Grunderna för mätningar av töjningsmätare

Töjningsmätaren är ett av de mest användbara verktygen för att exakt mäta expansion eller sammandragning av ett material när krafter appliceras. Spänningsmätare är också användbara för att mäta applicerade krafter indirekt om de är inriktade ungefär linjärt med materialets deformation.

Vad är stammätare

Töjningsmätare är sensorer vars elektriska motstånd varierar i proportion till mängden töjning (deformation av ett material).

En ideal töjningsmätare skulle ändra dess motstånd i proportion till den längsgående töjningen på ytan till vilken sensorn är fäst.

Det finns dock andra faktorer som kan påverka motståndet, såsom temperatur, materialegenskaper och limet som binder mätaren till materialet.

En töjningsmätare består av ett parallellt galler av mycket fin metalltråd eller folie bunden till den ansträngda ytan av ett tunt isolerat lager av epoxi. När det bundna materialet spänns överförs spänningen genom limet. Gitterformen är utformad i ett mönster som ger maximal motståndsförändring per ytenhet.

Hur man väljer stammätare

När du väljer en töjningsmätare för en applikation är de tre huvudsakliga överväganden drifttemperatur, typen av töjningen som ska detekteras och krav på stabilitet.

Eftersom en spännvidd är monterad på en spänd yta är det viktigt att spännvidden spänns lika med ytan. Det självhäftande materialet bör väljas noggrant för att överföra påfrestningen till sensorn på ett tillförlitligt sätt inom ett brett temperaturområde och andra förhållanden.

En töjningsmätares motståndsvärde varierar som en funktion av den applicerade stammen enligt: ​​förändring i R / R = S där R är motståndet, e är töjningen och S är töjningskänslighetsfaktorn. För metallfolier är töjningskänslighetsfaktorn ungefär 2.

Inkrementen av töjning är vanligtvis mindre än 0,005 tum / tum och uttrycks ofta i mikro-töjningsenheter. Från formeln framgår att töjningsmätarens motstånd kommer att förändras i mycket små mängder med den givna stammen, i storleksordningen 0,1%.

En spänningsavläsning kan sedan tas bort från detta motstånd i termer av millivolt per volt (mV / V) för att ge mätvärdet för töjning.

Poisson-förhållandet är ett mått på den gallring och förlängning som sker i material när det är ansträngt. Om t.ex. en dragkraft appliceras på en resistiv tråd, skulle tråden bli något längre och samtidigt bli tunnare. Detta förhållande mellan dessa två stammar är Poisson-förhållandet.

Detta är den grundläggande principen bakom mätningar av töjningsmätare, eftersom trådmotståndet skulle öka proportionellt på grund av Poisson-effekten.

Hur man mäter belastningen på spänningsmätaren korrekt

För att noggrant mäta en liten förändring i motstånd finns spänningsmätare nästan alltid i en bryggkonfiguration med en spänningskällkälla.

Wheatstone-bron används ofta som visas i diagrammet. Bryggan är balanserad när motståndsförhållandena är lika på båda sidor, eller R1 / R2 = R4 / R3. Uppenbarligen är utspänningen noll under detta tillstånd.

När motståndet för töjningsmått (Rg) ändras, ändras utspänningen (Vout) med några millivolt, och denna spänning förstärks sedan av en differentiell förstärkare för att återge ett läsbart värde.

Denna Wheatstone-krets är också väl lämpad för temperaturkompensering - det kan nästan eliminera effekterna av temperaturen. Ibland är mätmaterialet konstruerat för att kompensera för termisk expansion, men detta tar inte bort den termiska känsligheten helt.

För att uppnå bättre termisk kompensation kan ett motstånd som R3 ersättas med en liknande töjningsmätare. Detta skulle tendera att upphäva temperatureffekter.

I själva verket kan alla fyra motstånden ersättas med sensorer för töjningsmätare för maximal temperaturstabilitet. Två av dem (R1 och R3) kan ställas in för att mäta kompression, medan de andra två (R2 och R4) är inställda för att mäta spänning.

Detta kommer inte bara att kompensera för temperaturen utan det ökar också känsligheten med en faktor på fyra. Töjningsmätare med elektriska motståndselement är den absolut vanligaste typen av sensor för att mäta töjning, eftersom de också har fördelarna med lägre kostnad som väletablerade.

De finns i små storlekar och påverkas endast måttligt av temperaturförändringar, samtidigt som de uppnår ett fel på mindre än +/- 0,10%. Limningsmotståndstöjningsmätare är också mycket känsliga och kan användas för att mäta både statisk och dynamisk töjning.

Det finns dock andra typer tillgängliga för vissa applikationer, såsom piezo-resistiv, kolresistiv, halvledande, akustisk, optisk och induktiv.

Det finns även sensorer för töjningsmätare baserade på en kondensatorkrets ..