Les extensometres són dispositius que converteixen la deformació elàstica mesurada d'un cos sòlid en un senyal elèctric. Això passa a causa d'un canvi en la resistència del conductor del sensor quan les seves dimensions geomètriques canvien de tensió o compressió.
Extensometre: principi de funcionament
L'element principal del dispositiu és un extensòmetre muntat sobre una estructura elàstica. Els extensomètrics es calibren mitjançant la càrrega gradual amb una força creixent donada i mesurant la magnitud de la resistència elèctrica. Aleshores, canviant-lo, serà possible determinar els valors de la càrrega desconeguda aplicada i la deformació proporcional a aquesta.
Depenent del tipus de sensors, podeu mesurar:
- força;
- pressió;
- move;
- par;
- acceleració.
Fins i tot amb l'esquema de càrrega més complex de l'estructura, l'acció actival'extensímetre es redueix a estirar o comprimir la seva gelosia al llarg d'una secció llarga anomenada base.
Quins extensometres s'utilitzen
Els tipus més comuns d'extensometres amb un canvi en la resistència activa sota acció mecànica: extensometres.
extensímetres de filferro
L'exemple més senzill és un tros recte de filferro prim, que s'adjunta a la peça que s'estudia. La seva resistència és: r=pL/s, on p és la resistivitat, L és la longitud, s és l'àrea de la secció transversal.
Juntament amb la peça, el filferro encolat es deforma elàsticament. Al mateix temps, les seves dimensions geomètriques canvien. Quan es comprimeix, la secció transversal del conductor augmenta, i quan s'estira, disminueix. Per tant, el canvi de resistència canvia de signe en funció de la direcció de la deformació. La característica és lineal.
La baixa sensibilitat de l'extensímetre va provocar la necessitat d'augmentar la longitud del cable en una petita àrea de mesura. Per fer-ho, es fa en forma d'espiral (gelota) de filferro, enganxat per ambdós costats amb plaques d'aïllament d'una pel·lícula de vernís o paper. Per connectar-se al circuit elèctric, el dispositiu està equipat amb dos cables de coure. Estan soldats o soldats als extrems del cable enrotllat i són prou forts per connectar-se a un circuit elèctric. L'extensòmetre s'uneix a l'element elàstic o a la peça provada amb cola.
Les cèl·lules de càrrega de cable tenen els avantatges següents:
- disseny senzill;
- dependència lineal de la tensió;
- mida petita;
- preu baix.
Els desavantatges inclouen la baixa sensibilitat, la influència de la temperatura ambient, la necessitat de protecció de la humitat, l'ús només a la zona de deformacions elàstiques.
El cable es deformarà quan la força d'adhesió de l'adhesiu sobre ell superi molt la força necessària per estirar-lo. La relació entre la superfície d'unió i l'àrea de la secció transversal hauria de ser de 160 a 200, que correspon al seu diàmetre de 0,02-0,025 mm. Es pot augmentar fins a 0,05 mm. Aleshores, durant el funcionament normal de l'extensímetre, la capa adhesiva no es destruirà. A més, el sensor funciona bé en compressió, ja que els filferros són integrals amb la pel·lícula adhesiva i la peça.
Cèl·lules de càrrega d'alumini
Els paràmetres i principi de funcionament de la cèl·lula de càrrega d'alumini són els mateixos que els de filferro. L'únic material és el nicrom, constantan o paper d'alumini de titani. La tecnologia de fabricació de fotolitografia permet obtenir una configuració complexa de gelosia i automatitzar el procés.
En comparació amb els extensòmetres de filferro, els extensòmetres d'alumini són més sensibles, porten més corrent, transmeten millor la tensió, tenen cables més forts i tenen un patró més complex.
Cèl·lules de càrrega de semiconductors
La sensibilitat dels sensors és aproximadament 100 vegades superior a la dels de cable, la qual cosa permet utilitzar-los amb freqüència sense amplificadors. Els desavantatges són la fragilitat, l' alta dependència de la temperatura ambient i significativadispersió de paràmetres.
Especificacions de l'extensímetre
- Base: la longitud del conductor de la xarxa (0,2-150 mm).
