Тензодатчик был изобретен Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром Руге в 1938 году. Это изобретение привело к измерению значительной степени деформации различных структур. Тензодатчик - это тип датчика используется в самых разных приложениях для измерения деформации объекта. Это важный геотехнический инструмент, который определяет напряжение в различных конструкциях, таких как туннели, подземные полости, здания, мосты, бетон, каменные дамбы, заделки в грунт / бетон и т. Д. Вот все, что читатель может знать о тензодатчиках, включая принцип работы, характеристики и приложения.
Что такое тензодатчик?
Определение: Тензодатчик - одно из обязательных устройств, используемых в области геотехники для измерения деформации различных конструкций. При приложении внешней силы сопротивление тензодатчика изменится.
тензодатчик
Базовая конструкция датчика имеет изолирующую гибкую основу для поддержки структуры из металлической фольги. Эта металлическая катушка приклеивается к тонкой подложке, называемой держателем, и вся установка крепится к объекту с помощью подходящего клея. Поскольку объект деформируется под действием силы, давления, веса, напряжения и т. Д., электрическое сопротивление замены фольги. А Мост Уитстона измеряет изменение удельного сопротивления, которое связано с деформацией, с помощью величины, известной как калибровочный коэффициент.
тензометрический образец-схема
Небольшие изменения сопротивления датчика измеряются с использованием концепции моста Уитстона. На рисунке ниже показан общий мост Уитстона, который имеет четыре резистивных плеча и напряжение возбуждения, В.БЫВШИЙ.
Мост Уитстона
Мост Уитстона имеет две параллельные делитель напряжения схемы. R1 и R2 образуют схему одного делителя напряжения, R3 и R4 образуют схему второго делителя напряжения. Выходное напряжение VO определяется по формуле:
Vo = [R3 / (R3 + R4) -R2 / (R1 + 2)] * VБЫВШИЙ
Если R1 / R2 = R4 / R3, то выходное напряжение равно нулю, и мост называется балансным.
Небольшое изменение сопротивления приводит к ненулевому выходному напряжению. Если «R4» заменить тензодатчиком, и любые изменения сопротивления тензодатчика приведут к разбалансировке моста и появлению ненулевого напряжения.
Измерительный коэффициент тензодатчика
Калибровочный коэффициент GF задается как
GF = (∆R⁄RG) / ∈
Где,
‘ΔR’ - изменение сопротивления из-за деформации
«RG» - сопротивление недеформированного датчика
‘Ε’ - деформация
Измерительный коэффициент обычной металлической фольги составляет около 2. Напряжение SV выходного датчика моста Уитстона определяется выражением
SV = EV (GF.∈) / 4
Где EV - напряжение возбуждения моста
Тензодатчик рабочий
Функционирование тензодатчика полностью зависит от удельного электрического сопротивления объекта / проводника. Когда объект растягивается в пределах своей эластичности и не ломается или не изгибается постоянно, он становится тоньше и длиннее, что приводит к высокому электрическому сопротивлению. Если объект сжимается и не деформируется, а расширяется и укорачивается, это приводит к снижению электрического сопротивления. Значения, полученные после измерения электрического сопротивления манометром, помогают понять величину вызванного напряжением.
Напряжение возбуждения подается на входные клеммы измерительной сети, а выходное напряжение считывается на выходных клеммах. Обычно они подключены к нагрузке и могут оставаться стабильными в течение более длительных периодов времени, иногда десятилетий. Клей, используемый для манометров, зависит от продолжительности работы системы измерения - цианоакрилатный клей подходит для краткосрочных измерений, а эпоксидный клей - для долгосрочных измерений.
Принцип работы тензодатчика
Как мы знаем, сопротивление напрямую зависит от длины и площади поперечного сечения проводника, которая определяется выражением R = L / A
Где,
‘R’ = Сопротивление
‘L’ = Длина
‘A’ = площадь поперечного сечения
Ясно, что длина проводника изменяется с изменением размера и формы проводника, что в конечном итоге приводит к изменению площади поперечного сечения и сопротивления.
