En töjningsmätare uppfanns av Edward E. Simmons och Arthur C. Ruge 1938. Denna uppfinning ledde till mätning av en betydande mängd belastning på olika strukturer. En töjningsmätare är en typ av sensor används i en mängd olika applikationer för att mäta töjningen på ett objekt. Det är ett viktigt geotekniskt verktyg som bestämmer töjningen i en rad strukturer som tunnlar, underjordiska håligheter, byggnader, broar, betong, murdammar, inbäddning i mark / betong, etc. Här är allt som en läsare kan veta om töjningsmätaren inklusive arbetsprincip, egenskaper och tillämpningar.
Vad är en stammätare?
Definition: En töjningsmätare är en av de viktigaste anordningarna som används inom geoteknik för att mäta belastning på olika strukturer. Genom att applicera en extern kraft skulle det bli en förändring i motstånd hos en töjningsmätare.
spännvidd
Den grundläggande konstruktionen av en mätare har ett isolerande flexibelt underlag för att stödja en metallfoliekonstruktion. Denna metallspole är limmad på ett tunt underlag som kallas bärare och hela installationen är fäst vid ett föremål med ett lämpligt lim. Eftersom objektet deformeras på grund av kraft, tryck, vikt, spänning etc., elektrisk resistans av foliebyten. A Wheatstone bridge mäter förändringen i resistivitet, som är relaterad till töjning genom en mängd som kallas Gauge Factor.
stam-mätare-provdiagram
De små förändringarna i motstånd hos en mätare mäts med begreppet Wheatstone bridge. Figuren nedan illustrerar den allmänna Wheatstone-bron, som har fyra resistiva armar och en excitationsspänning, V.FÖRE DETTA.
Wheatstone-bridge
Wheatstone-bron har två parallella spänningsdelare kretsar. R1 och R2 bildar en spänningsdelarkrets, R3 och R4 bildar en andra spänningsdelarkrets. Utgångsspänningen VO ges av:
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VFÖRE DETTA
Om R1 / R2 = R4 / R3 är utspänningen noll och bryggan sägs vara en balanserad brygga.
En liten förändring i motstånd leder till en nollutgångsspänning. Om ”R4” ersätts med en spänningsmätare och alla ändringar i spänningsmätarens motstånd kommer att bryta bryggan och producera spänning utan noll.
Gauge Factor of Strain Gauge
Mätfaktorn GF ges som
GF = (∆R⁄RG) / ∈
Var,
'ΔR' är förändringen i motstånd på grund av belastning
'RG' är motståndet hos den odeformerade mätaren
'Ε' är stammen
Mätfaktorn för vanliga metallfolier är cirka 2. Utgångssensorspänningen SV för en Wheatstone-bro ges av,
SV = EV (GF.∈) / 4
Där EV är bryggspänningen
Spänningsmätare fungerar
Hur en töjningsmätare fungerar beror helt på objektets / ledarens elektriska motstånd. När ett föremål sträcks inom sin elasticitetsgräns och inte går sönder eller spänns permanent blir det tunnare och längre, vilket resulterar i högt elektrisk motstånd. Om ett föremål komprimeras och inte deformeras, men breddas och förkortas, resulterar det i minskat elektriskt motstånd. Värdena som erhålls efter mätning av en mätares elektriska motstånd hjälper till att förstå mängden stressinducerad.
Excitationsspänningen appliceras på ingångarna på ett mätnät, medan utgången läses vid utgångarna. Normalt är dessa anslutna till en belastning och kommer sannolikt att förbli stabila under längre perioder, ibland årtionden. Limet som används för mätare beror på hur länge ett mätsystem är - cyanoakrylatlim är lämpligt för kortvariga mätningar och epoxilim för långtidsmätningar.
Princip för stammätare
Som vi vet är motståndet direkt beroende av ledarens längd och tvärsnittsarea, vilket ges av R = L / A
Var,
‘R’ = Motstånd
‘L’ = Längd
‘A’ = tvärsnittsarea
Det är uppenbart att ledarens längd ändras med förändringen i ledarens storlek och form, så småningom förändras tvärsnittsarean och motståndet.