- Resistència nominal R - valor de resistència activa (10-1000 Ohm).
- Corrent de l'alimentació de treball Ip - corrent en què l'extensòmetre no s'escalfa notablement. Quan es sobreescalfa, les propietats dels materials de l'element sensor, la base i la capa adhesiva canvien, distorsionant les lectures.
- Factor de deformació: s=(∆R/R)/(∆L/L), on R i L són la resistència elèctrica i la longitud del sensor sense càrrega, respectivament; ∆R i ∆L - canvi de resistència i deformació per força externa. Per a diferents materials, pot ser positiu (R augmenta amb la tensió) i negatiu (R augmenta amb la compressió). El valor de s per a diferents metalls varia de -12,6 a +6.
Esquemes per activar els extensometres
Per mesurar petits senyals elèctrics, la millor opció és una connexió per pont, al centre del qual hi ha un voltímetre. L'exemple més senzill seria un extensòmetre, el circuit del qual està muntat segons el principi d'un pont elèctric, en un dels braços del qual està connectat. La seva resistència sense càrrega serà la mateixa que la resta de resistències. En aquest cas, el dispositiu mostrarà tensió zero.
El principi de funcionament d'un extensòmetre és augmentar o disminuir el valor de la seva resistència, en funció de si les forces són de compressió o de tracció.
La temperatura de l'extensòmetre té un efecte significatiu en la precisió de les lectures. Si s'inclou una resistència a la tensió similar a l' altre braç del pont, que no es carregarà, realitzarà la funció de compensar els efectes tèrmics.
El circuit de mesura també ha de tenir en compte els valors de la resistència elèctrica dels cables connectats a la resistència. La seva influència es redueix afegint un altre cable connectat a una de les agulles de l'extensòmetre i al voltímetre.
Si els dos sensors estan enganxats a l'element elàstic de manera que les seves càrregues difereixen en signe, el senyal s'amplificarà 2 vegades. Si hi ha quatre sensors al circuit amb càrregues indicades per fletxes al diagrama anterior, la sensibilitat augmentarà significativament. Amb aquesta connexió de tensiometres de filferro o làmina, un microamperímetre convencional donarà lectures sense un amplificador de senyal elèctric. És important seleccionar amb precisió els valors de resistència amb un multímetre perquè siguin iguals entre si a cada braç del pont elèctric.
Aplicació dels extensometres en enginyeria
- Part del disseny de la balança: en pesar, el cos del sensor es deforma elàsticament, i amb ell els extensomètrics enganxats a ell, connectats en un circuit. El senyal elèctric es transmet al comptador.
- Supervisió de l'estat de tensió-deformació de les estructures d'edificis i estructures d'enginyeria en el procés de construcció i funcionament.
- Extensometres per mesurar les forces de deformació durant el mecanitzatpressió metàl·lica a laminadors i premses d'estampació.
- Sensors d' alta temperatura per a l'acer i altres indústries.
- Sensors de mesura amb element elàstic d'acer inoxidable per al funcionament en entorns químicament agressius.
Les extensòmetres estàndard es fabriquen en forma de volanderes, columnes, bigues simples o de doble cara, en forma de S. Per a totes les estructures, és important que la força s'apliqui en una direcció: de d alt a baix o viceversa. En condicions de funcionament severes, els dissenys especials permeten eliminar l'acció de les forces paràsites. Els seus preus depenen en gran mesura d'això.
Per als extensometres, el preu oscil·la entre centenars de rubles i centenars de milers. Molt depèn del fabricant, el disseny, els materials, la tecnologia de fabricació, els valors dels paràmetres mesurats, els equips electrònics addicionals. En la seva majoria, són components de diferents tipus d'escales.
Conclusió
El principi de funcionament de tots els extensometres es basa en la transformació de la deformació de l'element elàstic en un senyal elèctric. Per a diferents finalitats, hi ha diferents dissenys de sensors. A l'hora d'escollir extensometres, és important determinar si els circuits tenen una compensació per les lectures de temperatura distorsionades i les influències mecàniques paràsites.
