Elementy oporowe tensometryczne

Transkrypt

SENSORY I SYSTEMY
POMIAROWE
Wykład 3/4
WYDZIAŁ MECHANICZNY
Automatyka i Robotyka, rok II, sem. 4
Rok akademicki 2013/2014
Tensometrem oporowym nazywamy element
rezystancyjny, w którym zmiana rezystancji
następuje pod wpływem oddziaływań
zewnętrznych rozciągających lub ściskających.
Tensometr zbudowany jest z cienkiego drutu
oporowego (średnice rzędu 10-2 [mm]) wklejonego
pomiędzy dwie warstwy papieru (rzadziej) lub
folii. Materiał oporowy stosowany do budowy
tensometrów powinien odznaczać się bardzo
małym termicznym współczynnikiem oporu.
Elementy oporowe tensometryczne budowa
pokrycie
nośnik
siatka
aktywna
długość siatki
wzmocnienie
przyłącza
zakotwiczenie
Elementy oporowe tensometryczne –
rodzaje
rodzaje
1. Liniowe z 1 siatką
2. Roseta typu T z 2 siatkami
do analizy stanów naprężenia
przy znanych kierunkach
3. 2 siatki do pomiaru sił
tnących , znane kierunki
7. Łańcuchy tensometrów
do określania gradientu
odkształceń
8. Tensometry do
ekstremalnych temperatur
(-200 - +250 st. C)
9. Tensometry z 3 m
przewodami
przyłączeniowymi
4. Rosety z 3 siatkami do
analizy stanów obciążenia
dwuosiowego przy nieznanych
kierunkach
10. Tensometry do
określania naprężeń
szczątkowych
5. 2 równoległe proste siatki
11. Tensometr do pomiaru
w wysokich temperaturach
6. Pełny mostek (4 siatki)
12. Tensometry do pomiaru
odkształceń większych niż
5%
względna czułość (stała) tensometru
R
k R

Dla metali k= -12 ... +19;
Dla półprzewodników k= 60 ... 175
Zmiany rezystancji tensometru uzależnione są od stałych
materiałowych i względnych wydłużeń siatki:
R
l
 1  2  C  2C 
R
l
 - ułamek Poissona, C – stała Bridgmana.
1 + 2 - wpływ zmian rozmiarów geometrycznych (dominujący w
tensometrach metalowych),
C-2C  – wpływ zmian rezystywności (dominujący w tensometrach
półprzewodnikowych).
przykład:
=100 MPa
E=2,05*105 MPa
R0=120 
Dla konstantanu:
k=2,1
R=10-5/K (-3,9*10-6 .... 6*10-3)
  E

