Принцип работы тензорезистора: Тензорезисторы определение и принципы работы

Тензорезисторы определение и принципы работы

Обычно тензорезисторы используются в трех целях:
• Определение степени изменения формы под действием деформации.
• Определение механического напряжения, вызванного деформацией, и запаса прочности материала или конструктивного элемента, в котором используется этот материал.
• Косвенное определение различных физических параметров путем их пересчета в деформацию.
Существует несколько способов механического и электрического измерения деформации, однако, чаще всего, механическое напряжение измеряют с помощью тензорезисторов из-за их превосходных измерительных характеристик.

Описание Документация

Что такое деформация?

Внешнее усилие, прикладываемое к упругому материалу, создает механическое напряжение, которое, в свою очередь, вызывает деформацию материала. В случае, если приложено усилие растяжения, длина материала L увеличивается и становится равной L + ΔL. Отношение ΔL к L, т.е. ΔL/L, называется деформацией. С другой стороны, если приложено усилие сжатия, длина L уменьшается до значения L-ΔL. В этом случае деформация равна (-ΔL/L).

Что такое тензорезистор?

Электрическое сопротивление металла изменяется пропорционально механической деформации, вызванной приложенным к металлу внешним усилием. При креплении тонкого слоя металла к объекту измерения поверх тонкого слоя диэлектрика, металл деформируется в зависимости от деформации объекта измерения и изменения его электрического сопротивления. Таким образом, тензорезистор — это чувствительный элемент, преобразующий собственную деформацию в изменение электрического сопротивления.

Конструкция тензорезистора

Тензорезистор состоит из решетки, выполненной из тонкой проволоки или металлической фольги, уложенной на изоляционную подложку, и подсоединенных выводов тензорезистора.

Принцип работы тензорезистора

При деформации объекта измерения эта деформация передается резистивной проволоке или резистивной фольге тензорезистора через его основание (подложку).

В результате сопротивление проволоки или фольги изменяется. Это изменение точно пропорционально деформации,что отражает следующее уравнение:

Если R=R1=R2=R3=R4, сопротивление тензорезистора, из-за деформации, меняется и становится равным R+ΔR. Таким образом, изменение выходного напряжения Δe из-за деформации задается следующим выражением:

При измерении деформации с помощью тензорезистора, он подключается к измерительному прибору, называемому тензометром. Тензометр содержит мост Уитстона и подает напряжение возбуждения. Измеренное значение деформации отображается на цифровом дисплее и/или выводится в виде аналоговых сигналов.

На нашем сайте Вы можете купить (заказать) качественные японские тензорезисторы от производителя, аксессуары и химию (клеи и защитные покрытия) для тензорезисторов с отличным соотношением цена-качество. Для этого отставьте заявку на обратный звонок и наши специалисты свяжутся с вами в ближайшее время или напишите нам сообщение.

В комментарии можно указать, какие модели тензорезисторов вы бы хотели заказать.

» >

Тензорезисторы TML (общее описание)

pdf, 494.72 КБ

---

Сопутствующая продукция

• FLA/FLG общего назначенияТензорезисторы

• QFLG/QFLA/QFLK до +200°CТензорезисторы

• ZFLA/ZFLK/EFL до +300°CТензорезисторы

• AWCH привариваемыеТензорезисторы

• WFLA/WFCA/WFRA влагозащищенныеТензорезисторы

• BF для композитов до +200°Тензорезисторы

КРАТКО О ТЕНЗОРЕЗИСТОРАХ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕНЗОРЕЗИСТОРАХ

Тензодатчики и тензорезисторы. Давайте посмотрим, что связывает тензодатчик и тензорезистор. 

Тензорезистор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков.

Принцип действия

При растяжении проводящих элементов тензорезистора увеличивается их длина и уменьшается поперечное сечение, что увеличивает сопротивление тензорезистора, при сжатии — уменьшается.

Принцип действия проиллюстрирован на анимированном изображении. Для наглядности на изображении величина деформации тензорезистора утрированно увеличена, как и изменение сопротивления. В реальности относительные изменения сопротивления весьма малы (менее ~10−3) и для их измерений требуются чувствительные вольтметры или преобразователи (АЦП, весоизмерительные преобразователи (терминалы)), прецизионные усилители. Таким образом, деформации преобразуются в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников и далее — в электрический сигнал, обычно сигнал напряжения.

Мы не будем останавливаться подробно на электромеханических параметрах тензорезисторов. Отметим только, что чувствительность характеризуется коэффициентом чувствительности и зависит от применяемых материалов. А температурный коэффициент является вредным побочным эффектом, влияющий на показания.

Тензорезисторы широко используются в качестве чувствительного элемента, датчиков для измерения сил, давления. Собственно тензометрические датчики или сокращенно тензодатчики получили свое название от тензорезисторов.

Электрическая схема подключения тензорезистора

Обычно тензорезисторы включают в одно или два плеча сбалансированного моста Уитстона, питаемого от источника постоянного тока (диагональ моста A—D). С помощью переменного резистора производится балансировка моста, так, чтобы в отсутствие приложенной силы напряжение диагонали сделать равным нулю. С диагонали моста B—C снимается сигнал, далее подаваемый на измерительный прибор, дифференциальный усилитель или АЦП.

