Тензометрлер – қатты дененің өлшенген серпімді деформациясын электрлік сигналға түрлендіретін құрылғылар. Бұл сенсор өткізгішінің геометриялық өлшемдері кернеуден немесе қысудан өзгерген кезде кедергісінің өзгеруіне байланысты болады.
Тензомер: жұмыс принципі
Құрылғының негізгі элементі серпімді құрылымға орнатылған тензометр болып табылады. Тензоометрлер берілген өсу күшімен сатылы жүктеу және электрлік кедергінің шамасын өлшеу арқылы калибрленеді. Содан кейін оны өзгерту арқылы берілген белгісіз жүктеменің мәндерін және оған пропорционал деформацияны анықтауға болады.
Датчиктердің түріне байланысты өлшеуге болады:
- күш;
- қысым;
- жылжыту;
- моменті;
- жеделдеу.
Құрылымның ең күрделі жүктеу схемасының өзінде әрекет қосулытензометр өз торын негіз деп аталатын ұзын бөліктің бойымен созуға немесе қысуға дейін азаяды.
Қандай тензометрлер пайдаланылады
Механикалық әсерде белсенді кедергісі өзгеретін тензометрлердің ең көп тараған түрлері – тензометрлер.
Сым кернеуін өлшегіштер
Ең қарапайым мысал - зерттелетін бөлікке бекітілген жіңішке сымның түзу бөлігі. Оның кедергісі: r=pL/s, мұндағы p – кедергі, L – ұзындық, s – көлденең қиманың ауданы.
Бөлшекпен бірге желімделген сым серпімді деформацияланған. Сонымен бірге оның геометриялық өлшемдері өзгереді. Сығылған кезде өткізгіштің көлденең қимасы артады, ал созылған кезде ол азаяды. Сондықтан кедергінің өзгеруі деформация бағытына байланысты таңбасын өзгертеді. Сипаттама сызықтық.
Тензометрдің төмен сезімталдығы шағын өлшем аймағында сым ұзындығын ұлғайту қажеттілігіне әкелді. Мұны істеу үшін ол екі жағынан лак немесе қағаз пленкасынан оқшаулағыш тақталармен желімделген сымның спираль (торы) түрінде жасалады. Электр тізбегіне қосылу үшін құрылғы екі мыс қорғасын сымымен жабдықталған. Олар ширатылған сымның ұштарына дәнекерленген немесе дәнекерленген және электр тізбегіне қосылу үшін жеткілікті күшті. Тез өлшегіш серпімді элементке немесе сыналатын бөлікке желіммен бекітілген.
Сымды жүктеме жасушаларының келесі артықшылықтары бар:
- қарапайым дизайн;
- деформацияға сызықтық тәуелділік;
- кіші өлшем;
- төмен баға.
Кемшіліктерге төмен сезімталдық, қоршаған орта температурасының әсері, ылғалдан қорғау қажеттілігі, серпімді деформациялар аймағында ғана қолдану жатады.
Желімнің оған жабысу күші оны созуға қажетті күштен айтарлықтай асып кеткенде, сым деформацияланады. Байланыс бетінің көлденең қимасының ауданына қатынасы 160-тан 200-ге дейін болуы керек, бұл оның диаметрі 0,02-0,025 мм-ге сәйкес келеді. Оны 0,05 мм-ге дейін арттыруға болады. Содан кейін тензометрдің қалыпты жұмысы кезінде жабысқақ қабат бұзылмайды. Бұған қоса, сенсор қысу кезінде жақсы жұмыс істейді, өйткені сым жіптері жабысқақ пленкамен және бөлікпен ажырамас.
Фольга жүктеме ұяшықтары
Фольга жүктеме ұяшығының параметрлері мен жұмыс істеу принципі сымдылармен бірдей. Жалғыз материал - нихром, константан немесе титан-алюминий фольга. Фотолитографияны өндіру технологиясы күрделі тор конфигурациясын алуға және процесті автоматтандыруға мүмкіндік береді.
Сым тензометрлерімен салыстырғанда, фольгалы тензометрлер сезімталырақ, токты көбірек өткізеді, деформацияны жақсы өткізеді, сымдар күштірек және күрделірек үлгіге ие.
Жартылай өткізгіш жүктеме жасушалары
Датчиктердің сезімталдығы сымдыларға қарағанда шамамен 100 есе жоғары, бұл оларды күшейткіштерсіз жиі пайдалануға мүмкіндік береді. Кемшіліктері сынғыштық, қоршаған орта температурасына жоғары тәуелділік және маңыздыпараметр таралуы.
Тренометр сипаттамалары
- Негізі - тор өткізгіштің ұзындығы (0,2-150 мм).
- Номиналды кедергі R - белсенді қарсылық мәні (10-1000 Ом).