100 MPa
1
3
3
 

10

0
,
488

10
 0,488%o
5
E 2,05 10 MPa 2,05
R
 k    2,1  0,488 103  1,025 103
R0
R  1,025 103 120   0,123 
podstawowe parametry
Tensometry
Wielkość
charakterystyczna
Materiał siatki
rezystancyjnej
Rezystancja []
Długość bazy
pomiarowej [mm]
drutowe
Konstantan
Nichrom
Elinwar
Drut 12..50 m
Folia o grubości 3..8 m
120, 300, 350, 500, 600, 1000
3..150
0,2..150
2,1 (Konstantan)
2,1 (Nichrom)
3,6 (Elinwar)
0,1 (<0,4%)
1 (<1%)
Stała tensometru
Liniowość [%]
Dopuszczalne
odkształcenie [%]
Liczba cykli (trwałość
dynamiczna)
Współczynnik
temperaturowy
rezystancji [(R/R)/K]
foliowe
1..2
Ge z domieszkami
typu n i p,
Si z domieszkami
typu p
10..100000
0,2..20
-100..200
1 (<0,1%)
3..4
107
-3,910-6..610-3
półprzewodnikowe
0,5
106
10-5
610-4..310-3
podstawowe parametry cd.
Elementy oporowe tensometryczne montaż
Tensometry nakleja się
specjalnym klejem na element
konstrukcyjny, którego
odkształcenia chcemy mierzyć.
Warunkiem stosowalności metody tensometrycznej jest
równość wydłużenia względnego tensometru t i wydłużenia
względnego elementu konstrukcyjnego r.
t  r  
Przy znanych parametrach materiału (E-moduł Younga) i
parametrach geometrycznych można określić naprężenia
lub siłę/moment
  E
właściwości temperaturowe
Względną zmianę rezystancji tensometru obciążonego
mechanicznie przy zmianie temperatury o T określa wzór:
R
 k   R  k  p  t T
R
k – stała tensometru,  - odkształcenie względne, R – temperaturowy
współczynik zmiany rezystancji materiału siatki, p – temp. wsp.
rozszerzalności liniowej materiału podłoża, t – temp. wsp. rozszerzalności
liniowej materiału siatki rezystancyjnej, T – zakres zmiany temperatury.
k - zmiana rezystancji występująca pod wpływem odkształceń mechanicznych;
[R + k(p - t)] – zmiana rezystancji przyklejonego tensometru występującą
przy zmianie temperatury T, odpowiada tzw. odkształceniu
pozornemu.
Elementy oporowe tensometryczne kompensacja termiczna
Warunkiem kompensacji termicznej jest aby wypadkowa
wpływu zmian rezystancji pod wpływem temperatury była
równa 0:
w   R  k  p  t   0
Metody kompensacji błędów temperaturowych:
• stosowanie tensometrów samokompensujących (siatki rezystancyjne
wykonane ze specjalnych stopów rezystancyjnych i które są
przeznaczone do użycia na określonych podłożach, dla których p =
t
• dołączanie tzw. tensometrów kompensacyjnych
– stosuje się w układach półmostkowych
i pełnomostkowych
• montowanie mikrotermoelementów w bezpośrednim sąsiedztwie
tensometrów, których napięcie dodając się do napięcia wyjściowego
mostków, kompensuje dodatkowy sygnał błędu.
półprzewodnikowe zintegrowane
kowadełko
siatka
Monolityczny czujnik przyśpieszeń
sposoby połączeń
Ze względu na niewielkie względne zmiany rezystancji tensometru (do
ok. 0,1%) w pomiarach stosuje się odpowiednio czułe wzmacniacze
pomiarowe.
Tensometry najczęściej są połączone w układ mostka Wheastone’a.
Warunek równowagi mostka:
R1  R3  R2  R4
Napięcie niezrównoważenia:
 R3
R2 