Измерительный мост с вольтметром в диагонали. Тензорезистор обозначен R_x

При выполнении соотношения R₁/R₂=R₂/R₃ напряжение диагонали моста равно нулю. При деформации изменяется сопротивление

R_x (например, увеличивается при растяжении), это вызывает снижение потенциала точки соединения резисторов R_x и R₃(точки B) и изменение напряжения диагонали B—C моста — полезный сигнал.

Изменение сопротивления R_x может происходить не только от деформации, но и от влияния других факторов, главный из них — изменение температуры, что вносит погрешность в результат измерения деформации. Для снижения влияния температуры применяют сплавы с низким ТКС, термостатируют объект, вносят поправки на изменение температуры и/или применяют дифференциальные схемы включения тензорезисторов в мост.

Например, в схеме на рисунке вместо постоянного резистора R₃ включают такой же тензорезистор, как и R

x, но при деформации детали этот резистор изменяет своё сопротивление с обратным знаком. Это достигается наклейкой тензорезисторов на поверхности по-разному деформируемых зон детали, например, с разных сторон изгибаемой балки или с одной стороны, но со взаимно перпендикулярной ориентацией. При изменении температуры, если температура обоих резисторов равна, знак и величина изменения сопротивления, вызванного изменением температуры, равны, и температурный уход при этом компенсируется.

Также промышленностью выпускаются специализированные микросхемы для работы совместно с тензорезисторами, в которых помимо усилителей сигнала часто предусмотрены источники питания моста, схемы термокомпенсации, АЦП, цифровые интерфейсы для связи с внешними цифровыми системами обработки сигналов и другие полезные сервисные функции.

Конструкция

Обычно современные тензорезисторы представляют собой чувствительный элемент в виде зигзагообразного проводника, нанесенного на гибкую подложку.

Тензорезистор приклеивается подложкой на поверхность исследуемого на деформации объекта. Проводники тензорезисторов обычно изготавливаются из тонкой металлической проволоки, фольги, или напыляются в вакууме для получения плёнки полупроводника или металла. В качестве подложки обычно используют ткань, бумагу, полимерную плёнку, слюду и др. Для присоединения чувствительного элемента в электрическую цепь тензорезистор имеет выводные проволочные концы или контактные площадки.

Плёночный тензорезистор. На подложку через фигурную маску в вакууме напылена или сформирована методами фотолитографии плёнка металла. Для подключения электродов выполнены контактные площадки (снизу). Метки облегчают ориентацию при монтаже.

Плёночные металлические тензорезисторы имеют площадь около 2‑10 мм2.

Конфигурация 

Тензодатчики, как правило, приклеиваемые, состоят из:

• элемента чувствительного к деформации;
• тонкой плёнки, которая является изолятором и несущей основой для чувствительного элемента;
• контактных площадок для присоединения выводных проводов.

Элемент, чувствительный к деформации, представляет собой решётку, которая вытравлена способом фотолитографии или отштампована из очень тонкого листа металлической фольги толщиной 2,5 мкм. Конфигурация выбирается таким образом, чтобы обеспечить сопротивление равное 100 Ом при достаточно малой длине и ширине. Выпускаются датчики, длина которых меняется в диапазоне от 2 до 150 мкм. Выпускаются датчики  специального назначения (мембранные датчики давления, напряжения, датчики деформации сдвига).

Несущая основа

Применяются материалы такие, как:

• акриловые;
• полиамидные;
• фенольные;
• эпоксидно-стеклянные;
• бумага;
• эпоксидные;
• эпоксидно-полиамидные;
• эпоксидно-фенольные;
• фенольно-стеклянные.

В большинстве случаев применяются полиамидная плёнка, отличающаяся прочностью, гибкостью и совместимостью с большинством связующих. Применяется плёнка с эпоксидной смолы. Её особенности:

• линейно-упругое поведение материала;
• отсутствие гистерезиса.

Полимеры, армированные стекловолокном, применяются в датчиках для работ в циклических деформациях. В датчиках, работающих при повышенных температурах, используются основы из эпоксидных и фенольных смол, армированных стекловолокном.

Клеи, с помощью которых приклеивают тензодатчики

Клей, с помощью которого приклеивают тензодатчик на образец, должен обладать прочностью, линейной упругостью и стабильностью в течение длительного периода времени.

Комбинация датчика: его несущая основа и клеи требуют самого серьезного внимания. Необходимо применять апробируемые клеи и соблюдать процедуры нанесения и сушки.

В качестве клея наиболее широко используется метил-2-цианоакриад, эпоксидная смола, полимид и некоторые виды керамики.

Цианоакриад не требует ни нагрева, ни отвердителей для инициирования полимеризации. Для ускорения полимеризации на одну из поверхностей может быть нанесён катализатор. Благодаря очень быстрой полимеризации этот клей является идеальным компонентом для тензодатчиков общего назначения. Минутного нажатия большим пальцем и двух минутной паузы оказывается достаточно. Он может использоваться в диапазоне температур от -32 до +65°С. Он обеспечивает правильное измерение деформации не выше 6%. Прочность клея снижается со временем из-за поглощения влаги, поэтому его необходимо защищать при длительной эксплуатации.

