Venymäliuskamittausten perusteet

Venymäliuska on yksi hyödyllisimmistä työkaluista tarkkaan materiaalin laajenemisen tai supistumisen mittaamiseen voimien vaikutuksesta. Venymämittarit ovat hyödyllisiä myös epäsuorasti mitattujen voimien mittaamiseen, jos ne ovat suunnilleen lineaarisesti materiaalin muodonmuutoksen kanssa.

Mitä ovat venymämittarit

Venymämittarit ovat antureita, joiden sähköinen vastus vaihtelee suhteessa rasituksen määrään (materiaalin muodonmuutos).

Ihanteellinen venymäliuska muuttaisi sen kestävyyttä suhteessa pinnan pitkittäiseen rasitukseen, johon anturi on kiinnitetty.

On kuitenkin muitakin tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa vastustuskykyyn, kuten lämpötila, materiaalin ominaisuudet ja liima, joka kiinnittää mittarin materiaaliin.

Venymäliuska koostuu yhdensuuntaisesta ristikosta, joka koostuu erittäin hienosta metallilangasta tai kalvosta, joka on sidottu kiristettyyn pintaan ohuella eristetyllä epoksikerroksella. Kun sidottu materiaali kiristetään, rasitus siirtyy liiman läpi. Ruudukon muoto on suunniteltu kuvioon, joka tarjoaa maksimaalisen vastuksen muutoksen pinta-alayksikköä kohti.

Kuinka valita venymäliuska

Kun valitaan venymäliuska sovellusta varten, kolme pääkohdetta ovat käyttölämpötila, havaittavan kannan luonne ja vakavuusvaatimukset.

Koska venymäliuska on asennettu kiristetylle pinnalle, on tärkeää, että mittari on kiristetty tasaisesti pinnan kanssa. Liimamateriaali on valittava huolellisesti, jotta rasitus siirtyy anturiin luotettavasti laajalla lämpötila-alueella ja muissa olosuhteissa.

Venymämittarin vastusarvo vaihtelee käytetyn kannan funktiona seuraavasti: muutos R / R = S missä R on vastus, e on venytys ja S on venymäherkkyyskerroin. Metallikalvomittareiden venytysherkkyyskerroin on noin 2.

Kannan lisäykset ovat yleensä alle 0,005 tuumaa / tuuma ja ne ilmaistaan ​​usein mikrokantayksiköinä. Kaavasta nähdään, että venymäliuskan resistanssi muuttuu hyvin pieninä määrinä annetulla kannalla, luokkaa 0,1%.

Jännitteen lukema voidaan sitten poistaa tältä vastukselta millivoltteina volttia kohti (mV / V) venymän mittausarvon aikaansaamiseksi.

Poisson-suhde on mitoitus ohenemisesta ja venymisestä, joka tapahtuu materiaalissa sen rasituksessa. Jos vetovoima kohdistetaan esimerkiksi resistiiviseen lankaan, lanka pidentyisi hieman ja samalla ohenisi. Näiden kahden kannan suhde on Poisson-suhde.

Tämä on venymäliuskamittausten perusperiaate, koska langan vastus kasvaa suhteellisesti Poissonin vaikutuksen vuoksi.

Kuinka mitata venymäliuskan lähtö tarkasti

Pienen resistanssimuutoksen tarkkaan mittaamiseen venymämittarit löytyvät melkein aina siltakokoonpanosta, jossa on jännitteen virityslähde.

Wheatstonen siltaa käytetään yleisesti kaavion mukaisesti. Silta on tasapainossa, kun vastussuhteet ovat samat molemmilla puolilla tai R1 / R2 = R4 / R3. Lähtöjännite on ilmeisesti tässä tilanteessa nolla.

Kun venymäliuskan resistanssi (Rg) muuttuu, lähtöjännite (Vout) muuttuu muutamalla millivoltilla, ja tämä jännite vahvistetaan sitten differentiaalivahvistimella luettavan arvon palauttamiseksi.

Tämä Wheatstone-piiri soveltuu hyvin myös lämpötilan kompensointiin - se voi melkein poistaa lämpötilan vaikutukset. Joskus mittarimateriaali on suunniteltu kompensoimaan lämpölaajenemista, mutta se ei poista lämpöherkkyyttä kokonaan.

Paremman lämpökompensoinnin saavuttamiseksi vastus, kuten R3, voidaan korvata samanlaisella venymäliuskalla. Tämä mitätöi lämpötilavaikutukset.

Itse asiassa kaikki neljä vastusta voidaan korvata venymäliuska-antureilla, jotta lämpötila pysyy mahdollisimman vakaana. Kaksi niistä (R1 ja R3) voitaisiin asettaa mittaamaan puristusta, kun taas kaksi muuta (R2 ja R4) on asetettu mittaamaan jännitystä.

Paitsi että se kompensoi lämpötilaa, se lisää myös herkkyyttä nelinkertaiseksi.Sähkömagneettiset vastuselementit sisältävät venymämittarit ovat ylivoimaisesti yleisimpiä antureita rasituksen mittaamiseen, koska niillä on myös edullisemmat edut olevan vakiintunut.

Niitä on saatavana pienikokoisina, ja lämpötilan muutokset vaikuttavat niihin vain maltillisesti, samalla kun virheet ovat alle +/- 0,10%. Liimatut kestävyysmittarit ovat myös erittäin herkkiä, ja niitä voidaan käyttää sekä staattisen että dynaamisen rasituksen mittaamiseen.

Tiettyihin sovelluksiin on kuitenkin saatavana muita tyyppejä, kuten pietsoresistiivinen, hiiltä kestävä, puolijohtava, akustinen, optinen ja induktiivinen.

Kondensaattoripiiriin perustuvia venymämittareita on jopa.