Osnove mjerenja napetosti

Manometar je jedan od najkorisnijih alata za precizno mjerenje širenja ili skupljanja materijala kako se primjenjuju sile. Manometri su također korisni za neizravno mjerenje primijenjenih sila ako su približno linearno poravnati s deformacijom materijala.

Što su to mjerači naprezanja

Detektori su senzori čiji električni otpor varira proporcionalno količini deformacije (deformacija materijala).

Idealan mjerač naprezanja promijenio bi svoj otpor proporcionalno uzdužnom naprezanju na površini na koju je pričvršćen senzor.

Međutim, postoje i drugi čimbenici koji mogu utjecati na otpor, poput temperature, svojstava materijala i ljepila koje mjerač veže na materijal.

Mjerač naprezanja sastoji se od paralelne rešetke od vrlo fine metalne žice ili folije koja je za napetu površinu povezana tankim izoliranim slojem epoksida. Kada se vezani materijal napregne, soj se prenosi kroz ljepilo. Oblik rešetke dizajniran je u uzorku koji pruža maksimalnu promjenu otpora po jedinici površine.

Kako odabrati mjerač naprezanja

Pri odabiru manometra za primjenu, tri su glavna razloga radna temperatura, priroda deformacije koja se otkriva i zahtjevi za stabilnošću.

Kako je mjerač naprezanja postavljen na zategnutu površinu, važno je da je mjerač zategnut jednako kao i površina. Ljepljivi materijal treba pažljivo odabrati kako bi se soj pouzdano prenio u širokom temperaturnom rasponu i drugim uvjetima.

Vrijednost otpora manometra varira u ovisnosti o primijenjenom naprezanju prema: promjena R / R = S, gdje je R otpor, e deformacija, a S faktor osjetljivosti na deformaciju. Za metalne mjerače folije faktor osjetljivosti na deformaciju je oko 2.

Koraci naprezanja obično su manji od 0,005 inča / inč i često se izražavaju u jedinicama mikronaprezanja. Iz formule se vidi da će se otpor manometra mijenjati u vrlo malim količinama s danim naprezanjem, reda od 0,1%.

Tada se s ovog otpornika može skinuti očitanje napona u milivoltima po volti (mV / V) kako bi se dobila mjerna vrijednost za naprezanje.

Poissonov omjer je mjera stanjivanja i produljenja koja se javljaju u materijalu dok je naprezan. Ako se na otpornu žicu primijeni zatezna sila, na primjer, žica bi postala malo duža, a istodobno i tanja. Ovaj omjer ova dva soja je Poissonov omjer.

To je osnovno načelo mjerenja napetosti, jer bi se otpor žice proporcionalno povećavao zbog Poissonovog učinka.

Kako točno izmjeriti izlaz mjerača napona

Da bi se točno izmjerile male promjene u otporu, tenzometri se gotovo uvijek nalaze u konfiguraciji mosta s izvorom napona pobude.

Wheatstoneov most se obično koristi kako je prikazano na dijagramu. Most je uravnotežen kada su omjeri otpora jednaki na obje strane, ili R1 / R2 = R4 / R3. Očito je da je izlazni napon pod tim uvjetima nula.

Kako se otpor manometra (Rg) mijenja, izlazni napon (Vout) mijenja se za nekoliko milivolta, a taj napon se onda pojačava diferencijalnim pojačalom da bi se vratila čitljiva vrijednost.

Ovaj Wheatstoneov krug također je vrlo pogodan za temperaturnu kompenzaciju - gotovo može eliminirati utjecaje temperature. Ponekad je materijal mjera dizajniran da nadoknadi toplinsko širenje, ali to ne uklanja u potpunosti toplinsku osjetljivost.

Da bi se postigla bolja toplinska kompenzacija, otpor poput R3 mogao bi se zamijeniti sličnim mjeračem napona. To bi imalo tendenciju poništiti temperaturne učinke.

U stvari, sva četiri otpora mogla bi se zamijeniti osjetnicima manometra radi maksimalne temperaturne stabilnosti. Dvije od njih (R1 i R3) mogu se postaviti za mjerenje kompresije, dok su druge dvije (R2 i R4) postavljene za mjerenje napetosti.

To ne samo da će kompenzirati temperaturu, već i povećava osjetljivost faktor četiri. Mjerni instrumenti s električnim otpornim elementima daleko su najčešći tip senzora za mjerenje naprezanja, jer imaju i prednosti nižih troškova kao dobro uhodana.

Dostupni su u malim veličinama i na njih samo umjereno utječu promjene temperature, istodobno postižući pogrešku manju od +/- 0,10%. Mjerači naprezanja vezanih otpora također su vrlo osjetljivi i mogu se koristiti za mjerenje i statičkog i dinamičkog naprezanja.

Međutim, postoje i druge vrste dostupne za određene primjene, poput pijezootpornih, ugljikootpornih, poluprovodljivih, akustičnih, optičkih i induktivnih.

Postoje čak i senzori za mjerenje naprezanja koji se temelje na krugu kondenzatora.