Эпоксидный состоит из смолы и отвердителя, который вступает в реакцию со смолой, обеспечивая полимеризацию. В некоторых случаях для вязкости смолы в нее добавляют растворитель. Разбавленные смолы (эпоксидно-фенольные) более предпочтительны, так как образуют очень тонкие высокопрочные, однородные плёнки со слабо выраженной ползучестью и гистерезисом. Для обеспечения тонкого однородного слоя к датчику должно быть приложено давление от 70 до 210 кПа. чтобы гарантировать полную полимеризацию эпоксидные клеи подвергают повышенной температуре в течение нескольких часов. По-видимому, наилучшими являются эпоксидно-фенольные клеи с рабочим диапазоном температур от -269 до +260°С. Допустимое относительное удельное изменение находится в пределах 3-10%.

Полиамидные представляют собой однокомпонентный полимер, который может применяться в диапазоне температур от -260 до +399°С. Полиамид утверждается при давлении 275кПа при температуре 260°С.

Итак, для отверждения нужны сравнительно высокие давления и температуры (например, 8 — 10 кгс/мм2, 170° С). Поверхность упругого элемента перед приклеиванием тщательно очищается механическими и химическими средствами, а затем к ней приклеивают тензорезисторы на слои соответствующих клеящих и изолирующих веществ. Процесс отверждения ведут по специальной температурно-временной программе. После окончания процессов «послеотверждения», если таковые имеют место, приклеенные тензорезисторы защищаются от действия окружающей среды.

После отвердения клеев тензодатчики должны быть покрыты герметиком (парафин, каучук, полимеритан).

Конструкция закрепления также имеет большое значение для работы датчика (рис. 1). В классической конструкции (а) применяется «утопленный» тензорезистор (например, в основе из фенольного клея), который наклеивается на упругий элемент с помощью клея (например, фенольного). В конструкции (б) голый тензорезистор (например, полупроводниковый) приклеивают через подложку (например, из специальной бумаги), пропитанную клеем. В обоих случаях возникает относительно толстая прослойка толщиной d2, (» 20 — 50 мкм), которая образуется по существу вязкой средой и служит причиной явлений ослабления напряжений. Поскольку прослойка выполняет одновременно функцию изоляции, она не может делаться сколь угодно тонкой. Поэтому в более новой конструкции задачи изоляции и крепления разделены. Здесь сначала наносится изоляционный слой, (расплавленная эмаль или керамика), который обладает существенно лучшими механическими свойствами, чем клей. Теперь собственно клеевой слой может выполняться очень тонким (< 1 мкм) и должен только заполнить неровности поверхностей. В этой конструкции практически полностью пренебрежимо ослабление напряжений, вызванное клеем.

Рисунок 1 — Конструкции тензорезисторных чувствительных элементов датчиков
а и б — обычные конструкции с толстыми клеевыми слоями dz;
в — современная конструкция с тонким клеевым слоем dz.
1 — упругий элемент; 2 — тензорезистор; 3 — основа тензорезистора; 4 — клеевой слой; 5 -подложка, пропитанная клеем; 6 — изолирующий слой с хорошими механическими свойствами

Явления ослабления напряжения рассматривались до сих пор всегда в связи с процессами в клее и конструкцией крепления тензорезисторов. Это понятно, так как в период становления техники измерений, основанной на тензорезисторах, на исследование и уменьшение ползучести клеев было направлено основное внимание. Однако в настоящее время можно уменьшить эти эффекты, по крайней мере до порядка значений ослабления напряжений, вызванных другими причинами (например, самим упругим элементом). Поэтому ослабление клея следует рассматривать только вместе с другими явлениями, если ими вообще нельзя пренебречь. Различные причины погрешностей тензорезисторных датчиков сопоставлены ниже:

Ослабления в упругом элементе

Вязкое ослабление из-за клеевых слоев благодаря современным способам приклеивания становится часто пренебрежимо малым.

Температурный уход нуля возникает из-за тепловых волн, распространяющихся по упругому элементу, при выравнивании теплового состояния, если тензорезисторы имеют большие температурные коэффициенты сопротивления (полупроводниковые тензорезисторы).

Термоэлектрические эффекты возникают из-за процессов перераспределения потерь мощности в мосте; также заметны только у полупроводниковых тензорезисторов.

Ослабление клея — единственный эффект, который по своей природе противоположен действию силы. Поэтому он может в принципе компенсировать эффекты ослабления, совпадающие по своему характеру с силой, однако из-за различных постоянных времени этих эффектов лишь не полностью и с большой зависимостью от температуры.

Защита от воздействия окружающей среды. Чувствительные элементы после их приклеивания должны защищаться от воздействий окружающей среды, чтобы препятствовать прежде всего действию влажности. Для этого после отверждения, по возможности еще в теплом состоянии, они покрываются защитными лаками. Чтобы воспрепятствовать образованию сквозных пор, такую операцию повторяют, как правило, несколько раз.