Varje normal mätare har en ledande remsa som är lång och tunn, placerad sicksack med parallella linjer. Syftet med denna sicksackinriktning är att utarbeta den lilla mängden stress som uppstår mellan de parallella linjerna med mycket noggrannhet. Stress definieras som ett objekts motståndskraft.
Spänningsmätare Rosetter
Två eller flera mätare placerade nära i en rosettliknande struktur för att mäta antalet komponenter för att utvärdera exakt belastning på ytan är kända som rosetter för töjningsmätare. Illustrationen visas i figuren nedan.
stam-rosett
Belastningsceller för töjningsmätare
Dessa lastceller finns oftast i industriella applikationer. Det är mycket exakt och ekonomiskt. I grund och botten består en lastcell av en metallkropp på vilken spänningsmätare är fästa. För att metallkroppen ska vara robust och mindre elastisk används legerat stål, aluminium eller rostfritt stål för att utforma.
När en extern kraft appliceras på en lastcell deformeras lastcellen något och om den inte överbelastas återgår den till sin ursprungliga form.
Om lastcellen deformeras förändras mätaren i form och orsakar förändringen i mätarens elektriska motstånd, vilket i sin tur mäter spänning.
Det finns vanliga typer av belastningsceller för töjningsmätare, som inkluderar böjstråle, pannkaka, enpunktsskjuvstrålebelastningscell, dubbelsidig skjuvstråle, vajerklämmor och så vidare.
Kännetecken för stammätare
De viktiga egenskaperna hos töjningsmätare är:
- Dessa är lämpliga för längre perioder med vissa försiktighetsåtgärder
- De ger exakta värden med temperaturförändring och andra faktorer
- Dessa är lätta att tillverka på grund av enkla komponenter
- De är lätta att underhålla och har lång livslängd
- Detta är helt inkapslat för att skydda mot skador som hantering och installation
Tillämpningar av stammätare
De exceptionella funktionerna gör att dessa mätare kan användas inom geoteknik för att ständigt övervaka strukturer som dammar, tunnlar etc. och för att undvika olyckor i god tid. Några av tillämpningarna av töjningsmätare inkluderar -
- Tågövervakning
- Kabelbroar
- Flyg och rymd
- Kärnkraftverk
Vanliga frågor
1). Vad är känsligheten för töjningsmätare?
Flödesspänningen skiljer sig åt med avseende på töjningshastigheten. Töjningshastigheten är också beroende av kornstorleken på ett föremål eller ett arbetsmaterial. Det definieras som förhållandet mellan förändringen i flödesstressen och förändringen i töjningen.
2). Vad är enheten för töjning?
Töjningen är en måttlös mängd. Töjningshastigheten är emellertid den ömsesidiga tiden och SI-enheten är ömsesidig av sekunder (s-1).
3). Hur väljer jag en töjningsmätare?
Detta väljs utifrån typen av applikationer och andra relaterade element. Till exempel -
- Baserat på mätlängd och motstånd
- Baserat på arbetsbesparande kostnader
- Baserat på material och mätmiljö
4). Varför Wheatstone Bridge används för töjningsmätare?
Wheatstone bridge kan mäta utspänningar i termer av millivolt. För en bunden töjningsmätare kan en förändring i motstånd mätas när den är ansluten till en elektrisk krets (Wheatstone bridge) som mäter den minsta förändringen i motstånd. Eftersom utspänningen på Wheatstone-bron blir noll förlorar kretsen sin balans och hjälper till att bestämma belastningen på objektet.
5). Hur installerar du töjningsmätare?
Här är stegen för att installera töjningsmätare
Således är en omfattande beskrivning av töjningsmätaren , principen om arbete, mätfaktor, egenskaper och applikationer finns i denna artikel. Utöver detta är digital bildkorrelation (DIC) en teknik som används idag för att mäta töjning. Den används i många branscher på grund av noggrannhet och som en ersättning för konventionella typer av sensorer som accelerometrar, strängkrukor, LVDT och många fler. Här är en fråga till dig, vad är stamfunktionens huvudfunktion?