U  E

 R3  R4 R1  R2 
Metoda zerowa. Metoda wychyłowa.
Zasilanie prądem stałym i przemiennym
sposoby połączeń
Równoważenie mostka tensometrycznego poprzez
zmianę rezystancji (układ szeregowy i równoległy)
podłączenie układu dużej czułości
Efektywność R5 i R6
Zerowanie
Korekcja liniowości
Kompensacja temperaturowa:
czułość
Punkt zerowy
Kalibracja
Elementy
oporowe
tensometryczne
przykłady aplikacji
przykłady aplikacji
Sensory w pojazdach
Przetworniki tensometryczne
Pomiary siły / ważenie
Kolumnowe elementy sprężyste
Cylinder drążony
Tuleja drążona z segmentami
Pierścieniowy przetwornik skręcany
Zmodyfikowane przetworniki pierścieniowe
Odkształcenia belki podwójnie zginanej
Belki podwójnie zginane
Przetwornik siły (wagowy) do platform
Przetwornik siły z kompensacją ciśnienia atmosferycznego
Przetwornik sił promieniowych
Przetwornik z wieloma belkami zginanymi
Rozkład naprężeń i sił tnących belki utwierdzonej
Belki „pracujące” na ścinanie
Elementy membranowe
Pomiary ciśnienia
Przetworniki ciśnienia cylindryczne
Pomiary ciśnienia
Memebranowe przetworniki ciśnienia
Pomiary ciśnienia
Przetworniki ciśnienia absolutnego
Pomiary ciśnienia
Przetwornik ciśnienia
Pomiary momentu – rodzaje,”ewolucja”
Forma
„klatkowa”
Wał pełny
Promieniowe
ścinanie
Wał drążony
(tuleja)
Koło
szprychowe
Osiowe
ścinanie
Pomiary momentu
Część „pomiarowa”
Część
„montażowa”
Przetwornik
jednoelementowy
Strefy
odkształceń z
tensometrami
Promieniowy
Osiowy
Przetworniki momentu „pracujące” na ścinanie
Układy połączeń (Spider8)
Układy połączeń (QUANTUMX MX840A)
Pierścienie ślizgowe
Sumatory
Sumatory
Sensory w pojazdach
Sensory w pojazdach
Sensory w pojazdach
Sensory w pojazdach
Sensory w pojazdach
Wzmacniacze pomiarowe
Wzmacnianie sygnału i jego formowanie to podstawowe
funkcje realizowane w analogowych układach
pomiarowych.
Formowanie sygnału polega na zmianie jego zależności
względem czasu, częstotliwości lub innego sygnału).
Klasyfikacja wzmacniaczy pomiarowych:
• Ze względu na rodzaj wzmacnianego sygnału:
napięciowe, prądowe, ładunkowe;
• Ze względu na rodzaj sygnału wyjściowego:
napięciowe, prądowe;
• Ze względu na pasmo przenoszonych częstotliwości:
wzmacniacze prądu stałego, szerokopasmowe, selektywne;
Wzmacniacze pomiarowe –
klasyfikacja cd.
• Ze względu na strukturę układu wejściowego:
niesymetryczna,
symetryczna-różnicowa;
• Ze względu na fazę napięcia wyjściowego względem
napięcia wejściowego:
odwracające
nieodwracające
• Ze względu na sposób regulacji wzmocnienia:
skokowy,
płynny;
• Ze względu na sposób ustawiania wzmocnienia:
manualny,
automatyczny (programowany)
Wzmacniacze pomiarowe przemysłowe
MVD2510
MP60
MP30
CLIP
MC2A/MC3
Wzmacniacze w wykonaniach umożliwiających pracę w trudnych
warunkach (obudowy zapewniające np. pyłoszczelność-MC2A/MC3 fmy Hottinger), zwykle wyposażone w 1 (lub kilka) zakres pomiarowy,
proste w obsłudze, bez wyświetlacza lub z niewielkim
kilkuwierszowym, jedno- lub dwukanałowe, często przeznaczone do
montażu na szynie wraz z innymi urządzeniami lub na panelach).
Spotykane w wersjach analogowych, z wyjściami analogowymi i
cyfrowymi, również wersje w pełni cyfrowe pracujące w układach
automatyki z wykorzystaniem interfejsów ProfiBus, Ethernet, CAN).
Wzmacniacze pomiarowe laboratoryjne
MGCplus
Spider 8
Wzmacniacze o uniwersalnym charakterze, umożliwiające współprace z
czujnikami takimi jak mostki tensometryczne, indukcyjne, częstotliwości,
temperatury, czujnikami dostarczającymi sygnał napięciowy lub prądowy.
Komunikację z komputerem zapewniają standartowe łącza takie jak RS232,
CENTRONICS, IEE488 bądź ETHERNET.
MGCplus jest przykładem wzmacniacza o szerokiej gamie dostępnych modułów,
wyposażony w wyświeltacz umożliwiający graficzną lub cyfrową wizualizację
wielkości mierzonych. Może być wyposażony w dysk umożliwiający gromadzenie
danych.
Spider 8 – mniej uniwersalny, z ograniczoną możliwością rozbudowy wzmacniacz
doskonale nadający się do realizacji pomiarów w trudnych warunkach (obudowa) –
wymaga komputera do realizacji pomiarów/konfigurowania)

Elementy oporowe tensometryczne

Transkrypt

Podobne dokumenty

recenzjaisophon cassiano kolumny podłogowe