Полученные таким образом тонкие слои не могут полностью и на длительное время исключить диффузию паров воды. Это достигается только благодаря герметически плотным металлическим корпусам, которые часто заполняются еще достаточно большим запасом гигроскопичного вещества или сухим инертным газом. Однако влага, внедрившаяся в чувствительные элементы, несмотря на все эти меры, вызывает два эффекта:

1. Уменьшение сопротивления изоляции между тензорезистором и упругим элементом. В идеальном случае это сопротивление бесконечно велико. При конечном сопротивлении изоляции Ris получаются условия, отраженные на рис. 2. Благоприятнейший случай изображен на рис. 2,а, где Ris, равномерно распределено на четыре части моста; разбаланса моста нет. Для неблагоприятнейшего случая расчет дает погрешность нуля:

где eNcp — средняя номинальная деформация и R0 — основное сопротивление тензорезисторов. Эти соотношения для тензорезисторов с большим коэффициентом тензочувствительности (для полупроводниковых) не имеют такого значения.

Рисунок 2 — Влияние уменьшения сопротивления изоляции

Ris — дискретная эквивалентная схема. a — благоприятный случай: уменьшение Ris распределено равномерно; б — неблагоприятный случай: уменьшение Ris действует на один тензорезистор.

Разбухание клеевого слоя вызывает кажущуюся деформацию, а этим самым — дополнительную погрешность нуля. Можно с уверенностью считать, что этот эффект значительно сильнее, чем эффект от сопротивления изоляции. Но уменьшение Ris может служить в качестве меры внедрившейся влаги и поэтому — общей ожидаемой погрешности нуля. Можно принять, что разбухание также достаточно мало, если сопротивление изоляции более 109 Ом.

[Обновлено] Тензодатчик: принцип, типы, особенности и применение

Вот все, что вам нужно знать о тензодатчиках. Мы рассмотрели его принципы работы, характеристики, возможности, а также области применения.

Что такое тензодатчик?

Тензодатчик  или тензодатчик был изобретен в 1938 году Эдвардом Э. Симмонсом и Артуром К. Руге. Это один из важных датчиков, используемых в геотехнической области для измерения степени деформации любой конструкции (плотин, зданий, атомных станций, туннелей и т. д.). Сопротивление тензорезистора изменяется в зависимости от приложенной силы и преобразует такие параметры, как сила, давление, натяжение, вес и т. д., в изменение сопротивления, которое можно измерить позже.

Всякий раз, когда к объекту прикладывается внешняя сила, он имеет тенденцию изменять свою форму и размер, тем самым изменяя свое сопротивление. Напряжение — это внутренняя сопротивляемость объекта, а деформация — это степень деформации, которую он испытывает.

Любой базовый тензорезистор состоит из изолирующей гибкой подложки, поддерживающей узор из металлической фольги. Датчик крепится к объекту под напряжением с помощью клея. Деформация объекта приводит к деформации фольги, что в конечном итоге изменяет удельное электрическое сопротивление фольги. Это изменение удельного сопротивления измеряется мостом Уитстона, который связан с деформацией величиной, называемой манометрическим коэффициентом.

Как работает тензодатчик?

Тензодатчик зависит от удельного электрического сопротивления любого проводника. Сопротивление любого проводящего устройства зависит как от его длины, так и от площади поперечного сечения.

Предположим, что L1 — первоначальная длина провода, а L2 — новая длина после приложения к нему внешней силы, деформация (ε) определяется по формуле:

ε = (L2-L1)/L1

Теперь всякий раз, когда внешняя сила изменяет физические параметры объекта, изменяется и его электрическое сопротивление. Тензодатчик измеряет эту деформацию с помощью Формула манометрического коэффициента .

В случае реального мониторинга при строительстве бетонных конструкций или памятников нагрузка прикладывается в точке приложения нагрузки тензодатчика, состоящего из расположенного под ним тензодатчика. Как только прикладывается сила, тензорезистор деформируется, и эта деформация вызывает изменение его электрического сопротивления, что в конечном итоге приводит к изменению выходного напряжения.

Коэффициент тензорезистора – это коэффициент чувствительности тензорезисторов, который определяется по формуле:

GF = [ΔR / (RG * ε)]

Где,

ΔR = изменение сопротивления, вызванное деформацией

RG = сопротивление недеформированного датчика

ε = коэффициент деформации для обычной металлической фольги обычно немного больше 2. Выходное напряжение моста Уитстона, SV определяется по формуле:

SV = {EV x [(GF x ε)/4]}

Где,

EV — напряжение возбуждения моста.

Измерительный коэффициент для различных материалов приведен ниже:

Материал	Калибр
.	-125 до + 200
Polysilicon	± 30
P -Type GE	102
Толстая пленка.0108

Каков принцип работы тензодатчика?

Тензодатчик работает по принципу электрической проводимости и ее зависимости от геометрии проводника. Всякий раз, когда проводник растягивается в пределах его эластичности, он не рвется, а сужается и удлиняется. Точно так же, когда он сжимается, он становится короче и шире, что в конечном итоге меняет его сопротивление.

