التغيير في مقاومة موصل المستشعر عندما تتغير أبعاده الهندسية من التوتر أو الانضغاط.
مقياس الضغط: مبدأ العملية
العنصر الرئيسي للجهاز هو مقياس الضغط المثبت على هيكل مرن. تتم معايرة مقاييس الإجهاد عن طريق التحميل التدريجي بقوة متزايدة معطاة وقياس حجم المقاومة الكهربائية. بعد ذلك ، من خلال تغييره ، سيكون من الممكن تحديد قيم الحمل المجهول المطبق والضغط المتناسب معه.
اعتمادًا على نوع المستشعرات ، يمكنك قياس:
- قوة
- ضغط ؛
- تحرك ؛
- عزم الدوران ؛
- تسارع.
حتى مع وجود مخطط التحميل الأكثر تعقيدًا للهيكل ، يتم تشغيل الإجراءيتم تقليل مقياس الضغط إلى شد أو ضغط شبكته على طول مقطع طويل يسمى القاعدة.
مقاييس الانفعال المستخدمة
الأنواع الأكثر شيوعًا من مقاييس الإجهاد مع تغيير في المقاومة النشطة تحت الإجراء الميكانيكي - مقاييس الإجهاد.
مقاييس إجهاد الأسلاك
أبسط مثال على ذلك هو قطعة مستقيمة من السلك الرفيع ، متصلة بالجزء قيد الدراسة. مقاومته هي: r=pL / s ، حيث p هي المقاومة ، L هي الطول ، s هي منطقة المقطع العرضي.
جنبًا إلى جنب مع الجزء ، يكون السلك اللاصق مشوهًا بشكل مرن. في نفس الوقت تتغير أبعادها الهندسية. عند الضغط ، يزداد المقطع العرضي للموصل ، وعندما يتمدد ، يتناقص. لذلك ، يتغير التغيير في المقاومة حسب اتجاه التشوه. السمة خطية
أدت الحساسية المنخفضة لمقياس الضغط إلى الحاجة إلى زيادة طول السلك في منطقة قياس صغيرة. للقيام بذلك ، يتم تصنيعه على شكل دوامة (شعرية) من الأسلاك ، يتم لصقها على كلا الجانبين بألواح عازلة من فيلم من الورنيش أو الورق. للتوصيل بالدائرة الكهربائية ، الجهاز مزود بسلكين من النحاس. يتم لحامها أو لحامها بنهايات السلك الملفوف وتكون قوية بما يكفي لتوصيلها بدائرة كهربائية. يتم إرفاق مقياس الضغط بالعنصر المرن أو الجزء قيد الاختبار بالغراء.
تتمتع خلايا تحميل الأسلاك بالمزايا التالية:
- تصميم بسيط
- الاعتماد الخطي على الانفعال ؛
- حجم صغير
- سعر منخفض.
تشمل العيوب الحساسية المنخفضة ، وتأثير درجة الحرارة المحيطة ، والحاجة إلى الحماية من الرطوبة ، والاستخدام فقط في منطقة التشوهات المرنة.
سيتشوه السلك عندما تتجاوز قوة التصاق المادة اللاصقة بشكل كبير القوة المطلوبة لشده. يجب أن تكون نسبة سطح الترابط إلى مساحة المقطع العرضي 160 إلى 200 ، وهو ما يتوافق مع قطره من 0.02-0.025 مم. يمكن زيادته حتى 0.05 مم. بعد ذلك ، أثناء التشغيل العادي لمقياس الضغط ، لن يتم تدمير الطبقة اللاصقة. بالإضافة إلى ذلك ، يعمل المستشعر جيدًا في الضغط ، نظرًا لأن خيوط السلك جزء لا يتجزأ من الفيلم اللاصق والجزء.
خلايا تحميل احباط
المعلمات ومبدأ تشغيل خلية تحميل الرقائق هي نفسها مثل تلك الموجودة في الأسلاك. المادة الوحيدة هي رقائق نيتشروم أو كونستانتان أو التيتانيوم والألومنيوم. تسمح تقنية التصنيع الليثوغرافي بالحصول على تكوين شبكي معقد وأتمتة العملية.
مقارنة بمقاييس إجهاد الأسلاك ، فإن مقاييس إجهاد الرقائق أكثر حساسية ، وتحمل المزيد من التيار ، وتنقل الإجهاد بشكل أفضل ، ولديها خيوط أقوى ، ولها نمط أكثر تعقيدًا.
خلايا تحميل أشباه الموصلات
حساسية المستشعرات أعلى بحوالي 100 مرة من تلك السلكية ، مما يسمح باستخدامها بشكل متكرر بدون مكبرات صوت. العيوب هي هشاشة ، واعتماد كبير على درجة الحرارة المحيطة وكبيرةانتشار المعلمة.
مواصفات مقياس الإجهاد
- القاعدة - طول موصل الشبكة (0.2-150 مم).
- المقاومة الاسمية R - قيمة المقاومة النشطة (10-1000 أوم).
