أساسيات قياسات مقياس الإجهاد

أساسيات قياسات مقياس الإجهاد

يعد مقياس الإجهاد أحد أكثر الأدوات فائدة لقياس التمدد أو الانكماش للمادة بدقة عند تطبيق القوى. تعد مقاييس الإجهاد مفيدة أيضًا لقياس القوى المطبقة بشكل غير مباشر إذا كانت محاذاة خطيًا تقريبًا مع تشوه المادة.



ما هي أجهزة قياس الضغط

مقاييس الإجهاد هي أجهزة استشعار تختلف مقاومتها الكهربائية بما يتناسب مع مقدار الإجهاد (تشوه المادة).

من شأن مقياس الضغط المثالي أن يغير مقاومته بما يتناسب مع الضغط الطولي على السطح الذي يتصل به المستشعر.





ومع ذلك ، هناك عوامل أخرى يمكن أن تؤثر على المقاومة ، مثل درجة الحرارة وخصائص المادة والمادة اللاصقة التي تربط المقياس بالمادة.

يتكون مقياس الإجهاد من شبكة متوازية من الأسلاك المعدنية الدقيقة جدًا أو رقائق معدنية مرتبطة بالسطح المتوتر بواسطة طبقة رقيقة معزولة من الإيبوكسي. عندما يتم توتر المادة المستعبدة ، تنتقل السلالة من خلال المادة اللاصقة. تم تصميم شكل الشبكة بنمط يوفر أقصى تغيير للمقاومة لكل وحدة مساحة.



كيفية تحديد مقياس الضغط

عند اختيار مقياس الضغط لتطبيق ما ، فإن الاعتبارات الثلاثة الرئيسية هي درجة حرارة التشغيل ، وطبيعة السلالة التي سيتم اكتشافها ، ومتطلبات الاستقرار.

نظرًا لتركيب مقياس الضغط على سطح متوتر ، من المهم أن يتم توتر المقياس بالتساوي مع السطح. يجب اختيار المادة اللاصقة بعناية لنقل الضغط إلى المستشعر بشكل موثوق عبر نطاق درجة حرارة واسع وظروف أخرى.

تختلف قيمة مقاومة مقياس الإجهاد كدالة للسلالة المطبقة وفقًا لما يلي: التغيير في R / R = S حيث R هي المقاومة ، و e هي الإجهاد ، و S هي عامل حساسية الإجهاد. بالنسبة لمقاييس الرقائق المعدنية ، يكون عامل حساسية الإجهاد حوالي 2.

عادة ما تكون زيادات الإجهاد أقل من 0.005 بوصة / بوصة ويتم التعبير عنها غالبًا بوحدات الإجهاد الدقيق. من الصيغة ، يُلاحظ أن مقاومة مقياس الإجهاد ستتغير بكميات صغيرة جدًا مع الإجهاد المعطى ، في حدود 0.1٪.

يمكن بعد ذلك إزالة قراءة الجهد من هذا المقاوم من حيث الملي فولت لكل فولت (mV / V) لتوفير قيمة قياس الانفعال.

نسبة بواسون هي مقياس للترقيق والاستطالة التي تحدث في المادة أثناء إجهادها. إذا تم تطبيق قوة شد على سلك مقاوم على سبيل المثال ، فسيصبح السلك أطول قليلاً ، وفي نفس الوقت يصبح أرق. هذه النسبة من هاتين السلالتين هي نسبة بواسون.

هذا هو المبدأ الأساسي وراء قياسات مقياس الإجهاد ، حيث ستزداد مقاومة السلك بشكل متناسب بسبب تأثير بواسون.

كيفية قياس إخراج مقياس الضغط بدقة

لقياس تغيير طفيف في المقاومة بدقة ، توجد مقاييس الإجهاد دائمًا تقريبًا في تكوين الجسر بمصدر إثارة الجهد.

يشيع استخدام جسر ويتستون كما هو موضح في الرسم التخطيطي. يكون الجسر متوازنًا عندما تكون نسب المقاوم متساوية على كلا الجانبين ، أو R1 / R2 = R4 / R3. من الواضح أن جهد الخرج هو صفر في هذه الحالة.

مع تغير مقاومة مقياس الإجهاد (Rg) ، يتغير جهد الخرج (Vout) ببضعة ملي فولت ، ثم يتم تضخيم هذا الجهد بواسطة مكبر تفاضلي لإرجاع قيمة قابلة للقراءة.

تعتبر دائرة Wheatstone هذه مناسبة تمامًا أيضًا لتعويض درجة الحرارة - يمكنها تقريبًا القضاء على تأثيرات درجة الحرارة. في بعض الأحيان يتم تصميم مادة القياس للتعويض عن التمدد الحراري ، ولكن هذا لا يزيل الحساسية الحرارية تمامًا.

لتحقيق تعويض حراري أفضل ، يمكن استبدال المقاوم مثل R3 بمقياس ضغط مماثل. هذا من شأنه أن يبطل تأثيرات درجة الحرارة.

في الواقع ، يمكن استبدال جميع المقاومات الأربعة بأجهزة استشعار لقياس الضغط لتحقيق أقصى قدر من الاستقرار في درجة الحرارة. يمكن إعداد اثنين منهم (R1 و R3) لقياس الضغط ، بينما يتم إعداد الاثنين الآخرين (R2 و R4) لقياس التوتر.

لن يؤدي هذا إلى تعويض درجة الحرارة فحسب ، بل سيزيد أيضًا من الحساسية بمقدار أربعة أضعاف. تعد مقاييس الإجهاد مع عناصر المقاومة الكهربائية أكثر أنواع أجهزة الاستشعار شيوعًا لقياس الإجهاد ، حيث تمتلك مزايا التكلفة المنخفضة أيضًا. لكونها راسخة.

إنها متوفرة بأحجام صغيرة وتتأثر بشكل معتدل فقط بتغيرات درجة الحرارة ، وتحقق في نفس الوقت خطأ أقل من +/- 0.10٪. مقاييس إجهاد المقاومة المستعبدة حساسة للغاية أيضًا ، ويمكن استخدامها لقياس الإجهاد الساكن والديناميكي.

ومع ذلك ، هناك أنواع أخرى متاحة لبعض التطبيقات ، مثل مقاومة بيزو ، ومقاومة للكربون ، وشبه موصلة ، وصوتية ، وبصرية ، واستقرائي.

حتى أن هناك مستشعرات لقياس الضغط تعتمد على دائرة مكثف ..




السابق: أرخص دائرة SMPS باستخدام MJE13005 التالي: استخدم جهاز الكمبيوتر الخاص بك مثل Oscilloscope