Мы знаем, что сопротивление напрямую зависит от длины и площади поперечного сечения проводника, определяемой по формуле:

R= L/A

Где,

R = сопротивление

L = длина

A = площадь поперечного сечения

Изменение формы и размера проводника также изменяет его длину и сечение -площадь сечения, которая в итоге влияет на его сопротивление.

Любой типичный тензорезистор имеет длинную тонкую токопроводящую полоску, расположенную в виде зигзага из параллельных линий. Причина их зигзагообразного расположения заключается в том, что они не увеличивают чувствительность, поскольку процентное изменение сопротивления при данной деформации для всей проводящей полосы одинаково для любой отдельной дорожки.

Кроме того, отдельная трасса подвержена перегреву, что может изменить ее сопротивление и, таким образом, затруднить точное измерение изменений.

Как измерить деформацию с помощью тензодатчика?

Как упоминалось ранее, тензометрические датчики работают по принципу сопротивления проводника, который дает значение коэффициента тензорезистора по формуле:

GF = [ΔR / (RG * ε)]

Теперь на практике в деформации объекта очень малая величина, которую можно измерить только с помощью моста Уитстона. Схема моста Уитстона приведена ниже.

Рис. 1. Цепь тензодатчика

Мост Уитстона представляет собой сеть из четырех резисторов с напряжением возбуждения Vex , которое приложено к мосту. Мост Уитстона представляет собой электрический эквивалент двух параллельных цепей делителя напряжения, где R1 и R2 — одна из них, а R3 и R4 — другая.

Выход схемы Уитстона определяется по формуле:

Vo = [(R3/ R3+ R4) – (R2/ R1+2)] * Vex

Всякий раз, когда R1/ R2 = R4 / R3, выходное напряжение Vo  равно нулю, и говорят, что мост сбалансирован. Следовательно, любое изменение значений R1, R2, R3 и R4 изменит выходное напряжение. Если вы замените резистор R4 тензометрическим датчиком, даже незначительное изменение его сопротивления изменит выходное напряжение Vex, которое является функцией деформации. Выходная эквивалентная деформация и выходное напряжение всегда имеют соотношение 2:1.

Характеристики тензорезисторов

Характеристики тензорезисторов следующие:

1. Они очень точные и не подвержены влиянию перепадов температуры. Однако, если на них влияют изменения температуры, для корректировки температуры доступен термистор.
2. Они идеально подходят для дальней связи, так как на выходе — электрический сигнал.
3. Тензорезисторы просты в обслуживании и имеют длительный срок службы.
4. Производство тензорезисторов несложно благодаря простому принципу действия и небольшому количеству компонентов.
5. Тензорезисторы подходят для долговременной установки. Тем не менее, они требуют определенных мер предосторожности при установке.
6. Все тензодатчики производства Encardio Rite герметичны и изготовлены из нержавеющей стали, что делает их водонепроницаемыми.
7. Они полностью герметизированы для защиты от повреждений при обращении и установке
8. Также возможно дистанционное цифровое считывание показаний тензорезисторов

Где используются тензорезисторы (применения)

Тензометрические датчики широко используются в области геотехнического мониторинга для постоянного контроля конструкций, плотин, туннелей и зданий, чтобы можно было вовремя избежать несчастных случаев. Применение тензометров включает:

Аэрокосмическая промышленность

Тензодатчики крепятся к несущим элементам конструкции для измерения напряжений вдоль траекторий нагрузки при прогибе или деформации крыла в самолете.

Тензорезисторы подключены к цепям моста Уитстона, и их области применения включают бортовые блоки формирования сигналов, источники питания возбуждения и телеметрию, необходимую для считывания измерений на месте.

Вантовые мосты

Контрольно-измерительные приборы мостов проводятся для проверки проектных параметров, оценки эффективности новых технологий, используемых при строительстве мостов, проверки и контроля процесса строительства и последующего мониторинга производительности.

Хорошо оборудованные мосты могут предупредить ответственные органы о приближающемся отказе, чтобы принять превентивные меры. Выбор надлежащих типов датчиков, технологии, диапазона измерения и их расположения на мосту очень важен для оптимизации затрат и получения всех преимуществ от приборов.

Возникает необходимость регулярно контролировать мосты на наличие любых деформаций, так как это может привести к несчастным случаям со смертельным исходом. Технология тензодатчиков используется для мониторинга огромных мостов в режиме реального времени, что делает проверки более точными.

Например, мост Ямуна в Аллахабаде-Найни представляет собой вантовый мост длиной 630 метров через реку Ямуна. На мосту установлено множество измерительных каналов, которые измеряют скорость ветра и натяжение тросов.

Мониторинг рельсов

Тензометрические датчики уже давно используются для обеспечения безопасности рельсов. Он используется для измерения напряжения и деформации на рельсах. Тензорезисторы измеряют осевое растяжение или сжатие без воздействия на рельсы. В случае чрезвычайной ситуации тензометрические датчики могут генерировать предупреждение, поэтому техническое обслуживание может быть выполнено заблаговременно, чтобы свести к минимуму воздействие на железнодорожное движение.

