Что такое датчик деформации?

Что такое датчик деформации?

Датчик деформации — это измерительный прибор, который обнаруживает деформацию в измеряемом объекте как изменение электрических сигналов и измеряет величину деформации от этого изменения электрических сигналов.

Они способны выполнять чрезвычайно точные и быстрые измерения и могут использоваться как для статического, так и для динамического измерения деформации.

Применение датчиков деформации

Датчики деформации используются для проверки прочности и безопасности автомобилей, железных дорог, авиатранспортеров, зданий и других конструкций. Они также используются в клинической медицине, реабилитации, эргономике и других областях, где они ценны для измерения физических величин в широком диапазоне областей.

Кроме того, датчики на основе датчиков деформации включают датчики ускорения, тензодатчики, датчики давления, датчики смещения и датчики крутящего момента.

Принцип действия датчиков деформации

Общая структура датчиков деформации представляет собой зигзагообразную проводку, состоящую из тонкой металлической пленки на тонкой изолирующей пленке. Проводка из металлической пленки формируется с помощью процесса фототравления, а датчик деформации крепится к образцу с помощью специального клея.

Датчик деформации измеряет деформацию на поверхности образца, преобразуя ее в электрический сигнал. Датчик изменяет сопротивление всей электрической цепи в ответ на деформацию образца, поэтому деформацию можно количественно определить, измерив сопротивление. Когда датчик деформации прикреплен к образцу, который необходимо измерить, и образец деформируется, зигзагообразная проводка датчика деформации расширяется и сжимается в соответствии с деформацией.

Когда проводка растягивается, площадь поперечного сечения проводки становится меньше, а значение электрического сопротивления увеличивается, а когда проводка сжимается, а площадь поперечного сечения становится больше, значение электрического сопротивления уменьшается. Из этого изменения электрического сопротивления можно измерить и количественно оценить величину деформации. Для обнаружения этого мельчайшего изменения сопротивления датчиков деформации используется мостовая схема Хойстона.

В схеме моста Хойстона напряжение подается на входную сторону моста, а напряжение, измененное деформацией измеряемого объекта, измеряется на выходной стороне. Из этой разницы определяется изменение электрического сопротивления проводки датчика деформации, по которому можно количественно оценить деформацию измеряемого объекта. Проводка датчиков деформации в основном изготавливается из металлической фольги, но некоторые изготавливаются из полупроводников. Также доступны датчики деформации, использующие пьезоэлектрический эффект керамики.

Типы датчиков деформации

Датчики деформации доступны как одноосного типа, которые имеют только один элемент с зигзагообразной проводкой, так и многоосного типа, которые имеют более одного элемента с зигзагообразной проводкой. В многоосном типе два элемента расположены таким образом, что некоторые из них перекрываются.

Некоторые подходят для измерения коэффициента Пуассона, а некоторые подходят для анализа напряжений с тремя элементами, перекрывающими друг друга. Тот, в котором несколько элементов расположены параллельно, подходит для анализа напряжений концентраций напряжений и т. д.

Как выбрать датчики деформации

Важно выбрать тип тензодатчика и длину участка проводки в направлении деформации (длину датчика) в соответствии с объектом измерения, а также согласовать коэффициент линейного расширения тензодатчика с коэффициентом линейного расширения объекта измерения.

Другая информация о тензодатчиках

1. Обработка поверхности объекта измерения

Для проведения точных измерений необходимо удалить ржавчину, краску и т. д. с объекта измерения. Также важно подготовить поверхность объекта измерения наждачной бумагой и т. д. и обезжирить поверхность, к которой будет прикреплен тензодатчик.

2. Как наносить тензодатчик

Для точных измерений с помощью датчиков деформации сначала определите и отметьте точное положение объекта, который будет измеряться. Затем нанесите указанный клей на заднюю сторону датчика деформации, совместите отметку на объекте, который будет измеряться, с центральной отметкой на датчике деформации и обожмите клей.

Даже при использовании мгновенного клея важно дать достаточно времени для высыхания.

3. Точность датчиков деформации

Датчики деформации измеряют величину деформации, используя изменение электрического сопротивления зигзагообразной части проводки, но ошибки измерения могут возникать из-за ошибок в значениях сопротивления и ошибок, характерных для проводки датчиков деформации. Кроме того, сопротивление провода, соединяющего датчик деформации и источник питания, а также температура и влажность испытательной среды также являются факторами погрешности измерения.

Поэтому некоторые устройства автоматически исправляют эти ошибки, используя определенную комбинацию датчиков деформации и регистраторов данных.