Tensomõõturid on seadmed, mis muudavad tahke keha mõõdetud elastse deformatsiooni elektrisignaaliks. See juhtub anduri juhtme takistuse muutumise tõttu, kui selle geomeetrilised mõõtmed muutuvad pingest või survest.
Tsönomõõtur: tööpõhimõte
Seadme põhielement on elastsele konstruktsioonile paigaldatud tensoandur. Tensoandurid kalibreeritakse astmelise laadimise teel etteantud kasvava jõuga ja elektritakistuse suuruse mõõtmise teel. Seejärel on seda muutes võimalik määrata rakendatud tundmatu koormuse ja sellega võrdelise deformatsiooni väärtused.
Sõltuv alt andurite tüübist saate mõõta:
- jõudu;
- rõhk;
- liiguta;
- pöördemoment;
- kiirendus.
Isegi konstruktsiooni kõige keerukama laadimisskeemi korral toimib tegevus edasitensoandur taandub oma võre venitamisele või kokkusurumisele piki pikka lõiku, mida nimetatakse põhjaks.
Milliseid pingeandureid kasutatakse
Kõige levinumad pingeandurid, mille aktiivtakistus muutub mehaanilisel toimel – tensoandurid.
Traadi pingemõõturid
Kõige lihtsam näide on sirge peenikese traadi jupp, mis kinnitatakse uuritava osa külge. Selle takistus on: r=pL/s, kus p on eritakistus, L on pikkus, s on ristlõike pindala.
Koos detailiga deformeerub liimitud traat elastselt. Samal ajal muutuvad selle geomeetrilised mõõtmed. Kokkusurumisel juhi ristlõige suureneb ja venitamisel väheneb. Seetõttu muudab takistuse muutus märki sõltuv alt deformatsiooni suunast. Tunnus on lineaarne.
Tisomõõturi madal tundlikkus tõi kaasa vajaduse suurendada traadi pikkust väikeses mõõtmispiirkonnas. Selleks on see valmistatud traadist spiraali (võre) kujul, mis on mõlem alt poolt liimitud laki- või paberikilest isolatsiooniplaatidega. Elektriahelaga ühendamiseks on seade varustatud kahe vasest juhtmega. Need on keevitatud või joodetud mähitud traadi otste külge ja on piisav alt tugevad, et ühendada elektriahelaga. Tensoandur kinnitatakse elastse elemendi või katsetatava osa külge liimiga.
Traadi koormuselementidel on järgmised eelised:
- lihtne disain;
- lineaarne sõltuvus deformatsioonist;
- väike;
- madal hind.
Miinuseks on madal tundlikkus, ümbritseva õhu temperatuuri mõju, niiskuse eest kaitsmise vajadus, kasutamine ainult elastsete deformatsioonide korral.
Traat deformeerub, kui liimi nakkejõud ületab oluliselt selle venitamiseks vajaliku jõu. Ühenduspinna ja ristlõikepinna suhe peaks olema 160 kuni 200, mis vastab selle läbimõõdule 0,02-0,025 mm. Seda saab suurendada kuni 0,05 mm. Seejärel tensoanduri normaalse töötamise ajal liimikiht ei hävine. Lisaks töötab andur hästi kokkusurumisel, kuna traadikiud on kleepuva kilega ja detailiga lahutamatud.
Fooliumi koormusandurid
Fooliumist koormusanduri parameetrid ja tööpõhimõte on samad, mis traadist. Ainus materjal on nikroom-, konstant- või titaan-alumiiniumfoolium. Fotolitograafia tootmistehnoloogia võimaldab saada keeruka võrekonfiguratsiooni ja automatiseerida protsessi.
Võrreldes traadi tensomõõturitega, on fooliumpingemõõturid tundlikumad, kannavad rohkem voolu, edastavad pinget paremini, neil on tugevamad juhtmed ja keerukam muster.
Pooljuhtide koormusandurid
Andurite tundlikkus on ligikaudu 100 korda kõrgem kui juhtmetega, mis võimaldab neid sageli ilma võimenditeta kasutada. Puudused on rabedus, suur sõltuvus ümbritseva õhu temperatuurist ja märkimisväärneparameetrite levik.
Tsönomõõturi tehnilised andmed
- Alus – võrgujuhi pikkus (0,2-150 mm).