Измерение крутящего момента и мощности во вращающемся оборудовании

Тензометрические датчики могут измерять крутящий момент, прилагаемый двигателем, турбиной или двигателем к вентиляторам, генераторам, колесам или гребным винтам. Вы найдете такие типы оборудования на электростанциях, кораблях, нефтеперерабатывающих заводах, автомобилях и в промышленности.

Почему важны тензометрические датчики?

Тензометрические датчики широко используются в области геотехнического мониторинга и приборостроения для постоянного контроля плотин, внутренней обделки туннелей, сооружений, зданий, вантовых мостов и атомных электростанций во избежание аварий и аварий в случае их деформации .

Своевременные действия помогут избежать несчастных случаев и гибели людей из-за деформаций. Следовательно, тензометрические датчики являются важными датчиками в геотехнической области.

На этих конструкциях устанавливаются тензометрические датчики, после чего полные данные с них можно получить дистанционно с помощью регистраторов данных и устройств считывания. Они считаются важным измерительным оборудованием для обеспечения производительности и безопасности.

Типы тензодатчиков

Существует несколько типов тензорезисторов, основанных на принципе их работы, а именно. механические, оптические, акустические, пневматические или электрические. С учетом монтажа тензорезисторы могут быть клеевыми или несвязанными, а в зависимости от конструкции могут быть фольгированные, полупроводниковые и фотоэлектрические тензорезисторы.

Encardio Rite в основном имеет дело с шестью различными типами тензорезисторов:

1. Модель EDS-11V / Герметичный вибрационный тензодатчик

  Модель EDS-11V тензометра подходит для заделки в грунт или бетон или для поверхностного монтажа при помощи сварки на стальных конструкциях. Он предоставляет важные количественные данные о величине и распределении деформации сжатия и растяжения и ее изменениях во времени.

В тензодатчике Encardio Rite используется новейшая технология вибропровода для дистанционного цифрового считывания деформации сжатия и растяжения в плотинах, мостах, подземных полостях, канализационных/метро/железнодорожных/автомобильных туннелях, шахтах, стальных конструкциях и других областях применения. там, где требуется измерение деформации.

Долговременная стабильность достигается за счет термоциклирования и циклической нагрузки, уникального метода зажима проволоки путем создания вакуума 1/1000 торр внутри датчика с помощью электронно-лучевой сварки. Это приводит к полному исключению влияния окисления, влаги, условий окружающей среды и любого проникновения воды.

Принцип работы герметически закрытого вибрационного тензорезистора

Вибрационный тензорезистор Encardio Rite в основном состоит из намагниченной натянутой проволоки с высокой прочностью на растяжение, один конец которой закреплен, а другой конец смещается пропорционально изменению деформации.

Любое изменение деформации напрямую влияет на натяжение проволоки, что приводит к соответствующему изменению частоты вибрации проволоки. Резонансная частота, с которой вибрирует проволока, считывается блоком отсчета. Деформация пропорциональна квадрату частоты, и блок считывания может отображать это непосредственно в деформациях.

Характеристики герметичных вибропроволочных тензорезисторов

1. Тензорезистор точный, надежный и недорогой
2. Обеспечивает долговременную стабильность и высокую надежность
3. Герметично закрыт под вакуумом 0,001 Торр
4. Тензорезистор изготовлен из нержавеющей стали
5. Не требует специальной установки и обслуживания
6. Широкий ассортимент вместе с этим тензодатчиком доступны аксессуары
7. Термистор доступен для коррекции температуры
8. Дистанционное цифровое считывание для измерения деформации
9. Простота регистрации данных 

Применение герметичных вибропроволочных тензорезисторов

1. Измерение и контроль деформации в бетонных, каменных и стальных конструкциях
2. Изучение распределения напряжений в опорных ребрах подземных полостей и тоннелей
3. Определение и контроль распределения напряжений в бетон и кирпичная кладка плотины
4. Испытание тройников
5. Мониторинг напряжений в напорных шахтах

2.

Модель EDS-12V/Sister Bar Тензометр

Модели Encardio Rite Тензометр EDS-12V специально разработан для заделки в бетонные конструкции. Они идеально подходят для измерения напряжения в бетонных конструкциях, таких как сваи, диафрагмы/стены из цементного раствора, опоры мостов, облицовка туннелей, дамбы, фундаменты и т. д.

• Простота установки и водонепроницаемость

Возможность надежного и точного измерения

1. Полностью герметизирован для защиты от повреждений при обращении и установке
2. Прочная конструкция

Применение тензометра с вибропроводом

6 Sister Bar
1. Подходит для измерения деформации в железобетонных конструкциях измерение в бетонных сваях и монолитных бетонных сваях.
2. Измерение деформации в шламовых стенках диафрагмы
3. Модель EDS-12V Измерение деформации в обделке туннелей, плотинах и опорах мостов
4. Обеспечивает надежные показания с высоким разрешением

3.