- العرض الحالي Ip- التيار الذي لا يسخن فيه مقياس الضغط بشكل ملحوظ. عند ارتفاع درجة الحرارة ، تتغير خصائص مواد عنصر الاستشعار والقاعدة والطبقة اللاصقة ، مما يؤدي إلى تشويه القراءات.
- عامل الإجهاد: s=(R / R) / (L / L) ، حيث R و L هما المقاومة الكهربائية وطول المستشعر الذي تم تفريغه ، على التوالي ؛ ∆R و L - التغيير في المقاومة والتشوه من القوة الخارجية. بالنسبة للمواد المختلفة ، يمكن أن تكون موجبة (تزيد R مع التوتر) وسلبية (تزيد R مع الضغط). تختلف قيمة s للمعادن المختلفة من -12.6 إلى + 6.
مخططات تبديل أجهزة قياس الضغط
لقياس الإشارات الكهربائية الصغيرة ، فإن الخيار الأفضل هو توصيل الجسر ، وفي وسطه يوجد مقياس الفولتميتر. سيكون أبسط مثال على ذلك هو مقياس الضغط ، حيث يتم تجميع دائرته وفقًا لمبدأ الجسر الكهربائي ، في أحد أذرعه المتصلة به. ستكون مقاومته غير المحملة مماثلة لبقية المقاومات. في هذه الحالة ، سيظهر الجهاز جهدًا صفريًا.
مبدأ تشغيل مقياس الضغط هو زيادة أو تقليل قيمة مقاومته ، اعتمادًا على ما إذا كانت القوى ضاغطة أو شد.
درجة حرارة مقياس الانفعال لها تأثير كبير على دقة القراءات. إذا تم تضمين مقاومة إجهاد مماثلة في الذراع الأخرى للجسر ، والتي لن يتم تحميلها ، فسوف تؤدي وظيفة تعويض التأثيرات الحرارية.
يجب أن تأخذ دائرة القياس أيضًا في الاعتبار قيم المقاومة الكهربائية للأسلاك المتصلة بالمقاوم. يتم تقليل تأثيرها عن طريق إضافة سلك آخر متصل بأحد مسامير مقياس الضغط والفولتميتر.
إذا تم لصق كلا المستشعرين على العنصر المرن بطريقة تختلف فيها الأحمال في الإشارة ، فسيتم تضخيم الإشارة مرتين. إذا كان هناك أربعة أجهزة استشعار في الدائرة مع الأحمال المشار إليها بواسطة الأسهم في الرسم البياني أعلاه ، فستزيد الحساسية بشكل كبير. مع هذا الاتصال بمقاييس إجهاد الأسلاك أو الرقائق ، سيعطي مقياس ميكرومتر تقليدي قراءات بدون مكبر إشارة كهربائي. من المهم تحديد قيم المقاومة بدقة باستخدام مقياس متعدد بحيث تكون متساوية مع بعضها البعض في كل ذراع من الجسر الكهربائي.
تطبيق مقاييس الانفعال في الهندسة
- جزء من تصميم الميزان: عند قياس الوزن ، يكون جسم المستشعر مشوهًا بشكل مرن ، ومعه يتم لصق مقاييس الإجهاد به ، متصلة في دائرة. تنتقل الإشارة الكهربائية إلى العداد
- مراقبة حالة الإجهاد والانفعال لهياكل المباني والهياكل الهندسية في عملية بنائها وتشغيلها.
- مقاييس الإجهاد لقياس قوى التشوه أثناء المعالجةضغط المعدن في مصانع الدرفلة ومكابس الختم
- مستشعرات درجات الحرارة العالية للصلب والصناعات الأخرى.
- أجهزة استشعار قياس مع عنصر مرن من الفولاذ المقاوم للصدأ للتشغيل في البيئات العدوانية كيميائيا.
مقاييس الإجهاد القياسية مصنوعة في شكل غسالات ، أو أعمدة ، أو عوارض بسيطة أو على الوجهين ، على شكل حرف S. بالنسبة لجميع الهياكل ، من المهم أن يتم تطبيق القوة في اتجاه واحد: من أعلى إلى أسفل أو العكس. في ظل ظروف التشغيل القاسية ، تتيح التصميمات الخاصة القضاء على تأثير القوى الطفيلية. أسعارهم تعتمد إلى حد كبير على هذا.
بالنسبة لمقاييس الإجهاد ، يتراوح السعر بين مئات الروبلات ومئات الآلاف. يعتمد الكثير على الشركة المصنعة والتصميم والمواد وتكنولوجيا التصنيع وقيم المعلمات المقاسة والمعدات الإلكترونية الإضافية. بالنسبة للجزء الأكبر ، فهي مكونات لأنواع مختلفة من المقاييس.
الخلاصة
يعتمد مبدأ تشغيل جميع مقاييس الإجهاد على تحويل تشوه العنصر المرن إلى إشارة كهربائية. لأغراض مختلفة ، توجد تصميمات مختلفة لأجهزة الاستشعار. عند اختيار مقاييس الإجهاد ، من المهم تحديد ما إذا كانت الدوائر لها تعويض عن تشويه قراءات درجة الحرارة والتأثيرات الميكانيكية الطفيلية.
