Noțiuni de bază ale măsurătorilor de măsurare a tensiunii

Manometrul este unul dintre cele mai utile instrumente pentru măsurarea precisă a dilatării sau contracției unui material pe măsură ce se aplică forțe. Indicatoarele de tensiune sunt utile și pentru măsurarea indirectă a forțelor aplicate dacă sunt aliniate aproximativ liniar cu deformarea materialului.

Ce sunt măsurători de tensiune

Indicatoarele de tensiune sunt senzori a căror rezistență electrică variază proporțional cu cantitatea de deformare (deformarea unui material).

Un ecartament ideal ar modifica rezistența proporțional cu tensiunea longitudinală de pe suprafața de care este atașat senzorul.

Cu toate acestea, există și alți factori care pot afecta rezistența, cum ar fi temperatura, proprietățile materialului și adezivul care leagă gabaritul de material.

Un manometru constă dintr-o rețea paralelă de sârmă sau folie metalică foarte fină legată de suprafața tensionată de un strat subțire izolat de epoxidic. Când materialul lipit este strecurat, tulpina este transmisă prin adeziv. Forma grilei este proiectată într-un model care oferă o schimbare maximă a rezistenței pe unitate de suprafață.

Cum se selectează gabaritul de tensiune

La selectarea unui contor de tensiune pentru o aplicație, cele trei considerații principale sunt temperatura de funcționare, natura tensiunii de detectat și cerințele de stabilitate.

Deoarece un manometru este montat pe o suprafață tensionată, este important ca manometrul să fie tensionat în mod egal cu suprafața. Materialul adeziv trebuie selectat cu atenție pentru a transmite încordarea către senzor în mod fiabil pe o gamă largă de temperatură și în alte condiții.

Valoarea rezistenței unui dispozitiv de măsurare a tensiunii variază în funcție de tensiunea aplicată în funcție de: schimbarea R / R = S unde R este rezistența, e este deformarea și S este factorul de sensibilitate la deformare. Pentru indicatoarele de folie metalică, factorul de sensibilitate la deformare este de aproximativ 2.

Creșterile de deformare sunt de obicei mai mici de 0,005 inch / inch și sunt adesea exprimate în unități de micro-deformare. Din formulă, se vede că rezistența manometrului se va modifica în cantități foarte mici odată cu tulpina dată, în ordinea 0,1%.

O citire a tensiunii poate fi apoi scoasă de pe acest rezistor în termeni de mili-volți pe volt (mV / V) pentru a furniza valoarea de măsurare pentru deformare.

Raportul Poisson este o măsură a subțierii și alungirii care apare în material pe măsură ce este tensionat. Dacă, de exemplu, se aplică o forță de tracțiune asupra unui fir rezistiv, firul ar deveni puțin mai lung și, în același timp, ar deveni mai subțire. Acest raport dintre aceste două tulpini este raportul Poisson.

Acesta este principiul de bază din spatele măsurătorilor tensometrului, deoarece rezistența firului ar crește proporțional datorită efectului Poisson.

Cum se măsoară cu precizie ieșirea gabaritului de deformare

Pentru a măsura cu precizie o mică modificare a rezistenței, aparatele de tensiune sunt aproape întotdeauna găsite într-o configurație de punte cu o sursă de excitație de tensiune.

Podul Wheatstone este utilizat în mod obișnuit așa cum se arată în diagramă. Puntea este echilibrată atunci când raporturile rezistenței sunt egale pe ambele părți sau R1 / R2 = R4 / R3. Evident, tensiunea de ieșire este zero în această condiție.

Pe măsură ce rezistența indicatorului de tensiune (Rg) se schimbă, tensiunea de ieșire (Vout) se modifică cu câțiva milliVolți, iar această tensiune este apoi amplificată de un amplificator diferențial pentru a returna o valoare lizibilă.

Acest circuit Wheatstone este, de asemenea, potrivit pentru compensarea temperaturii - poate elimina aproape efectele temperaturii. Uneori, materialul de măsurare este conceput pentru a compensa expansiunea termică, dar acest lucru nu elimină total sensibilitatea termică.

Pentru a obține o compensare termică mai bună, un rezistor precum R3 ar putea fi înlocuit cu un manometru similar. Acest lucru ar tinde să anuleze efectele de temperatură.

De fapt, toate cele patru rezistențe ar putea fi înlocuite cu senzori de tensiune pentru stabilitate maximă a temperaturii. Două dintre ele (R1 și R3) ar putea fi configurate pentru a măsura compresia, în timp ce celelalte două (R2 și R4) sunt configurate pentru a măsura tensiunea.

Acest lucru nu numai că va compensa temperatura, ci și crește sensibilitatea cu un factor de 4. Manometrele cu elemente de rezistență electrică sunt de departe cel mai comun tip de senzor pentru măsurarea tensiunii, deoarece au și avantajele unui cost mai mic. ca fiind bine stabilit.

Sunt disponibile în dimensiuni mici și sunt afectate doar moderat de schimbările de temperatură, obținând simultan erori mai mici de +/- 0,10%. Aparatele de măsurare a rezistenței lipite sunt, de asemenea, foarte sensibile și pot fi utilizate pentru a măsura atât tensiunea statică, cât și cea dinamică.

Cu toate acestea, există și alte tipuri disponibile pentru anumite aplicații, cum ar fi piezo-rezistive, rezistente la carbon, semiconductive, acustice, optice și inductive.

Există chiar și senzori de măsurare a tensiunii bazate pe un circuit condensator ..