- Жұмысшы ток Ip - тензометр айтарлықтай қызбайтын ток. Қызып кеткен кезде сезгіш элементтің, негіздің және жабысқақ қабаттың материалдарының қасиеттері өзгеріп, көрсеткіштерді бұрмалайды.
- Тернеу коэффициенті: s=(∆R/R)/(∆L/L), мұндағы R және L сәйкесінше электр кедергісі және жүксіз датчиктің ұзындығы; ∆R және ∆L – сыртқы күш әсерінен кедергі мен деформацияның өзгеруі. Әртүрлі материалдар үшін ол оң (R кернеуі артады) және теріс (R қысылған сайын артады) болуы мүмкін. Әр түрлі металдар үшін s мәні -12,6 мен +6 аралығында өзгереді.
Тензометрлерді қосу схемалары
Кішкентай электрлік сигналдарды өлшеу үшін ең жақсы нұсқа көпір қосылымы болып табылады, оның ортасында вольтметр бар. Ең қарапайым мысал тензометр болар еді, оның тізбегі электр көпірінің принципі бойынша құрастырылған, оның қолдарының бірінде ол қосылған. Оның жүктелмеген кедергісі резисторлардың қалған бөлігімен бірдей болады. Бұл жағдайда құрылғы нөлдік кернеуді көрсетеді.
Тензомердің жұмыс істеу принципі күштердің қысу немесе созу күшіне байланысты кедергісінің мәнін арттыру немесе азайту болып табылады.
Тензометрдің температурасы көрсеткіштердің дәлдігіне айтарлықтай әсер етеді. Ұқсас деформацияға төзімділік көпірдің жүктелмейтін басқа иініне қосылса, ол жылу әсерлерін өтеу функциясын орындайды.
Өлшеу тізбегі резисторға қосылған сымдардың электр кедергілерінің мәндерін де ескеруі керек. Олардың әсері тензометрдің және вольтметрдің түйреуіштерінің біріне жалғанған басқа сымды қосу арқылы азаяды.
Егер екі сенсор да серпімді элементке олардың жүктемелері белгісі бойынша әр түрлі болатындай желімделсе, сигнал 2 есе күшейеді. Жоғарыдағы диаграммада көрсеткілермен көрсетілген жүктемелері бар тізбекте төрт сенсор болса, сезімталдық айтарлықтай артады. Сымды немесе фольга тензометрлерін осылай қосу арқылы әдеттегі микроамперметр электр сигналын күшейткішсіз көрсеткіштерді береді. Мультиметрдің көмегімен қарсылық мәндерін электр көпірінің әрбір иінінде бір-біріне тең болатындай дәл таңдау маңызды.
Техникадағы тензометрлерді қолдану
- Таразылар конструкциясының бөлігі: өлшеу кезінде датчик корпусы серпімді деформацияланады және онымен оған желімделген тензометрлер тізбекке қосылған. Электр сигналы есептегішке беріледі.
- Құрылыс конструкциялары мен инженерлік құрылымдарды салу және пайдалану процесінде олардың кернеулі-деформациялық күйін бақылау.
- Өңдеу кезінде деформациялық күштерді өлшеуге арналған тензометрлерпрокат стандарындағы және штамптау престеріндегі металл қысымы.
- Болат және басқа салаларға арналған жоғары температура сенсорлары.
- Химиялық агрессивті орталарда жұмыс істеуге арналған тот баспайтын болаттан жасалған серпімді элементі бар өлшеу сенсорлары.
Стандартты тензометрлер шайбалар, бағаналар, қарапайым немесе екі жақты арқалықтар, S-тәрізді түрінде жасалады. Барлық құрылымдар үшін күштің бір бағытта қолданылуы маңызды: жоғарыдан төменге немесе керісінше. Ауыр жұмыс жағдайында арнайы конструкциялар паразиттік күштердің әсерін жоюға мүмкіндік береді. Олардың бағасы негізінен осыған байланысты.
Тензометрлер үшін баға жүздеген рубльден жүздеген мыңға дейін ауытқиды. Көп нәрсе өндірушіге, дизайнға, материалдарға, өндіріс технологиясына, өлшенген параметрлердің мәндеріне, қосымша электронды жабдыққа байланысты. Көбінесе олар әртүрлі таразы түрлерінің құрамдас бөліктері болып табылады.
Қорытынды
Барлық тензометрлердің жұмыс істеу принципі серпімді элементтің деформациясын электрлік сигналға айналдыруға негізделген. Әртүрлі мақсаттар үшін әртүрлі сенсорлық конструкциялар бар. Тенометрлерді таңдаған кезде тізбектердің бұрмаланатын температура көрсеткіштері мен паразиттік механикалық әсерлердің орнын толтыру мүмкіндігін анықтау маңызды.
