Celma mērierīces mērījumu pamati

Sprieguma mērītājs ir viens no visnoderīgākajiem instrumentiem, lai precīzi izmērītu materiāla izplešanos vai saraušanos, pielietojot spēkus. Sprieguma mērinstrumenti ir noderīgi arī netiešu mērījumu veikšanai, ja tie ir aptuveni lineāri izlīdzināti ar materiāla deformāciju.

Kas ir deformācijas mērierīces

Sprieguma mērītāji ir sensori, kuru elektriskā pretestība mainās proporcionāli deformācijas lielumam (materiāla deformācija).

Ideāls deformācijas mērītājs mainītu tā pretestību proporcionāli gareniskajai slodzei uz virsmas, kurai sensors ir piestiprināts.

Tomēr ir arī citi faktori, kas var ietekmēt pretestību, piemēram, temperatūra, materiāla īpašības un līme, kas mērierīci saista ar materiālu.

Sprieguma mērītājs sastāv no ļoti smalkas metāla stieples vai folijas paralēlas režģa, kas pie sasprindzinātās virsmas ir piestiprināta ar plānu izolētu epoksīda slāni. Kad sasaistītais materiāls ir saspringts, celms tiek pārnests caur līmi. Režģa forma ir veidota pēc modeļa, kas nodrošina maksimālas pretestības izmaiņas vienā laukuma vienībā.

Kā izvēlēties deformācijas mērītāju

Izvēloties slodzes mērierīci lietojumam, trīs galvenie apsvērumi ir darba temperatūra, atklājamās deformācijas veids un stabilitātes prasības.

Tā kā deformācijas mērītājs ir uzstādīts uz sasprindzinātas virsmas, ir svarīgi, lai mērītājs būtu sasprindzināts vienādi ar virsmu. Līmējošais materiāls ir rūpīgi jāizvēlas, lai spriegums uz sensoru tiktu droši nodots plašā temperatūras diapazonā un citos apstākļos.

Celma mērierīces pretestības vērtība mainās atkarībā no pielietotā celma saskaņā ar izmaiņām R / R = S kur R ir pretestība, e ir deformācija un S ir deformācijas jutības koeficients. Metāla folijas mērierīcēm stiepes jutības koeficients ir aptuveni 2.

Celma pieaugums parasti ir mazāks par 0,005 collas / collā, un to bieži izsaka mikrocelma vienībās. Pēc formulas redzams, ka deformācijas mērierīces pretestība mainīsies ļoti mazā apjomā ar doto celmu, aptuveni 0,1%.

Pēc tam no šī rezistora var noņemt sprieguma rādījumu mili voltos uz voltu (mV / V), lai nodrošinātu sprieguma mērījumu vērtību.

Puasona attiecība ir novājēšanas un pagarinājuma rādītājs, kas notiek materiālā, kad tas ir sasprindzināts. Ja stiepes spēks tiek piemērots, piemēram, pretestības vadam, vads kļūst nedaudz garāks un tajā pašā laikā kļūst plānāks. Šī šo divu celmu attiecība ir Puasona attiecība.

Tas ir pamatprincips, kas balstīts uz deformācijas mērierīces mērījumiem, jo ​​vadu pretestība proporcionāli palielināsies Puasona efekta dēļ.

Kā precīzi izmērīt deformācijas mērītāja rezultātu

Lai precīzi izmērītu nelielas pretestības izmaiņas, deformācijas mērierīces gandrīz vienmēr tiek atrastas tilta konfigurācijā ar sprieguma ierosmes avotu.

Parasti tiek izmantots Vītstounas tilts, kā parādīts diagrammā. Tilts ir līdzsvarots, ja rezistoru attiecības ir vienādas abās pusēs vai R1 / R2 = R4 / R3. Acīmredzot šajā stāvoklī izejas spriegums ir nulle.

Mainoties sprieguma mērītāja pretestībai (Rg), izejas spriegums (Vout) mainās par dažiem milivoltiem, un pēc tam šo spriegumu pastiprina ar diferenciālo pastiprinātāju, lai atgrieztu nolasāmu vērtību.

Šī Vītstounas ķēde ir labi piemērota arī temperatūras kompensācijai - tā var gandrīz novērst temperatūras ietekmi. Dažreiz mērierīces materiāls ir paredzēts, lai kompensētu termisko izplešanos, taču tas pilnībā nenovērš termisko jutību.

Lai panāktu labāku siltuma kompensāciju, tādu rezistoru kā R3 varētu aizstāt ar līdzīgu sprieguma mērītāju. Tas mēdz atcelt temperatūras ietekmi.

Faktiski visus četrus rezistorus varētu nomainīt ar sprieguma mērītāja sensoriem, lai nodrošinātu maksimālu temperatūras stabilitāti. Divus no tiem (R1 un R3) varēja izveidot saspiešanas mērīšanai, bet pārējie divi (R2 un R4) ir uzstādīti sprieguma mērīšanai.

Tas ne tikai kompensēs temperatūru, bet arī palielinās jutīgumu četras reizes. Celma mērierīces ar elektriskās pretestības elementiem neapšaubāmi ir visizplatītākais sensoru veids sprieguma mērīšanai, jo tiem ir arī zemāku izmaksu priekšrocības. kā labi izveidota.

Tie ir pieejami mazos izmēros, un temperatūras izmaiņas tos ietekmē tikai mēreni, vienlaikus sasniedzot kļūdu, kas mazāka par +/- 0,10%. Arī līmētās pretestības deformācijas mērierīces ir ļoti jutīgas, un tās var izmantot gan statiskās, gan dinamiskās deformācijas mērīšanai.

Tomēr dažām lietojumprogrammām ir pieejami citi veidi, piemēram, pjezo-rezistīvs, oglekļa-rezistents, daļēji vadīts, akustisks, optisks un induktīvs.

Ir pat sprieguma mērītāja sensori, kuru pamatā ir kondensatora ķēde.