Модель EDS-20V-Series/Тензодатчик с вибропроводом

Тросовый тензорезистор с вибродатчиком имеет три разные модели в своей серии:

• EDS-20V-AW/дуговой переносной тензодатчик

Модель EDS-20V-AW состоит из двух концевых частей, соединенных натянутая проволока на растяжение. Провод герметизируется в трубке набором двойных уплотнительных колец, закрепленных на каждом наконечнике. Двойные кольцевые уплотнения надлежащим образом защищают тензорезистор от проникновения воды. На тензодатчике предусмотрена дополнительная гидроизоляция в виде термоусадочной трубки для предотвращения попадания воды.

Трубка сплющена посередине для размещения датчика в сужении. Датчик является неотъемлемой частью тензорезистора. Тензодатчик лучше подходит для мест, подверженных капающей или проточной воде, или мест, которые могут быть погружены в воду.

Для монтажа тензорезистора два кольцевых монтажных блока точно позиционируются и выравниваются с помощью монтажного шаблона и манекена и привариваются к конструкции. Затем манекен манометра окончательно заменяется настоящим тензодатчиком и фиксируется парой установочных винтов на каждом блоке.

Кольцевые монтажные блоки с армированными стержнями для заливки цементным раствором доступны для поверхностного монтажа тензорезистора на бетонную конструкцию.

• Тензорезистор низкочастотный EDS-20V-E/Low Range

Модель EDS-20V-E Вибростензометр предназначен для измерения деформации в подземных полостях, туннелях, зданиях, плотинах и бетонах и т.д. Тензорезистор подходит для заделки в грунт или бетон.

Встраиваемый тензорезистор аналогичен тензодатчику для дуговой сварки, за исключением того, что монтажные блоки заменены фланцами из нержавеющей стали.

• EDS-20V-SW/Тензодатчик для точечной сварки

В модели EDS-20V-SW тензодатчик для точечной сварки, язычок из фольги из нержавеющей стали, прикрепленный к каждому концевому блоку, позволяет прикреплять тензодатчик к точечной сварке. приваривается или фиксируется эпоксидной смолой. Датчик предварительно натянут небольшой пружиной сжатия. Начальное натяжение может быть установлено во время установки, что обеспечивает максимальный диапазон растяжения или сжатия по мере необходимости. Манометр предназначен для использования только на плоских поверхностях.

4. Модель EDS-21V Series/Тензиметр высокого диапазона

Серия вибропроволочных тензорезисторов высокого диапазона Encardio Rite используется для измерения деформации до 5000 микродеформаций. В этой серии есть две разные модели:

• EDS-21V-E/высокочастотный тензометрический датчик

Модель EDS-21V-E — тензодатчик, очень похожий на модель EDS 20V- Э. Тензорезистор высокого диапазона используется для определения напряжения в бетонной массе, подземных полостях, туннелях, зданиях, бетоне, каменных дамбах и т. д. Фланцы из нержавеющей стали на обоих концах прибора позволяют встраивать его непосредственно в любой бетон.

Деформация бетонной массы отражается в изменении натяжения проволоки, что приводит к изменению частоты колебаний.

Встраиваемый тензодатчик высокого диапазона может измерять до 3000 микродеформаций.

• EDS-21V-AW/Тензодатчик высокого диапазона для дуговой сварки

Encardio Rite  Модель EDS-21-AW находит свое применение в поверхностном монтаже путем сварки на свайных стальных конструкциях, таких как мосты, мосты, звездообразные секции, напорные шахты, облицовка туннелей, опоры и т. д. Он используется для определения деформации стальной или бетонной поверхности композитной конструкции.

Тензорезистор для дуговой сварки имеет диапазон 5000 микродеформаций при активной длине датчика 150 мм.

5. Модель EDS-40D/Динамический тензодатчик

Модель Encardio Rite EDS-40D представляет собой прецизионный тензодатчик с высокочастотной характеристикой для мониторинга динамической деформации или напряжения. Динамический тензодатчик обычно применяется для мониторинга состояния конструкции. Он устанавливается на мембрану из конструкционной стали, где необходимо контролировать напряжение/деформацию. Модель EDS-40D полезна в приложениях, где напряжения быстро меняются и необходим динамический мониторинг.

Encardio Rite  Динамический тензодатчик  подходит для долгосрочного мониторинга, поскольку он поставляется с возможностью водонепроницаемой установки и хорошо работает даже в агрессивных средах.

Часто задаваемые вопросы

Что такое расчетная длина?

Невозможно измерить поля нелинейных деформаций без внесения некоторой погрешности, потому что деформацию нельзя измерить в точке с помощью датчика любого типа.

В таких случаях погрешность зависит от длины и ширины датчика. Размер датчика для механического тензорезистора рассчитывается по расстоянию между двумя кромками ножа, контактирующими с образцом, и по ширине подвижной кромки ножа.

Что такое чувствительность датчика?

Чувствительность можно определить как наименьшее значение деформации, которое можно прочесть на шкале тензодатчика.

Выбор манометра сильно зависит от требуемой степени чувствительности, и довольно часто выбор манометра с очень высокой чувствительностью усложняет метод измерения.

Какой диапазон тензометрического датчика?

