"Genauigkeit - die Höflichkeit der Könige!" In unserer Zeit wächst die Relevanz dieses mittelalterlichen französischen Aphorismus nur noch. Um genaue Messberechnungen in der Produktion und im Alltag durchzuführen, werden zunehmend Geräte auf der Basis von Dehnungsmessstreifen eingesetzt.
Inhalt
Was ist Dehnungsmessstreifen und wozu dienen Dehnungsmessstreifen?
Tensometrie (von lat. tensus – betont) ist eine Methode und Technik zur Messung des Spannungs-Dehnungs-Zustands eines gemessenen Objekts oder einer Struktur. Tatsache ist, dass es unmöglich ist, die mechanische Spannung direkt zu messen, daher besteht die Aufgabe darin, die Verformung des Objekts zu messen und die Spannung mit speziellen Techniken zu berechnen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials berücksichtigen.
Die Arbeit von Dehnungsmessstreifen basiert auf dem Dehnungseffekt – dies ist die Eigenschaft fester Materialien, ihren Widerstand bei verschiedenen Verformungen zu ändern. Dehnungsmessstreifen-Sensoren sind Geräte, die die elastische Verformung eines Festkörpers messen und ihren Wert in ein elektrisches Signal umwandeln. Dieser Vorgang tritt auf, wenn sich der Widerstand des Sensorleiters ändert, wenn er gedehnt und gestaucht wird. Sie sind das Hauptelement in Instrumenten zur Messung der Verformung von Festkörpern (z. B. Maschinenteilen, Strukturen, Gebäuden).
Gerät und Funktionsprinzip
Die Basis des Dehnungsmessstreifens ist ein mit speziellen Kontakten ausgestatteter Dehnungsmessstreifen, der auf der Vorderseite der Messplatte befestigt ist. Während der Messung sind die empfindlichen Kontakte des Panels in Kontakt mit dem Objekt. Dabei tritt ihre Verformung auf, die gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das an die Verarbeitungs- und Anzeigeelemente des Messwertes des Dehnungsmessstreifens übertragen wird.
Je nach Umfang der funktionalen Nutzung unterscheiden sich Sensoren sowohl in der Art als auch in der Art der Messgrößen. Ein wichtiger Faktor ist die erforderliche Messgenauigkeit. So ist beispielsweise eine Wägezelle Wägezelle am Ausgang der Bäckerei absolut nicht geeignet für elektronische Pharmawaagen, bei denen es auf jedes Hundertstel Gramm ankommt.
Betrachten wir die Arten und Typen moderner Dehnungsmessstreifen genauer.
Drehmomentsensoren
Drehmomentsensoren dienen zum Messen des Drehmoments an rotierenden Teilen von Systemen wie Motorkurbelwelle oder Lenksäule.Drehmoment-Dehnungsmessstreifen können sowohl das statische als auch das dynamische Drehmoment durch Kontakt- oder berührungslose (telemetrische) Methode bestimmen.
Balken-, Ausleger- und Kanten-Wägezellen
Diese Arten von Wandlern werden normalerweise auf der Basis eines Parallelogrammdesigns mit einem eingebauten Biegeelement für eine hohe Empfindlichkeit und Linearität der Messungen hergestellt. Darin sind Dehnungsmessstreifen an den empfindlichen Bereichen des elastischen Elements des Sensors befestigt und nach dem Vollbrückenschema verbunden.
Strukturell hat die Balken-Wägezelle spezielle Löcher für eine ungleichmäßige Lastverteilung und Erkennung von Druck- und Zugverformungen. Um die maximale Wirkung zu erzielen, werden Dehnungsmessstreifen streng durch spezielle Markierungen auf der Oberfläche des Balkens an seiner dünnsten Stelle ausgerichtet. Mit hochgenauen und zuverlässigen Sensoren dieser Art werden Multisensor-Messsysteme in Plattform- oder Bunkerwaagen aufgebaut. Sie haben ihre Anwendung in Wiegedosierern, Verpackern von losen und flüssigen Produkten, Kabelspannungsmessern und anderen Kraftlastmessern gefunden.
Zug- und Drucklastzellen
Zug- und Druckkraftmessdosen sind normalerweise S-förmig und bestehen aus Aluminium und legiertem Edelstahl. Ausgelegt für Bunkerwaagen und Dosierer mit einem Messbereich von 0,2 bis 20 Tonnen. S-förmige Zug- und Druckkraftmessdosen können in Kabel-, Gewebe- und Fasermaschinen verwendet werden, um die Zugkraft dieser Materialien zu kontrollieren.
Draht- und Folien-Dehnungsmessstreifen
Kabel Dehnungsmessstreifen werden in Form einer Drahtspirale mit kleinem Durchmesser hergestellt und mit Klebstoff auf einem elastischen Element oder Prüfteil befestigt.Sie zeichnen sich aus durch:
- einfache Herstellung;
- lineare Abhängigkeit von Dehnung;
- kleine Größe und Preis.