Любой нормальный калибр имеет длинную и тонкую проводящую полосу, расположенную зигзагообразно из параллельных линий. Цель этого зигзагообразного выравнивания - с большой точностью уточнить небольшое напряжение, которое возникает между параллельными линиями. Напряжение определяется как сила сопротивления объекта.
Розетки для тензодатчиков
Два или более датчиков, расположенных близко друг к другу в форме розетки, для измерения количества компонентов и точной оценки деформации на поверхности, известны как розетки для датчиков деформации. Иллюстрация представлена на рисунке ниже.
тензометрические розетки
Тензодатчики
Эти датчики веса чаще всего используются в промышленных приложениях. Он очень точный и экономичный. По сути, датчик нагрузки состоит из металлического корпуса, на котором прикреплены тензодатчики. Чтобы металлический корпус был прочным и менее эластичным, для его проектирования используются легированная сталь, алюминий или нержавеющая сталь.
Когда к датчику нагрузки прикладывается внешняя сила, датчик нагрузки слегка деформируется и, если он не перегружен, возвращается к своей первоначальной форме.
Если датчик веса деформируется, датчик изменяет форму, вызывая изменение электрического сопротивления датчика, который, в свою очередь, измеряет напряжение.
Существуют распространенные типы тензодатчиков, в том числе изгибающая балка, блин, одноточечная сдвигающая балка, двусторонняя поперечная балка, зажимы для троса и т.
Характеристики тензодатчиков
Важными характеристиками тензодатчиков являются:
- Они подходят для более длительных периодов с определенными мерами предосторожности.
- Они предоставляют точные значения при изменении температуры и других факторов.
- Их легко изготовить из-за простых компонентов.
- Они просты в обслуживании и имеют длительный срок службы.
- Он полностью герметичен для защиты от повреждений, таких как обращение и установка.
Применение тензодатчика
Исключительные особенности позволяют использовать эти датчики в области геотехнической инженерии для постоянного контроля таких конструкций, как плотины, туннели и т. Д., И заблаговременного предотвращения аварий. Некоторые из приложений тензодатчиков включают в себя -
- Железнодорожный мониторинг
- Кабельные мосты
- Аэрокосмическая промышленность
- Атомная электростанция
FAQs
1). Какая чувствительность тензодатчика?
Напряжение течения зависит от скорости деформации. Кроме того, скорость деформации зависит от размера зерна объекта или рабочего материала. Он определяется как отношение изменения напряжения течения к изменению деформации.
2). Что такое единица деформации?
Деформация - безразмерная величина. Однако скорость деформации обратно пропорциональна времени, а единица СИ - секундам (с-1).
3). Как выбрать тензодатчик?
Это выбирается на основе типа приложений и других связанных элементов. Такие как -
- На основе измерительной длины и сопротивления
- На основе затрат на экономию труда
- На основе материала и среды измерения
4). Почему мост Уитстона используется для тензодатчика?
Мост Уитстона может измерять выходное напряжение в милливольтах. Для тензодатчика со связующим звеном изменение сопротивления можно измерить, когда он подключен к электрической цепи (мост Уитстона), которая измеряет мгновенное изменение сопротивления. Когда выходное напряжение на мосту Уитстона становится отличным от нуля, схема теряет равновесие и помогает определить нагрузку на объект.
5). Как установить тензодатчики?
Вот шаги для установки тензодатчика
Таким образом, подробное описание тензодатчика , принцип работы, калибровочный коэффициент, характеристики и приложения представлены в этой статье. Помимо этого, корреляция цифровых изображений (DIC) - это метод, используемый в настоящее время для измерения деформации. Он используется во многих отраслях из-за точности и в качестве замены традиционных типов датчиков, таких как акселерометры, струнные потенциометры, LVDT и многие другие. Вот вам вопрос, какова основная функция тензодатчика?