Следующей характеристикой тензодатчика является его диапазон. Диапазон представляет максимальную деформацию, которая может быть зарегистрирована без сброса или замены тензодатчиков.

Кроме того, диапазон и чувствительность взаимосвязаны, так как высокочувствительный манометр реагирует на небольшие деформации с отклонениями индикатора, а диапазон обычно ограничивается отклонением индикатора на полную шкалу.

Что такое точность с точки зрения тензодатчика?

В механическом тензометрическом датчике неточности могут быть вызваны потерями движения, такими как люфт зубчатой ​​передачи, трение, изменения температуры и износ механизма, проскальзывание, изгиб или отклонение компонентов.

Многоразовые ли тензодатчики?

Основными преимуществами механических тензорезисторов являются простота их использования, их относительно низкая стоимость и возможность многократного использования. Тензодатчики электрического сопротивления преодолевают большинство недостатков механических тензорезисторов.

Почему для измерения деформации используется мост Уитстона?

Не всегда необходимо использовать схему моста Уитстона для измерения электрического сопротивления. Основное преимущество четырехпроводной омической схемы заключается в том, что подводящие провода не влияют на значения, поскольку напряжение определяется непосредственно на тензометрическом элементе.

Что такое стресс?

Это мера внутреннего давления на объект всякий раз, когда на него действует внешняя сила. Чем больше сила или чем меньше площадь, на которую она действует, тем больше вероятность деформации материала.

Деформация является безразмерной величиной, поскольку значения в числителе и знаменателе всегда имеют одни и те же единицы измерения.

S = Δx/X

Где, 

S = деформация (без единиц измерения)

Δx = изменение размера (м для продольной деформации или деформации сдвига, м3 для объемной деформации)

X = первоначальный размер (м для продольной деформации или деформации сдвига, м3 для объемной деформации)

Что такое деформация?

Величина деформации, которая возникает в объекте, называется деформацией. Деформация определяется как изменение длины, производимое силой, деленное на первоначальную длину материала.

Напряжение обозначается σ. Он представлен в Н/м2.

Формула напряжения сформулирована следующим образом:

σ = F/A

Где,

F = приложенная сила

A = площадь, на которую действует сила. Если у вас есть дополнительные вопросы, сообщите нам об этом в комментариях ниже.

Прямо в ваш почтовый ящик!

Подпишитесь на нашу ежемесячную рассылку и получите доступ к последним тенденциям в отрасли, идеи и обновления.

Что такое тензодатчик и как он работает? • Мичиганский научный

Posted on 13 августа 2020 г. 30 сентября 2022 г. AuthorTed Nachazel

Что измеряют тензорезисторы?

Первое, что нужно понять при обсуждении тензорезисторов, это то, что они измеряют. Тензорезистор — это датчик, измеренное электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от деформации. Деформация – это деформация или смещение материала в результате приложенного напряжения. Напряжение — это сила, приложенная к материалу, деленная на площадь поперечного сечения материала. Тензодатчики предназначены для фокусировки напряжения через элементы балки, где расположены датчики деформации. Тензодатчики преобразуют приложенную силу, давление, крутящий момент и т. д. в электрический сигнал, который можно измерить. Сила вызывает деформацию, которая затем измеряется тензодатчиком по изменению электрического сопротивления. Затем измерение напряжения собирается с помощью сбора данных.

 

Как измеряется деформация?

Теперь, когда процесс измерения деформации налажен, следующим шагом при использовании тензодатчиков является получение полезных данных. Тензодатчик должен быть подключен к электрической цепи, способной точно реагировать на мельчайшие изменения сопротивления, связанные с деформацией. . Несколько тензорезисторов можно использовать в разделенной мостовой схеме для измерения небольших изменений электрического сопротивления. Это называется мостом Уитстона. В конфигурации моста Уитстона к цепи прикладывается напряжение возбуждения, а выходное напряжение измеряется в двух точках в середине моста. Когда на тензодатчик не действует нагрузка, мост Уитстона уравновешен и выходное напряжение равно нулю. Любое небольшое изменение материала под тензодатчиком приводит к изменению сопротивления тензорезистора, поскольку он деформируется вместе с материалом. Это приводит к разбалансировке моста, что приводит к изменению выходного напряжения. Как указывалось ранее, изменение сопротивления незначительно, а это означает, что для правильного определения изменений часто требуется усиление сигнала. Процесс усиления усиливает изменения сигнала деформации; однако это также приводит к обнаружению большего количества нежелательных шумов в сигнале. Преобразование сигнала отфильтровывает лишний шум, обеспечивая точность и понятность данных.

Michigan Scientific предоставляет ресурсы, необходимые для получения наилучших результатов измерения силы и крутящего момента. Мы производим одноканальные тензометрические усилители и многоканальные тензометрические усилители для наших сборок контактных колец. Эти усилители имеют высокоточное мостовое возбуждение, внешние регулируемые сопротивление и коэффициент усиления шунта, а также возможность удаленного включения/выключения мостового возбуждения. Наши усилители создают сильные сигналы с минимальным шумом. Наряду с нашей продукцией, наш штат высококвалифицированных технических специалистов способен измерять различные детали и области применения.