Unter den Mängeln sind geringe Empfindlichkeit, der Einfluss von Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebung auf den Messfehler und die Möglichkeit der Verwendung nur im Bereich elastischer Verformungen zu vermerken.
vereiteln Dehnungsmessstreifen sind derzeit aufgrund ihrer hohen messtechnischen Qualitäten und Herstellbarkeit die am weitesten verbreitete Art von Dehnungsmessstreifen. Dies wurde dank der fotolithografischen Technologie ihrer Herstellung verfügbar. Fortschrittliche Technologie ermöglicht es, einzelne Dehnungsmessstreifen mit einer Basis von 0,3 mm, spezielle Dehnungsmessstreifenbuchsen und Dehnungsmessstreifenketten mit einem breiten Betriebstemperaturbereich von -240 bis +1100 ºС zu erhalten, abhängig von den Eigenschaften der Messgittermaterialien.
Vor- und Nachteile von Dehnungsmessstreifen
Dehnungsmessstreifen sind aufgrund ihrer Eigenschaften weit verbreitet:
- die Möglichkeit einer monolithischen Verbindung des Dehnungsmessstreifens mit dem zu untersuchenden Teil;
- geringe Dicke des Messelements, die eine hohe Messgenauigkeit mit einem Fehler von 1-3% gewährleistet;
- einfache Befestigung, sowohl auf ebenen als auch auf gekrümmten Oberflächen;
- die Fähigkeit, dynamische Verformungen zu messen, die sich mit einer Frequenz von bis zu 50.000 Hz ändern;
- die Möglichkeit, Messungen unter schwierigen Umgebungsbedingungen im Temperaturbereich von -240 bis +1100 ° C durchzuführen;
- die Möglichkeit, Parameter gleichzeitig an vielen Stellen der Teile zu messen;
- die Möglichkeit, die Verformung von Objekten zu messen, die sich in großer Entfernung von Dehnungsmessstreifensystemen befinden;
- die Fähigkeit, Verformungen in sich bewegenden (rotierenden) Teilen zu messen.
Von den Mängeln ist zu bemerken:
- Einfluss von Wetterbedingungen (Temperatur und Feuchtigkeit) auf die Empfindlichkeit von Sensoren;
- geringfügige Widerstandsänderungen der Messelemente (ca. 1 %) erfordern den Einsatz von Signalverstärkern.
- wenn dehnungsmessstreifen in hochtemperatur- oder aggressiven umgebungen betrieben werden, sind besondere maßnahmen zu ihrem schutz erforderlich.
Grundlegende Schaltpläne
Betrachten wir dies am Beispiel des Anschlusses von Dehnungsmessstreifen an Haushalts- oder Industriewaagen. Eine Standard-Wägezelle für Waagen hat vier mehrfarbige Drähte: Zwei Eingänge sind Stromversorgung (+Ex, -Ex), die anderen beiden sind Messausgänge (+Sig, -Sig). Es gibt auch Varianten mit fünf Drähten, wobei ein zusätzlicher Draht als Schirm für alle anderen dient. Die Essenz der Arbeit des Gewichtsmesssensors vom Balkentyp ist ziemlich einfach. Die Eingänge werden mit Strom versorgt und die Ausgänge werden mit Spannung versorgt. Der Spannungswert hängt von der angelegten Last am Messsensor ab.
Wenn die Länge der Kabel von der Wägezelle zur ADC-Einheit erheblich ist, beeinflusst der Widerstand der Kabel selbst das Ablesen der Waage. In diesem Fall ist es ratsam, eine Rückkopplungsschaltung hinzuzufügen, die den Spannungsabfall kompensiert, indem sie den Fehler aus dem Widerstand der in den Messkreis eingeführten Drähte korrigiert. In diesem Fall enthält der Anschlussplan drei Adernpaare: Leistung, Messung und Verlustkompensation.
Anwendungsbeispiele für Dehnungsmessstreifen
- Wägeelement.
- Messung von Dehnungskräften bei der Bearbeitung von Metallen durch Druck auf Stanzpressen und Walzwerken.
- Überwachung von Spannungs-Dehnungs-Zuständen von Bauwerken und Bauwerken während ihrer Errichtung und ihres Betriebs.
- Hochtemperatursensoren aus hitzebeständigem legiertem Stahl für metallurgische Betriebe.
- mit elastischem Edelstahlelement für Messungen in chemisch aggressiver Umgebung.
- zur Druckmessung in Öl- und Gaspipelines.
Einfachheit, Komfort und Herstellbarkeit von Dehnungsmessstreifen sind die Hauptfaktoren für ihren weiteren aktiven Einsatz, sowohl in messtechnischen Prozessen als auch im Alltag als Messelemente von Haushaltsgeräten.
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