- Nomina altakistus R – aktiivtakistuse väärtus (10-1000 oomi).
- Töötoitevool Ip – vool, mille juures pingeandur märgatav alt ei kuumene. Ülekuumenemisel muutuvad sensorelemendi, aluse ja liimikihi materjalide omadused, mis moonutavad näitu.
- Treenustegur: s=(∆R/R)/(∆L/L), kus R ja L on vastav alt elektritakistus ja koormamata anduri pikkus; ∆R ja ∆L - takistuse ja deformatsiooni muutus välisjõust. Erinevate materjalide puhul võib see olla positiivne (R suureneb pingega) ja negatiivne (R suureneb kokkusurumisel). Erinevate metallide s väärtus varieerub vahemikus -12,6 kuni +6.
Tensomõõturite sisselülitamise skeemid
Väikeste elektriliste signaalide mõõtmiseks on parim variant sildühendus, mille keskel on voltmeeter. Lihtsaim näide oleks pingeandur, mille ahel on kokku pandud elektrisilla põhimõttel, mille ühte haru see on ühendatud. Selle koormamata takistus on sama, mis ülejäänud takistitel. Sel juhul näitab seade nullpinget.
Tensomõõturi tööpõhimõte seisneb selle takistuse väärtuse suurendamises või vähendamises, olenev alt sellest, kas jõud on surve- või tõmbejõud.
Tensoanduri temperatuur mõjutab oluliselt näitude täpsust. Kui silla teisele õlale, mida ei koormata, on sarnane deformatsioonitakistus, täidab see soojusmõjude kompenseerimise funktsiooni.
Mõõteahel peab arvestama ka takistiga ühendatud juhtmete elektritakistuse väärtusi. Nende mõju väheneb teise juhtme lisamine, mis on ühendatud pingeanduri ja voltmeetri ühe tihvtiga.
Kui mõlemad andurid on liimitud elastsele elemendile nii, et nende koormused erinevad märgiliselt, võimendub signaal 2 korda. Kui vooluringis on neli andurit, mille koormused on ül altoodud diagrammil näidatud nooltega, suureneb tundlikkus oluliselt. Selle traadi või fooliumi pingemõõturite ühendusega annab tavaline mikroampermeeter näidud ilma elektrilise signaalivõimendita. Oluline on valida takistuse väärtused multimeetri abil täpselt nii, et need oleksid elektrisilla mõlemas harus üksteisega võrdsed.
Tensomõõturite rakendamine tehnikas
- Kaalu konstruktsiooni osa: kaalumisel deformeerub elastselt anduri korpus ja koos sellega liimitud pingeandurid, mis on ühendatud ahelasse. Elektriline signaal edastatakse arvestile.
- Ehituskonstruktsioonide ja insenerikonstruktsioonide pinge-deformatsiooni seisundi jälgimine nende ehitamise ja ekspluateerimise käigus.
- Tensomõõturid deformatsioonijõudude mõõtmiseks töötlemise ajalmetalli surve v altsimis- ja stantsimispressides.
- Kõrge temperatuuriandurid terase- ja muudele tööstusharudele.
- Roostevabast terasest elastse elemendiga mõõteandurid töötamiseks keemiliselt agressiivses keskkonnas.
Standardsed tensoandurid on valmistatud seibide, sammaste, lihtsate või kahepoolsete S-kujuliste taladena. Kõigi konstruktsioonide puhul on oluline, et jõudu rakendataks ühes suunas: ül alt alla või vastupidi. Raskete töötingimuste korral võimaldavad spetsiaalsed konstruktsioonid parasiitjõudude mõju kõrvaldada. Nende hinnad sõltuvad suuresti sellest.
Tensomõõturite hind ulatub sadadest rubladest sadade tuhandeteni. Palju sõltub tootjast, disainist, materjalidest, tootmistehnoloogiast, mõõdetud parameetrite väärtustest, täiendavatest elektroonikaseadmetest. Enamasti on need erinevat tüüpi kaalude komponendid.
Järeldus
Kõigi tensomõõturite tööpõhimõte põhineb elastse elemendi deformatsiooni muundamisel elektrisignaaliks. Erinevatel eesmärkidel on erinevaid andureid. Tensomõõturite valimisel on oluline kindlaks teha, kas vooluringidel on moonutavate temperatuurinäitude ja parasiitide mehaaniliste mõjude kompenseerimine.
