Что такое тензодатчик?

Что такое тензодатчик?

Тензодатчик — это устройство, измеряющее деформацию объекта. Они также использовались в манометрах и динамометрах, поскольку могут измерять деформацию и рассчитывать давление, нагрузку и т. д.

Применение тензодатчиков

Тензодатчики используются для измерения деформации изделий, прочность которых напрямую зависит от деформации, для измерения нагрузок на производственных предприятиях и для измерения степени деформации форм и других компонентов. Однако необходимо соблюдать осторожность и убедиться, что деформационные каркасы установлены в правильной ориентации, в противном случае возникнут ошибки измерения.

Конкретные примеры использования включают следующее.

• Измерение прочности и деформации печатных плат
• Контроль и измерение нагрузки на прессовое оборудование

Принципы и типы тензодатчиков

1. Принцип тензодатчиков

Тензодатчики используются путем прикрепления их к измеряемому объекту, который затем деформируется вместе с измеряемым объектом, что приводит к изменению внутреннего электрического сопротивления. Деформация рассчитывается путем измерения величины изменения электрического тока.

2. Типы тензодатчиков

Существует большое разнообразие типов тензодатчиков. Наиболее широко используются фольговые тензодатчики, проволочные тензодатчики и полупроводниковые тензодатчики.

Другие особенности тензодатчиков включают в себя те, которые подходят для низко- и высокотемпературных сред, те, которые способны измерять более тонкие деформации, и те, которые сделаны из материалов, подходящих для различных измеряемых материалов.

Структура тензодатчиков

Структура «фольговых тензодатчиков» и «полупроводниковых тензодатчиков» описана ниже.

1. Фольговые тензодатчики

Структура фольговых тензодатчиков, наиболее популярного типа тензодатчиков, состоит из металлической фольги, прикрепленной в зигзагообразном узоре к изолирующей основе, с двумя проводами, выходящими из металлической фольги. Эти два провода подключены к схеме, называемой мостовой схемой Хойнстона.

Мостовая схема Хойнстона представляет собой схему, в которой три резистора с известным сопротивлением и четыре тензодатчика расположены в мостовой конфигурации, а сопротивление тензодатчиков можно измерить, измерив разность потенциалов между центром резисторов и тензодатчиками.

Когда измеряемый объект, к которому прикреплены тензодатчики, деформируется, фольга прикрепленных тензодатчиков расширяется или сжимается, что приводит к изменению значения электрического сопротивления, а величина изменения сопротивления получается из разности потенциалов в мостовой схеме Хоизингтона. Поскольку тензодатчики имеют коэффициент тензодатчика, который является внутренним значением величины изменения сопротивления деформации, можно рассчитать деформацию измеряемого объекта из коэффициента тензодатчика и величины изменения сопротивления.

2. Полупроводниковые тензодатчики

Полупроводниковые тензодатчики — это тензодатчики, которые используют полупроводник в фольговой части фольгового тензодатчика. Они используют свойство изменения электрического сопротивления полупроводника при воздействии на полупроводник напряжения.

Другая информация о тензодатчиках

1. Как применять тензодатчики

Точность измерения деформации с помощью тензодатчиков сильно зависит от способа установки датчика (в большинстве случаев приклеивания). Поэтому необходимо соблюдать особую осторожность при креплении тензодатчиков к объекту измерения. Первым шагом является очистка поверхности объекта измерения, к которому будет крепиться датчик.

Лучше всего использовать моющее средство на масляной основе для тщательного удаления масла. Невыполнение этого требования позволит маслу глубже проникнуть в материал, когда поверхность шлифуется или полируется во время нанесения. После очистки поднимите датчик пинцетом и осторожно приклейте его к измеряемой поверхности.

В это время важно убедиться, что все пустые пузырьки между поверхностью и датчиком вытолкнуты, чтобы их можно было прикрепить. В этом состоянии подождите несколько минут, пока клей не затвердеет. По истечении нескольких минут, наконец, оберните всю поверхность изоляционной лентой, чтобы защитить ее от повреждений, и склеивание будет завершено.

2. Недостатки тензодатчиков и как их решить

Преимущество тензодатчиков в том, что они могут легко измерять деформацию, просто прикрепляя их к измеряемому объекту. Однако в действительности существует множество сложных факторов, которые затрудняют измерение. Например, проблема напряжения является одной из них.

Изменения деформации из-за взаимодействия материала между внешними приложенными силами и внутренними напряжениями. Поэтому анализ деформации в двух или трех направлениях требует использования «розеточных тензодатчиков», которые представляют собой комбинацию нескольких датчиков.

Кроме того, в зависимости от коэффициента теплового расширения материала, составляющего объект измерения, деформация может быть определена как возникшая, даже если фактической деформации нет. Чтобы предотвратить это, необходимо сопоставить материал датчика с измеряемым материалом.

При измерении деформации с помощью тензодатчиков необходимо выбрать лучший из многих типов датчиков на основе хорошего понимания их физических или механических характеристик.

3. Тензодатчики и температурная компенсация

Основными факторами, влияющими на тензодатчики, прикрепленные к объекту измерения, являются деформация, вызванная внешними силами и изменением температуры. Когда происходят изменения температуры, на тензодатчики влияет разница в коэффициенте линейного расширения между объектом измерения и тензодатчиками, а также изменение сопротивления тензодатчиков из-за температуры.

Измерение деформации, как будто она вызвана изменением температуры, называется кажущейся деформацией. Использование самокомпенсирующихся температурных тензодатчиков является наиболее эффективной мерой противодействия кажущейся деформации. Самокомпенсирующиеся температурные тензодатчики — это тензодатчики, в которых температурный коэффициент сопротивления тензодатчиков регулируется в соответствии с объектом измерения, чтобы минимизировать величину кажущейся деформации из-за температуры.

Выбор соответствующих тензодатчиков для объекта измерения является наилучшим выбором, но он может оставить некоторые ошибки. В некоторых случаях они имеют нелинейные характеристики. В большинстве случаев эта ошибка отмечена в техническом паспорте тензодатчиков, и если требуются более точные измерения, можно сделать расчет компенсации для учета ошибки, рассчитанной из технического паспорта.

4. Тензодатчики и компенсация ползучести

Ползучесть — это явление, при котором деформация увеличивается со временем при приложении постоянной нагрузки при определенных температурных условиях. Явление ползучести является естественным врагом тензодатчиков, и если оно происходит, оно может напрямую привести к ошибкам измерения.

В большинстве случаев явление ползучести тензодатчиков вызвано основным материалом, формой сетки и клеем. Поэтому распространенным методом является компенсация эффектов явлений ползучести друг на друга путем использования генератора деформации в противоположной фазе ползучести, вызванной такими факторами, как ползучесть материала, и прикрепления к нему тензодатчиков.

Важным моментом является сочетание материалов. Если явления ползучести находятся в противоположных фазах, но их абсолютные значения сильно различаются, их нельзя скомпенсировать, и эффект будет иметь одно направление. Обратите внимание, что в зависимости от материала явления ползучести в большинстве случаев более выражены при более высоких температурах. Пожалуйста, помните, что чем выше напряжение, приложенное к тензодатчикам, тем короче время до разрыва (срок службы), учитывая увеличение деформации из-за явления ползучести.